Zlepšování užitných vlastností obráběcích strojů změnou konstrukce a technologie Ing. Martin Mareš, Ph.D. 22. listopadu 2016, Hustopeče ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Ústav výrobních strojů a zařízení Ú12135 Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT www.rcmt.cvut.cz
Obsah 2 1. Úvod 2. Hlavní požadavky na výrobní stroje a technologie 3. Projekt CK SVT 4. Příklady zlepšení hlavních užitných vlastností strojů změnou jejich konstrukce 5. Příklady zlepšení parametrů technologie po optimalizaci
Úvod 3 Každý výrobek lze vyrobit několika základními operacemi. Technologie se odlišují fyzikálními principy a náročností jejich zvládnutí. Podle aktuální technické vyspělosti v technologiích a potřebách a možnostech uživatelů se přesouvá pozice a významnost jednotlivých technologií (již několik století). dělení materiálu tváření a slévání materiálu odebírání materiálu přidávání materiálu Pro všechny typy výrobních technologií a strojů platí stejné požadavky.
Základní požadavky na výrobní stroje a technologie 4 Přesnost Jakost Produktivita Spolehlivost Hospodárnost Minimální dopad na ŽP Jednotlivé požadavky jdou často vzájemně proti sobě. Zlepšení lze realizovat: Změnou konstrukce stroje vytvoření hodnoty u výrobce a přenesení na uživatele Změnou technologie na stroji vytvoření hodnoty u uživatele pokud má výrobce toto know-how, je silnější v zákaznické podpoře Užitnou hodnotu strojů a technologií lze zlepšit mj. účinnost spoluprací firem a výzkumných organizací
5 Projekt CK Strojírenská výrobní technika Projekt je spolufinancován TAČR v rámci programu Centra kompetence. Projekt je kombinací základního oborového výzkumu a aplikací výsledků ve firmách přímý vztah mezi výzkumem a následnou aplikací v průmyslu Projekt je řešen konsorciem firem a univerzit: 3 univerzity, 4 univerzitní pracoviště: ČVUT v Praze (Ústav výrobní strojů, Ústav mechaniky), VUT v Brně (Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky), ZČU v Plzni (Katedra konstruování strojů) 6 výrobců obráběcích strojů: TOS Varnsdorf, TOS Kuřim-OS, Škoda Machine Tools, TOSHULIN, Tajmac-ZPS, Kovosvit MAS 1 výrobce tvářecích strojů: Šmeral Brno Doba řešení: 2012 2019 (odborná oponentura projektu: 2015)
Tuhost v X [N/um] Strukturální optimalizace strojů 6 Zajištění dostatečné tuhosti při minimalizaci hmotnosti Zcela nově navržený stojan FRF s optimalizovanou vnitřní strukturou vykazuje o 20% vyšší statickou tuhost než stroje této velikostní kategorie při zachování hmotnosti Těžký otočný stůl na přesuvných saních TDV 50 úspora 15% materiálu při zachování nosnosti a tuhosti stolu díky strukturální optimalizaci v kombinaci s modelováním hydrostatického vedení Hmotnost [tun]
Pasivní zvyšování tlumení struktur strojů 7 Zvýšení dynamické tuhosti bez aktivních mechatronických zařízení Dlouhý kuličkový šroub Hybridní smykadlo stroje 7032 Zdvih osy 6,5 m, délka šroubu 9 m Šroub byl vyplněn částicemi materiálu a osazen posuvnými podporami Maximální posuvová rychlost osy byla použitím provedeného opatření zvýšena z původních 8 na 20 m.min -1, tedy 2,5x Hybridní smykadlo na bázi litiny a kompozitní výztuže délky 2500 mm Výpočtová optimalizace tvaru a skladby kompozitové výztuže Úspěšné zvládnutí konstrukce a výrobních technologií pro uplatnění v obráběcích strojích Výrazné snížení (až 4x) dynamické poddajnosti smykadla ve srovnání se stejným litinovým dílcem
Aktivní zvyšování dynamické tuhosti 8 Zvýšení dynamické tuhosti pomocí přídavných aktivních mechatronických zařízení Aplikace aktivního hltiče se zapnutým tlumičem Ověřené nasazení řízeného tlumiče u multifunkčního obráběcího centra. s vypnutým tlumičem se zapnutým tlumičem s vypnutým tlumičem
Zvyšování produktivity změnou koncepce stroje 9 Nové koncepce obráběcích strojů přinášejí potenciál zlepšení vlastností Vícevřetenový soustružnický automat Změna kinematické struktury vícevřetenového soustružnického automatu Stávající koncepce Využití nástroje během pracovního procesu křížový support podélný support Nová koncepce křížový support podélný support Vizualizace nové kinematické struktury vícevřetenového soustružnického automatu dle návrhu prof. Valáška Patentově chráněné řešení zkracuje celkový potřebný čas a zvyšuje produktivitu stroje Na vzorovém příkladu dosaženo zvýšení produktivity až o 74% 0 4 8 12 16 20 24 28 32 čas [s] koná činnost čeká čeká na výměnu
Optimalizace upnutí obrobku 10 Správným upnutím obrobku lze zvýšit jeho tuhost a tím i produktivitu obrábění. Optimalizace upnutí saní na stroji WHTEC Analýzou vlivu upnutí dílce a nastavení řezných podmínek bylo zjištěno, že limitem procesu je tuhost soustavy stroj-nástroj. Volbou vhodného nástroje lze snížit geometrickou chybu obráběného povrchu vlivem odklonu nástroje až o 80% a snížit zatížení v nejvíce namáhaném směru až o cca 45%. Aplikace výsledků výzkumu vedla ke zvýšení produktivity a přesnosti obrábění testovaného dílce.
Optimalizace řezných podmínek 11 Zvýšení produktivity a hospodárnosti změnou řezných podmínek a prostředí Technologie frézování GFK S využitím výsledků analýzy došlo k optimalizaci zákaznické aplikace a tím k dosažení vyšší produktivity obrábění i kvality povrchu dílce. Vysokotlaké chlazení procesní kapalinou na stroji WHTEC 130 Testování vysokotlakého chlazení jako alternativy pro zvyšování produktivity a hospodárnosti obrábění Aplikací souboru doporučení došlo ke zvýšení efektivity obrábění sousledné obrábění nesousledné obrábění
SW podpora práce na multifunkčních strojích 12 Pokročilé MF stroje vyžadují pokročilé nástroje pro přípravu a verifikaci NC kódu Postprocesor pro MCU700VT-5X Vývoj postprocesoru se speciálními technologickými funkcemi Navrženým algoritmem lze uspořit až 45% původního času při víceosém obrábění bez funkce TCP SW pro antikolizní kontrolu dlouhotočných automatů Manurhin Vhodně zvolené nástrojové osazení suportů a nájezdy nástrojů přispívají k dosažení vysoké produktivity obrábění Okna pro zadávání NC kódu čas po korekci původní čas Využití nástrojů v čase Nastavení parametrů simulace
13 Shrnutí a závěr Zákazníka zajímají hlavní užitné vlastnosti stroje a cena, kterou za ně musí zaplatit. Zlepšit poměr hodnoty užitné vlastnosti a ceny je možno změnou konstrukce stroje nebo změnou technologie. Ve obou případech je možno dobře uplatnit reálné výsledky výzkumu a vývoje, které vytváření znalosti využitelné ve prospěch koncového uživatele. Spolupráce firem s univerzitami přináší konkrétní vyšší přidanou hodnotu do řešení jednotlivých konstrukčních a technologických témat.
14 Děkuji za pozornost Ing. Martin Mareš, Ph.D. E: m.mares@rcmt.cvut.cz ČVUT v Praze Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) www.rcmt.cvut.cz