Projekt: Téma: Broušení, broušení na plocho a na kulato. Broušení součástí na CNC bruskách. Obor: Nástrojař, Obráběč kovů Ročník: 2. Zpracoval(a): Pavel Urbánek Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 0
Obsah Broušení... 2 1. Způsoby broušení... 2 1.1 Rovinné broušení... 2 1.2 Broušení rotačních ploch... 2 2. CNC brusky... 3 2.1 Základní konstrukce rovinné CNC brusky... 3 2.1.2 Funkční jednotky... 3 2.1.3 Pracovní jednotky... 4 2.2 Základní konstrukce CNC brusky do kulata... 4 3. Brousící nástroje... 5 3.1 Brusiva... 5 3.2 Velikost zrna... 5 3.3Tvrdost... 6 3.4 Označování brusných kotoučů... 6 3.5 Orovnávání brusných kotoučů... 7 4. Řídicí systémy... 8 4.1 Základy programování... 8 4.2 NC programy... 9 5. Další vlastnosti CNC brusek... 10 Použitá literatura:... 11 1
Broušení Broušení je obráběcí postup, umožňující opracování tvrdého materiálu s přesností a hladkostí, nedosažitelnou soustružením a frézováním. Hlavní přednostní broušení je dosažení velké přesnosti a malé drsnosti povrchu. 1. Způsoby broušení 1.1 Rovinné broušení Při rovinném broušení se může brousit několika způsoby. Mezi nejčastější způsoby patří tzv. obvodové broušení, kdy se brousí válcovou obvodovou plochou brusného kotouče. Pohyb může být podélný nebo kruhový. Obr. 1: Princip rovinného broušení 1.2 Broušení rotačních ploch Broušení rotačních ploch (broušení dokulata) se používá při obrábění hřídelí a jiných rotačních ploch. Nástroj, brusný kotouč i obrobek vykonávají rotační pohyb kolem své osy, a dochází tak k opracování plochy obrobku po celém obvodu. Brousit dokulata lze jak vnější rotační plochy, tak i vnitřní plochy. Obr. 2: Princip rotačního broušení 2
2. CNC brusky 2.1 Základní konstrukce rovinné CNC brusky Vřeteník stroje Stojan s vedením vřeteníku Řídící jednotka Podélný stůl Y Vřeteno s brusným kotoučem X Z Křížový stůl Lože stroje Obr. 3: Rovinná bruska Taková jednoduchá rovinná bruska má pracovní vřeteno, na kterém je nasazen a upevněn brusný kotouč. Vřeteník stroje se pohybuje ve svislé ose Y. Další částí stroje je křížový stůl řízený v příčném i podélném pohybu v osách Z a X. 2.1.2 Funkční jednotky U obráběcích CNC strojů zajišťují všechny pohyby, potřebné pro hlavní provoz, elektromotory. Dalšími pohonnými jednotkami jsou servomotory pro pohony posuvů. Řídící jednotky jistí motory před přetížením a umožňují přesné koordinované plynulé CNC řízení a regulaci otáček a posuvů stroje. 3
2.1.3 Pracovní jednotky Pracovní jednotkou CNC brusky je taková část stroje, která se podílí na jeho hlavní funkci. Hlavní funkcí brusky je třískové obrábění obrobku broušením. Pracovní jednotka se tedy skládá z pracovního vřetena s upínacím zařízením pro brusný kotouč a křížového stolu pohybujícího se v osách Z a X. 2.2 Základní konstrukce CNC brusky do kulata Bruska pro rotační broušení (bruska na Obr. 4: Princip rotační CNC brusky kulato) se rozlišuje na broušení vnějších a vnitřních rotačních ploch. Konstrukce se skládá, podobně jako u rovinné brusky, z vřeteníku, na kterém je vřeteno s upevněným brusným kotoučem. Vřeteník je možno natočit ve svislé ose B, což umožňuje broušení kuželových ploch. CNC brusky mohou být i více vřetenové, což umožňuje broušení např. i vnějších a vnitřních částí obrobku na jedno upnutí. Na CNC brusce mohou být i pomocí jediného plochého kotouče vybroušeny složité profilové plochy. Taková bruska umožňuje také vytvarování profilu brusného kotouče pomocí programově řízeného orovnávacího diamantového hrotu nebo kolečka. Ostatní funkční, pracovní a doplňkové jednotky jsou stejné jako u předchozí rovinné brusky. Obr. 5: Brousící tvarové kotouče 4
3. Brousící nástroje jsou brusné kotouče, tělíska, válečky a brusné šneky pro broušení ozubených kol. Brusný kotouč je tvořený z brusných zrn, které jsou vzájemně spojeny pojivem s drobnými dutinami. Tvary brousících nástrojů Tvar - číslo Skupina 1 Plochý brusný kotouč 6 Hrncový brusný kotouč 12 Talířový brusný kotouč 52 Brousící tělísko válcové Tab. 1: Brousící nástroje 3.1 Brusiva Nejčastěji používaným brusivem (druhem zrna) jsou oxidy hliníku, nazývané korundy (bílé, růžové) nebo karbidy křemíku (zelené, černé). Například pro broušení naplocho se používá takové zrno, které má i při malém přítlaku samoostřící vlastnost, takže je velmi křehké a snadno se rozbije. Zároveň je ale třeba, aby byl zajištěn optimální odběr materiálu. Tyto předpoklady má zpravidla ušlechtilý korund. Ve zvláštních případech je možné použít i jedno krystalový korund, umělý korund a karbid křemíku 3.2 Velikost zrna Nazýváme taky zrnitostí. Obecně platí, že čím je menší zrnitost (velikost zrna), tím je menší hloubka drsnosti broušeného povrchu (povrch je tzv. jemnější). Podle velikosti zrn rozlišujeme taky způsob broušení na hrubovací broušení a dokončovací broušení. Rozhodujícím faktorem je zadaná hloubka drsnosti materiálu v technické dokumentaci výrobku. Velikost zrna je taky zpravidla výsledkem kompromisu mezi požadovaným množstvím odebraného materiálu a kvalitou povrchu. 5
3.3 Tvrdost Pod pojmem tvrdost brusného kotouče se rozumí odpor konkrétního zrna proti vylomení z pojiva. Můžeme tedy říci, že se jedná o soudržnost kotouče. Při broušení tvrdých materiálů může být při velkém otěru zrn zajištěno samoobrušování jen při měkkém pojivu, které zabrání velkým rázovým silám vylamujícím celá zrna. Broušení měkkých materiálů vyžaduje velkou třísku, velkou řeznou sílu a tedy tvrdé kotouče. Tvrdost brousících materiálů označujeme stupni (velkými písmeny abecedy) Tvrdost brousících nástrojů Stupeň tvrdosti Označení Oblasti použití A, B, C, D E, F, G H, I, J, K L, M, N, O P, R, S, T, U, V, W X, Y, Z Zvláště měkké Velmi měkké Měkké střední Tvrdé Velmi tvrdé Zvláště tvrdé Hloubkové a čelní broušení tvrdých materiálů Běžné broušení kovů Broušení vnějších rotačních ploch (do kulata), broušení měkkých materiálů Tab. 2: Tvrdost brousících nástrojů 3.4 Označování brusných kotoučů Označení Tvar Rozměry Složení - rychlost Brusný kotouč ISO 603-1 - 1-450 80 127 A60K8V 40m/s Plochý brusný kotouč Vnější průměr D = 450 mm Šířka T = 80 mm Díra H = 127 mm Brusivo A -korund Zrnitost 60 (na palec) Tvrdost K : měkký Struktura 8- jemná Pojivo V:keramické Max.řez, rychlost 6 Obr. 6: Označování brusných kotoučů
3.5 Orovnávání brusných kotoučů Diamantové orovnávače jsou nástroje sloužící k orovnávání brusných kotoučů pro vnější, vnitřní i tvarové broušení. Nejčastěji jsou vyrobeny z vysoce kvalitní přírodní suroviny. Pro dosažení požadovaného tvaru a přesnosti brousícího kotouče je třeba použít optimální typ orovnávače. Orovnávač je tvořen držákem (různých tvarů a délek) a krystalem diamantu. Krystal diamantu je při své vysoké tvrdosti velmi křehký. Upnutí orovnávače musí být tuhé, bez chvění, pracovní hrot musí být ve výšce středu brousícího kotouče a osa upínací části musí směřovat 7-10 nad osu kotouče. Orovnávání se provádí pod silným a nepřerušovaným proudem chladící kapaliny. S chlazením je třeba začít dřív, než se hrot orovnávače dotkne brousícího kotouče, protože v opačném případě dochází k poškození orovnávače. Obr. 7: Orovnávací diamanty Obr. 8: Způsoby orovnávání Velikost (hmotnost diamantu) Maximální hloubka záběru v mm Posuv v mm/ ot. 0,2 g (1ct) 0,03 0,05 0,15 0,4 g (2ct) a větší 0,05 0,05 0,15 Tab. 3: Doporučené parametry pro orovnávání Když pracovní podmínky nedovolují použít chlazení, snížíme hloubku záběru o 0,01mm proti údajům uvedeným v předchozí tabulce. Ubývání hrotu je třeba sledovat. Postupným otáčením držáku kolem osy najdete polohu, ve které je úbytek nejmenší. Opotřebený orovnávač zašlete včas k opravě, tj. k přesazení nebo k přebroušení. Velký úbytek hrotu diamantu znemožňuje opravu. Správně opotřebovaný orovnávač je možno přesadit asi 3 až 4krát, aniž by bylo nutno přebrušovat jeho tvar. Obr. 9: Opotřebení diamantu 7
4. Řídicí systémy Číslicově řízené stroje jsou ovladatelné číslicovými signály, ve kterých jsou zakódované pomocí číslic příkazy a souřadnice polohy nástroje. Tyto příkazy jsou uloženy v paměti počítače a je možné je měnit. Takový řídicí systém nazýváme CNC (computerized numerical control). CNC programy řídí koordinované pohyby stroje ve všech osách a mohou být programovány přímo na stroji nebo mimo něj a potom do něj přeneseny na datovém nosiči nebo po síti. Moderní CNC zařízení má 2 4 souvisle řízené osy a automatickou kompenzaci úbytku brusného kotouče. Mezi další přednosti CNC zařízení patří proměnlivý a pružný způsob broušení i orovnávání. Obr. 10: CNC rovinná bruska 4.1 Základy programování Každý počítačem řízený obráběcí stroj pracuje s programem vytvořeným obsluhou stroje nebo programátorem. Základy vytvoření NC programu si vysvětlíme v následujících kapitolách. Obr. 11: CNC rotační bruska 8
4.2 NC programy V NC programu jsou udány dráhy a cílové body, které má najíždět nástroj (brusný kotouč). Aby byly příkazy v programování správné, musíme zadat jednotlivé body pohybu nástroje. Základem je určit v rovině nebo prostoru systém, který umožní přesně určit polohu zadávaných bodů. Takový systém nazýváme souřadnicovým. Nulový bod Obr. 12: Určení nulového bodu souřadného systému na obrobku Nulový bod souřadného systému Souřadný systém se sestává ze dvou os na sebe kolmých, na kterých je číselná hodnota nanesena v určitém měřítku. Průsečík těchto os se nazývá nulový bod souřadného systému. Vodorovná osa se označuje X a svislá Y. U broušení na kulato je osa rovnoběžná s osou vřetene označena Z, osa na ni kolmá X. Pomocí programů, kde zadáváme dráhy a cílové body nástroje, tvoříme řádky (bloky). Tyto bloky se skládají z jednotlivých příkazů (slov). Každý příkaz (slovo) se skládá ze dvou částí. Adresné a Významové. Adresa určuje, kam bude instrukce směřována. N110 G01 X+60 M03 číslo bloku slovo slovo slovo 9
Obr. 13: Ovládací panel CNC brusky Pomocí těchto bloků vytvoříme dráhy, po kterých nástroj přejíždí. Díky přesnosti zvyšujeme efektivitu výroby a minimalizujeme zmetkovitost. Obr. 14: CNC tvarové broušení 5. Další vlastnosti CNC brusek Brousící vřetena bývají uložena na bezkontaktních hydrostatických ložiscích, díky nimž nedochází k vibracím a opotřebením a vřeteno tak může pracovat ve velkých rychlostech. Další vhodným příslušenstvím je automatické orovnávání kotouče. U brusek na kulato může být stroj doplněn o automatické podávací a odebírací zařízení. 10
Použitá literatura: 1. DILLINGER, Josef a kol.: Moderní strojírenství pro školu i praxi, 1.vydání, Europa- Sobotáles cz., Praha 2007, str. 171-182, ISBN 978-80-86706-19-1. 2. Jaroslav Dubrava, Výukový modul - Programování CNC, SPŠ Uherský Brod. Další zdroje: 1. http://www.vtn.cz 2. www.mmspektrum.cz 11