Prezentace diplomové práce: CNC hydraulický ohraňovací lis Student: Školitel: Konzultant: Zadavatel: Klíčová slova: CNC hydraulic press brake Keyword:

Transkript

1 Horská 3, 8 00 Praha Prezenace dilomové ráce: CNC hydraulický ohraňovací lis Suden: Školiel: Konzulan: Zadavael: Klíčová slova: Anoace: Cíle ráce: CNC hydraulic ress brake Keyword: Annoaion: Targe of work: Úvod Michal Dvořáček Doc. Ing. Sanislav Maňas, CSc. Doc. Ing. Jan Řezníček, CSc. Ferma Grou, a.s. CNC hydraulický ohraňovací lis, sysém řízení CNC hydraulického ohraňovacího lisu, volné ohýbání, ohýbání s dolačením, konsrukce nosné sousavy CNC hydraulického ohraňovacího lisu, echnologické aramery rocesu ohýbání Dilomová ráce ojednává o návrhu a komleaci sysému řízení CNC hydraulických ohraňovacích lisů řady CTOF vybavenými řemi řízenými osami (Y, Y a X) a hydraulickou komenzací beranu a solu. Dále dilomová ráce obsahuje evnosní analýzu nosné sousavy lisu, kerá byla rovedena omocí meody konečných rvků. Na základě výsledků evnosní analýzy byly navrženy vhodné konsrukční úravy kriických uzlů nosné sousavy. ývoj a komleace řídícího sysému ro CNC hydraulické ohraňovací lisy řady CTOF a zdokonalení konsrukčního řešení nosné sousavy. CNC hydraulic ress brake, conrol sysem of CNC hydraulic ress brake, air bending, booming, frame of he CNC hydraulic ress brake, bending rocess arameers This diloma hesis offers a comlee overview of he conrol sysem s design of he CNC hydraulic ress brake CTOF, equied wih axis Y, Y, X and hydraulic crowning sysem. The second ar consiss of he FEM analyze he ress brake frame. Based on he resuls FEM analyze were made changes in he frame consrucion in order o observe a beer load sress disribuion in he criical ars of he frame. Design of he conrol sysem of CNC hydraulic ress brake and consrucion imrovemen of he ress brake frame. Zracování lechu aří obecně mezi nejsarší echnologické rocesy. Samoné ohýbání lechu, neboli ohraňování, může bý ovažováno za základní varianu echnologie zracování lechu. Díky sále se zvyšujícím ožadavkům na univerzálnos a jednoduchos výroby, je echnologie ohraňování vhodná jak ro kusovou výrobu, ak i ro velkosériovou výrobu. současné době zaujímá echnologie ohraňování významnou ozici v mnoha růmyslových odvěvích jakou jsou naříklad auomobilový, lodní, leecký, energeický růmysl a další. Technologie ohraňování je rováděna na zv. ohraňovacích lisech, na kerých je možné využíva mnoho yů a velikosí násrojů. Ohraňovací násroje se sesávají z horního násroje (razník) a sodního násroje (marice), keré mohou mí různé vary a délky. Běžné je rovněž uchycení hned několika yů a velikosí násrojů na ohraňovacím lise najednou a rovádě ak několik různých ohybů bez nunosi řerušení ráce. Nejoužívanějším sodním násrojem je marice s -drážkou. --

2 Horská 3, 8 00 Praha Obr. echnologie ohraňování na ohraňovacím lisu Obecně rozlišujeme dva yy echnologií ohraňování: a) volné ohýbání b) ohýbání s dolačením Obr. zůsoby ohraňování Cílem éo dilomová ráce je vyvoření dosaečného odkladu ro vývoj nového řídícího sysému určeného ro CNC hydraulické ohraňovací lisy řady CTOF rodávané v ČR a SR solečnosí FERMAT Grou, a.s. Teno lis je vybaven řemi řízenými osami (Y, Y, X) a hydraulickou komenzací růhybu beranu a solu. --

3 Horská 3, 8 00 Praha Nejrve se budu zabýva řesným určením echnologických aramerů ohýbání, keré budou na základě obsluhou sroje vložených vsuních aramerů ohýbání auomaicky vyočíávány řídícím sysémem. ýsledná řesnos ohýbaných dílů významně závisí na srávném určení echnologických aramerů. Dále budou navrženy základní funkce rogramu ro ohýbání lechu. Teno rogram vyvoří komunikační rosředí mezi obsluhou a srojem. Následně bude roveden návrh realizace řízení CNC ohraňovacího lisu omocí rogramovací logické jednoky. PLC jednoka ovládá hydraulický sysém lisu a ohyb zadního dorazu. Na závěr dilomové ráce bude rovedena evnosní analýza nosné sousavy CNC ohraňovacího lisu CTOF 60/300 a v říadě nunosi rovedeny ořebné konsrukční úravy. Zřesnění echnologických aramerů ohraňování Geomerie násrojů Ačkoliv není vzájemné ronikání násrojů během rocesu volného ohýbání ak velké, ve srovnání s ohýbáním s dolačením, má geomerie ohraňovacích násrojů významný vliv na konečný var výlisku. Obr. 4 základní geomerické aramery ohraňovacích násrojů Základní geomerie násrojů je určena ěmio aramery: - šířka -drážky sodního násroje () - oloměr hran -drážky sodního násroje (R d ) - oloměr šičky horního násroje (R ) - úhel šičky horního násroje ( ) - úhel -drážky sodního násroje ( d ) olné ohýbání Princi volného ohýbání sočívá v om, že na základě informace o ožadovaném úhlu ohybu c je vyočen zdvih beranu lisu s. Zdvih beranu lisu je nejdůležiějším echnologickým aramerem volného ohýbání. Srávným určením zdvihu beranu bude dosažen řesný var výlisku. -3-

4 Horská 3, 8 00 Praha Obr. 3 základní aramery volného ohýbání Při rocesu ohýbání je nuné uvažova aké vliv odružení maeriálu. Po odlehčení beranu výlisek odruží o úhel odružení. To může zůsobi značné změny úhlu ohybu a ím značné varové neřesnosi výlisku. Úhel ohybu o odlehčení c je vždy věší než úhel ohybu ři zaížení beranem a o řesně o úhel odružení Δ. = c + Δ kde Δ = A + 0 B A0 = 3,050 σ m 4,550 σ m + 0,503 m 5 B0 =,53640 σ + 0,068σ 7,988 m, σ m je mez evnosi maeriálu v ahu v [MPa] Zdvih beranu bude sysémem vyočíáván odle následující rovnice: s = ( R + ) d g g 45 o 4 e sin + 6 * s ( μ ) n, μ je koeficien smykového ření [-] je loušťka lechu [mm] n je součiniel zevnění a vyočíá se odle rce: -4- A n = ln +, kde A je ažnos maeriálu [%] 00

5 Horská 3, 8 00 Praha -5- výraz s * je: ( ) + = sin 4 45 * d R g g R s o výraz je: ( ) ( ) cos sin 4 45 sin = d d R g R g R o Přesnos ěcho navržených eoreických vzahů byla ověřena exerimenálním měřením rovedeném na několika různých ohraňovacích násrojích, loušťkách a yech maeriálů ohýbaných lechů. Měření bylo rovedeno omocí sklonoměru s iezoelekrickým krysalem od fy Siall Elecronic (více viz. DP). Obr. 4 měření úhlu ohybu sklonoměrem během rocesu ohýbání Ohýbání s dolačením Technologie ohýbání s dolačením není na ohraňovacích lisech, ve srovnání s volným ohýbání, v raxi ak časo využívána. Při ohýbání s dolačením je konečný var výlisku shodný s varem ohýbacích násrojů (j.výlisek řijme var násrojů). Při ožadované změně varu výlisku je edy nuná výměna obou ohraňovacích násrojů, roo je ao echnologie využívána ředevším ři velkosériové výrobě. Obr. 5 výočový model ohýbání s dolačením

6 Horská 3, 8 00 Praha = = dc Aby nedošlo ři ohýbání s dolačením ke řílišné deformaci od šičkou násroje, což by mohlo vés až k řesřižení lechu, je nuné dodrže základní uo odmínku: Rdc R + Jesliže je výše uvedená odmínka slněna, ak je možné zdvih beranu lisu urči odle následujícího vzahu: Určení ořebné ohýbací síly s o ( Rd + ) g45 4 = R g sin + Podle ořebné ohýbací síly ři rocesu ohýbání a znalosi činné lochy obou hydro-moorů se omocí roorčního lakového venilu nasavuje lak v hydraulickém sysému lisu. Ohýbací síla je závislá na geomerických aramerech sodního násroje, ohýbaného lechu a aké na jeho mechanických vlasnosech. Obecně je oužíván vzorec eno vzah ro výoče ořebné síly na ohýbání: b F = k σ m, b je šířka ohybu [mm] Hodnoa koeficienu k je ři rocesu volného ohýbání na -drážce nejčasěji volena jako,44. Pro roces ohýbání s dolačením je koeficien k roven hodnoě,6. Program ro výrobu ohýbaných dílů yvíjený rogram ro výrobu ohýbaných dílů je určen ro CNC ohraňovací lisy se řemi řízenými osami (osa Y, Y a X). Osy Y, Y (verikální ohyb beranu levá a ravá srana) jsou oháněny hydraulicky a řízeny nezávisle na sobě omocí roorčních elekro-hydraulických rvků. Pohyb zadního dorazu v ose X (vodorovný ohyb) je zajišťován omocí dvou kuličkových šroubů, oháněných řes ozubený řemen jedním servomoorem. Další osy zadního dorazu jsou nasavielné manuálně (j. R, Z, Z). -6-

7 Horská 3, 8 00 Praha Obr. 6 řehled řízených os ohraňovacího lisu (6 řízených os) Program ro výrobu ohýbaných dílů na CNC ohraňovacím lisu lní komunikační funkci mezi obsluhou a srojem. Hlavním cílem rogramu je zjednoduši a aké zříjemni obsluhu sroje ak, aby i méně zkušený oeráor dokázal lis bez roblémů obsluhova. Obr. 7 doykový ovládací anel HG3F (IDEC) Program na základě vsuních aramerů, vložených obsluhou sroje, auomaicky vyočíá výsuní aramery ořebné k řenému ohnuí výrobku. suní aramery jsou: ožadovaný úhel ohybu geomerie ohýbaného lechu (, b,...) geomerie ohraňovacích násrojů aramery oisující chování ohýbaného maeriálu (σ m,...) ýsuní aramery jsou: zdvih beranu lisu (osa Y,Y) oloha zadního dorazu (osa X) rozvinuá délka výrobku nasavení srávného laku sysému komenzace růhybu beranu a solu (osa W) konrola možné kolize mezi výrobkem a násroji během rocesu ohýbání -7-

8 Horská 3, 8 00 Praha Srukura řídícího sysému Obr. 8 srukura řídícího sysému hydraulického CNC ohraňovacího lisu se řemi řízenými osami a hydraulickou komenzací růhybu Pevnosní analýza nosné sousavy ohraňovacího lisu Nosná sousava lisu je vyrobena z konsrukční oceli. Teno maeriál má následující mechanické aramery: mez evnosi (σ m ): 460 MPa mez kluzu (σ k ): 50 MPa modul ružnosi (E): 0 5 MPa Poissonovo číslo (μ ): 0,3 husoa (ρ m ): 7850 kg/m 3 Nosná konsrukce bude zaížena maximální možnou silou 600 kn, což je síla jakou jsou schoni vyvola dva hydro-moory ohybující s beranem lisu. Předokládám, že ao síla ůsobí na beran i sůl lisu na celé jejich délce, edy 300 mm. Podle výočů odvozených v kaiole 3, je síla jednoho hydro-mooru sysému komenzace růhybu 504,404 kn. Celková síla sysému komenzace je 53,3 kn. -8-

9 Horská 3, 8 00 Praha Obr. 9 model nosné sousavy ohraňovacího lisu Obr. 0 nejvíce namáhané míso sojení zadní desky solu a čeu (bez zobrazení nosného C-rámu sroje a čeu) hodnou konsrukční úravou výše uvedeného kriického uzlu je možné namáhaní zadní desky solu sníži a ím ak ředejí říadnému oškození nosného sysému sroje. Navržená konsrukční změna se bude ýka celého nosného uzlu sojující řední a zadní desku omocí čeů. Kromě evnosního hlediska musí bý ao změna rovedena aké s ohledem na zachování nenáročné výroby jednolivých dílů uzlu a aké na dodržení shodného růhybu řední a zadní desky o keré slouží jako oěra hydro-moorům komenzace růhybu. říadě, že by růhyb -9-

10 Horská 3, 8 00 Praha obou desek byl výrazně odlišný mohlo by dojí k oškození ěcho ří hydro-moorů vlivem vzříčení ísu. Uchycení zadní desky solu bude osunuo o 00 mm směrem dolů a nebude realizováno omocí čeů, ale zadní deska bude ořena římo o nosný rám lisu. Touo konsrukční úravou bude dosaženo zevnění zadní desky, nosného rámu lisu (rosřední deska) a aké říznivějšího rozložení naěí v kriickém uzlu. důsledku éo konsrukční úravy je nuné osunou uchycení řední desky o 50 mm směrem dolů, aby bylo možné nosné čey uchyi římo do nosného rámu sroje. Tyo čey byly zkráceny o 50 mm. Kromě změn uchycení řední a zadní desky, byl došlo ke změně varu zadní desky s ohledem na výhodnější rozložení redukovaného naěí. yužiím ozvolných varových změn (velkých oloměrů) byl dosaženo snížení koncenrace naěí v kriických mísech zadní desky. Obr. nejvíce namáhané míso zadní desky solu (bez zobrazení nosného rámu sroje a čeu) o vhodné konsrukční úravě Závěr Dilomovou ráci jako celek je možné rozděli do dvou émaických čásí. První čás byla věnována vývoji obecných echnologický výočových algorimů, na základě kerých určí nový řídící sysém CNC hydraulického ohraňovacího lisu ořebné echnologické aramery rocesu ohýbání. Technologickými aramery rocesu ohýbání jsou myšleny: ořebný lak ro ohýbání oloha dolní úvrai beranu oloha zadního dorazu rozvinuá délka výrobku síla hydro-moorů sysému komenzace růhybu beranu a solu. Algorimus výoču ořebného laku ro ohýbání byl řevza ze všeobecně laného výočového vzahu, kerý oužívá věšina svěových výrobců ohraňovacích lisů. -0-

11 Horská 3, 8 00 Praha ývoj obecných vzahů ro určení olohy dolní úvrai beranu (nebo-li velikos zdvihu beranu) byl jedním z hlavních úkolů éo dilomové ráce. Planos ěcho nově vyvinuých obecných výočových vzahů dokazují výsledky exerimenálních měření rovedených na zkušebním ohraňovacím lise. Too měření bylo rovedeno ro dva v raxi nejběžněji ohýbané maeriály. Aby byla ověřena obecná lanos ěcho výočových vzahů ro jakýkoliv y maeriálu, bylo by nuné měření rovés na dalších maeriálech (nař. nerez ocel, hliník, ). zahy ro výoče olohy zadního dorazu jsou závislé výhradně na geomerii ohýbaného lechu. Planos sesavených rovnic bude ověřena ři zkušebním rovozu nového řídícího sysému. Pro výoče rozvinué délky byl ouži vzah řevzaý z odborné lieraury ojednávající o rocesu ohýbání. Jeho lanos bude rovněž ověřena až ři zkušebním rovozu nového řídícího sysému. zah ro výoče síly jednolivých hydro-moorů sysému komenzace růhybu beranu a solu v závislosi na echnologických aramerech byl určen meodou konečných rvků omocí výočového rogramu Ansys. Odvozený vzah je laný ro základní rozměr ohraňovacího lisu CTOF s délkou solu 300 mm. Z časových a organizačních důvodů budou výočové vzahy ro sroje s jinými délkami dolněny ozději. Druhá émaická čás dilomové ráce je věnována evnosní analýze kriických konsrukčních uzlů nosné sousavy CNC ohraňovacího lisu řady CTOF s délkou solu 300 mm. Rozložení redukovaného naěí v jednolivých čásech nosné sousavy bylo určeno meodou konečných rvků omocí výočového rogramu Ansys. ýsledky analýzy ukázaly, že ři maximálním možném zaížení ohraňovacího lisu by mohlo dojí k oškození někerých součásí nosného sysému. ěcho kriických čásech dosahovala hodnoa redukovaného naěí meze kluzu nebo dokonce uo mez řekračovala. Proo bylo navrženo několik konsrukčních úrav ak, aby bylo rozložení redukovaného naěí v ěcho kriických uzlech říznivější a vznikla ak určiá rezerva mezi hodnoou maximálního redukovaného naěí a mezí kluzu oužiého maeriálu. --