KOMPLEXNÍ VZDĚLÁVÁNÍ KATEDRA STROJNÍ SPŠSE a VOŠ LIBEREC CNC CAM
CNC CNC OBECNĚ (Kk) SOUSTRUŽENÍ SIEMENS (Ry) FRÉZOVÁNÍ SIEMENS (Hu) FRÉZOVÁNÍ HEIDENHEIM (Hk)
CAM EdgeCAM (Na) 3D OBJET PRINT (Kn)
CNC OBECNĚ se zabývá problematikou obrábění různých druhů materiálu a jejich vlastností, tvarové složitosti obrobku, použití nových řezných materiálů při vyšších řezných podmínkách pomocí počítačem programovatelných obráběcích center.
CNC SOUSTRUŽENÍ Kapitola 1 - Seřízení nástroje Kapitola 2 - Vytvoření nástroje Kapitola 3 - Nastavení počátku souřadného systému obrobku Kapitola 4 - Správa programů a založení nového programu Kapitola 5 - Volání nástroje a zadání dráhy posuvu Kapitola 6 - Pohyby po kruhové dráze Kapitola 7 - Vytváření libovolných kontur, obrábění nahrubo Kapitola 8 - Obrábění načisto Kapitola 9 - Závitový zápich, závity Kapitola 10 - Zápichy Kapitola 11 - Ekologie optimalizace drah a další možnosti úspory energie Kapitola 12 - Ekologické a technické aspekty HSC obrábění
11 - Ekologie optimalizace drah a další možnosti úspory energie Trochoidní trajektorie nástroje [3]
Přináší řadu výhod včetně ekologických [3] - zvýšení produktivity - prodloužení životnosti nástroje zamezením nadměrného úhlu opásání obvodu nástroje ᴪ - dá se regulovat prostým nastavením poloměru, kroku a úhlu trochoidy - snížíme nadměrné zatížení břitů při frézování rohů, rádiusových koutů kapes, žeber nebo maximální opásání nástroje při frézování drážek plným průměrem stopkové frézy
Uplatňuje se u těžko obrobitelných materiálů jako jsou například slitiny titanu, které jsou náchylné k vibracím a chvění. Tímto způsobem dosáhneme minimalizaci změn směru obrábění a umožňuje to použít vyšší řezné rychlosti, čímž se podstatně zkrátí strojní čas obrábění. Optimalizují se řezné podmínky tím, že fréza nenajíždí do řezu přerušovaně, ale plynule a stabilněji z důvodu konstantního záběru. [3]
Konvenční metoda [1]
Trochoidní metoda [1]
Trochoida = cyklická křivka [2] Parametry - poloměr udává poloměr kružnice opisující valivý pohyb po pevné, základní přímce vycházející ze středu nástroje - krok parametr určující vzdálenost mezi středy dvou sousedních kružnic, které určují posun nástroje - úhel úhel záběru naměřený mezi dvěma vektory v místě dotyku frézy s materiálem [4]
Příklad optimalizace na grafu Optimalizací vrtání v závislosti na optimalizaci řezné rychlosti, lze dosáhnout úspor, jež mají kladný vliv na životní prostředí. např. snížení času obrábění = úspora el. energie, snížení opotřebení nástroje = nižší náklady na pořizování, pořizování méně nástrojů = snížení ekologické zátěže při výrobě nástrojů a jejich následné recyklaci. [2]
Další možností, jak snížit spotřebu energie je využití ztrátových energií stroje a jejich rekuperace. Takto získaná energie se dá využít pro senzory či snímače. [5] Jiná možnost je, že danou energii vůbec nespotřebujeme. Pro konkrétní činnost si zvolíme vhodnou velikost stroje, aby nedocházelo ke ztrátám kvůli nevyužitému potenciálu stroje, většímu tření a vysokým setrvačným silám. [5]
Rekuperovaná energie [5] U zahřívaných součástí můžeme využít rozdílu teplot mezi strojem, popřípadě chladící kapalinou a okolím, kterou využívá termoelektrický článek. Pomocí vibračních generátorů můžeme přeměnit vibrace na elektrickou energii. Důležitým faktorem je velikost a charakter vibrací. Jako další možnost se nabízí mechanická energie dojezdů, u obráběcích strojů se zatím nevyužívá ( nízký efekt ).
Energy harvesting systémy se v poslední době staly jednou z hlavních oblastí výzkumu. Zahrnují všechny možnosti, principy a materiály, díky kterým můžeme získávat energii z blízkého okolí. Většinou se používají pro sekundární napájení, ale s dalším vývojem a snižováním spotřeby strojů je určitě častěji uvidíme i jako primární zdroje. [5]
Zdroje pro energy harvesting systémy: Mechanická energie: Mezi tyto energie patří vibrace, mechanické namáhání a deformace. Získáme ji pomocí vibračních článků a piezoelektrických článků. [5] Tepelná energie: Patří sem odpadní energie z pecí, topných těles a různých zdrojů tření. Pro její využití slouží termogenerátor. [5] Světelná energie: Jde o energii získanou ze světla v místnosti, nebo ze slunečního světla. Přímé sluneční záření je samozřejmě schopné vytvořit mnohem více energie, než světlo v místnosti. Ke zpracování světelné energie slouží solární panely. [5]
Elektromagnetická energie: Tuto energii najdeme u cívek a transformátorů. Přírodní energie: Jde o využití větrné energie, mořských proudů a proudů vody. Můžeme sem zařadit i solární energii. Pro její získání slouží větrné, vodní, přílivové a solární mini-elektrárny. [5] Energie lidského těla: Je to kombinace mechanické a tepelné energie, kterou tělo přirozeně produkuje, a energie z chůze a pohybu. Příkladem jejich využití jsou hodinky napájené z rozdílů teplot mezi rukou a okolím (SEICO Thermic), nebo z pohybu zápěstí (SEIKO Kinetic). [5] Ostatní energie: Do této kategorie řadíme všechny ostatní způsoby. Například energie z chemických a biologických zdrojů. Mezi chemické zdroje patři hlavně různé baterie. [5]
Analýza energií Sluneční záření (Ne): Solární články samozřejmě použít můžeme, ale museli bychom je připevňovat na střechu, nebo jiné slunečné místo a navíc je můžeme využít pro napájení čehokoliv jiného v dílně. Tento zdroj energie je navíc nestálý (den/noc, slunečno/zataženo, léto/zima) a s obráběcími stroji nesouvisí, proto ho nebudeme brát v úvahu. [5] Vibrace (Ano): V obráběcím stroji vzniká velké množství vibrací z různých zdrojů, jako jsou převodovky, elektromotor, čerpadlo, anebo třeba i ze samotného obrábění. Vibrace mají převážně ustálený charakter, a tudíž by nemuselo být příliš těžké pro ně optimalizovat generátor. [5] Chemické gradienty (Ne): Tento zdroj energie se používá převážně u baterií. U obráběcího stroje se nesetkáváme s žádnými chemickými procesy, které bychom mohli využít k výrobě energie. [5]
Teplotní gradienty (Ano): Při pohybu, nebo deformaci jakékoliv součásti dochází k tření, a tím pádem také k uvolnění tepla. U obráběcích strojů dochází k největšímu uvolňování tepla právě při samotném obrábění, kdy dochází k velkým deformacím a velkým třecím účinkům mezi nástrojem a obrobkem. Zde by šlo využít rozdílů teplot mezi okolím a strojem, nebo chladicí kapalinou. [5] Proudění tekutin (Ne): U obráběcích strojů sice proudí chladicí kapalina, ale tu musí pohánět čerpadlo, a pokud bychom do potrubí vložili generátor, tak by se snížil výkon čerpadla a ztráty by byly větší než získaná energie. [5] Elektromagnetické záření (Ne): Obráběcí stroj nevytváří skoro žádné elektromagnetické záření a nemůžeme ho tedy ani využít pro získávání energie. [5]
Mechanická energie dojezdů (Ano): Pro rozběh stroje do provozních otáček je potřeba určité množství energie. Po skončení prací a vypnutí se ještě stroj setrvačnou energií dále pohybuje a zpomaluje. Tato energie by se dala zpětně přeměnit na elektřinu tím, že by se z motoru stal generátor. Využití tohoto systému nebude u menších strojů tak účinné, jak u větších strojů, které mají velkou setrvačnost. [5] Graf závislosti výkonu na hmotnosti generátoru [5]
Možností je celá řada, ale jedno z nejzákladnějších pravidel a nejjednodušším krokem k úspoře energie se tedy jeví správný výběr obráběcího stroje vzhledem k opracovávané součásti s možnosti využití plného potenciálu stroje.
Použité zdroje [1] https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=18632 [2] https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=53518 [3] http://www.mmspektrum.com/clanek/problematika-obrabeni-titanovych-leteckychdilu.html [4] http://www.delcam.cz/produkty/powermill/high-speed-machining/ [5] http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=39368
DĚKUJI ZA POZORNOST A PŘEJI HODNĚ ÚSPĚCHŮ Zpracoval(a): Mgr. Vilém Rychtář, SPŠSE a VOŠ LIBEREC ry@pslib.cz +420 485100113