O problemach w projektowaniu specjalnego oprzyrządowania

O problemach w projektowaniu
specjalnego oprzyrzàdowania technologicznego
do obrabiarek wieloosiowych
The problems in the design of special technological
fixtures for multi-axis machining
MARTA ABRAHAMOWICZ
DANIEL GROCHA¸A
Streszczenie: Celem pracy by∏o przygotowanie konstrukcji specjalnego oprzyrzàdowania technologicznego zapewniajàcego ustalenie i zamocowanie cienkoÊciennych przedmiotów obrabianych skrawaniem. W artykule opisano sposób
konstruowania uchwytów obróbkowych wchodzàcych w sk∏ad tzw. przyrzàdów obróbkowych, korzystajàcych z rozwiàzaƒ
wyd∏u˝ajàcych ∏aƒcuchy kinematyczne obrabiarek. Wskazano jeden z kierunków okreÊlania dok∏adnoÊci ustalenia
i zamocowania oraz przedstawiono metod´ praktycznej weryfikacji uzyskiwanej dok∏adnoÊci pozycjonowania przyrzàdów
obróbkowych. Omówiono g∏ówne êród∏a b∏´dów obróbki oraz mo˝liwy sposób ich identyfikacji i usuwania.
S∏owa kluczowe: uchwyt obróbkowy, obrabiarka CNC, dok∏adnoÊç geometryczna wyrobu, analiza MES
Abstract: The article describes how to construct handles machining included in the so-called fixtures, using the solutions
to prolong the machine kinematic chains. One of the directions for determining the accuracy of the findings, attachment
method and the practical verification of product accuracy positioning are indicated. The main sources of error treatment
method of identification and removal are also discussed.
Keyword: machining fixture, CNC machine, geometric accuracy of the product, FEM analysis
W przemyÊle, gdzie dominuje produkcja wielkoseryjna i masowa, standardem jest stosowanie specjalnego oprzyrzàdowania technologicznego w celu
zapewnienia wysokiej wydajnoÊci, dok∏adnoÊci i ekonomiki obróbki. Klasyczny uk∏ad OUPN przy produkcji
elementów w bran˝y maszynowej czy motoryzacyjnej coraz cz´Êciej jest integrowany w miejscu obrabiarka (O) – uchwyt (U). Miejsce na styku uchwytu
obróbkowego z obrabiarkà jest p∏ynnym przejÊciem,
w którym bardzo cz´sto wykorzystywane sà tzw. roz-
a)
b)
Rys. 1. Przyk∏adowe rozwiàzania uk∏adów wyd∏u˝ajàcych ∏aƒcuch kinematyczny obrabiarki: a) stó∏ obrotowo-wychylny
„ko∏yska” T-T – rozwiàzanie firmy LECHMANN [5], b) stó∏
uchylno-obrotowy H-TDMG (swivel rotary table) [7]
Mgr in˝. Marta Abrahamowicz – Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, al. Piastów 19, 70-310 Szczecin,
e-mail: [email protected]; dr in˝. Daniel
Grocha∏a – Wydzia∏ In˝ynierii Mechanicznej i Mechatroniki,
Instytut Technologii Mechanicznej, Zachodniopomorski
Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, al. Piastów 19,
70-310 Szczecin, e-mail:[email protected].
40
wiàzania wyd∏u˝ajàce ∏aƒcuch kinematyczny obrabiarki. Powszechnie do tej grupy urzàdzeƒ technologicznych zaliczane sà ró˝nego rodzaju sto∏y obrotowe
oraz sto∏y wychylno-obrotowe, które z jednej strony
mogà stanowiç integralnà cz´Êç obrabiarki z∏àczonà przez uk∏ad sterowania CNC, z drugiej strony
w klasycznym uj´ciu sà zaliczane do tzw. elementów przyrzàdu obróbkowego (tj. mechanizmu przeznaczonego do ustawienia i zamocowania przedmiotu
poddawanego obróbce skrawaniem [1, 2]).
Sto∏y wychylno-obrotowe (rys. 1) mogà byç wykorzystywane jako elementy ró˝nych przyrzàdów
obróbkowych [3]. Równie˝ w ramach jednego przyrzàdu obróbkowego mo˝na stosowaç ró˝ne sto∏y,
które cz´sto zakoƒczone sà standaryzowanà koƒcówkà wrzecionowà (do szybkiego mocowania ró˝nych uchwytów w przyrzàdzie [4 – 6]).
Najcz´Êciej w konstrukcji przyrzàdów obróbkowych przeznaczonych na obrabiarki trójosiowe
stosowane sà rozwiàzania, gdzie dwa dodatkowe
obroty realizowane sà jedynie przez stó∏ (T-T) – rys. 1a.
Z kolei sto∏y uchylno-obrotowe (rys. 1b) znajdujà
najcz´Êciej zastosowanie w pi´cioosiowych centrach
obróbkowych, stanowiàc integralnà cz´Êç obrabiarki.
Cechà charakterystycznà tego typu konstrukcji jest
umieszczenie pod kàtem 45° jednej z dwóch sterowanych numerycznie osi obrotowych. Wyró˝niç
mo˝na trzy konfiguracje stosowanych w obróbce
pi´cioosiowej rozwiàzaƒ wyd∏u˝ajàcych ∏aƒcuch
kinematyczny:
쐌 g∏owica-g∏owica (head-head, H-H) – sterowanie
w dwóch dodatkowych osiach odbywa si´ przez
skr´tnà konstrukcj´ g∏owicy,
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
쐌 g∏owica-stó∏ (head-table, H-T) – sterowanie jednà
osià realizowane jest przez skr´tnà g∏owic´, ruch
drugiej sterowanej osi realizuje stó∏,
쐌 stó∏-stó∏ (table-table, T-T) – sterowanie w dwóch
dodatkowych osiach odbywa si´ przez skr´tnà
konstrukcj´ sto∏u.
Najcz´stszymi kryteriami stosowanymi przy doborze sto∏u wychylno-obrotowego sà jego wymiary,
masa obrabianej cz´Êci wraz z uchwytem, a tak˝e
podawana w dokumentacji dok∏adnoÊç pozycjonowania [5, 6] lub programowalna rozdzielczoÊç
podzia∏u kàta [7]. Sto∏y wychylno-obrotowe bardzo
mocno ograniczajà dost´pnà przestrzeƒ obróbkowà maszyn CNC, zw∏aszcza obrabiarek o pionowej
osi wrzeciona. Ograniczenie przestrzeni obróbkowej
przez przyrzàd obróbkowy jest mniej ucià˝liwe
w obrabiarkach o poziomej osi wrzeciona.
Konstruowanie uchwytu obróbkowego
Uchwyty specjalne do stosowania na wieloosiowych obrabiarkach CNC projektowane sà podobnie jak specjalne oprzyrzàdowanie wiertarskie, tokarskie czy frezarskie [1 – 3]. Jednak ze wzgl´du na
du˝à koncentracj´ technologicznà, cz´ste wyst´powanie ró˝nych zabiegów w jednej operacji, uchwyty
obróbkowe w nowoczesnych, skrawajàcych centrach
obróbkowych muszà odznaczaç si´ uniwersalnoÊcià,
zapewniajàc jednoczeÊnie dojÊcie do wszystkich powierzchni obrabianych, wysokà sztywnoÊç i dok∏adnoÊç pozycjonowania przy niewielkich wymiarach
i ma∏ej masie w∏asnej [8, 9]. W sytuacji gdy z jednego
zamocowania realizowanych jest wiele ró˝nych
obróbek skrawaniem, jednoczesne spe∏nienie wszystkich wymagaƒ jest bardzo trudne, zw∏aszcza dotyczàcych prawid∏owego bazowania [1, 2]. W konstrukcjach specjalnego oprzyrzàdowania na centrach
obróbkowych cz´sto wyst´puje przestalenie przedmiotu obrabianego. Przestalenie wyrobu w trakcie
obróbki spowodowane jest zazwyczaj stosowanym
przez konstruktora przedmiotu tolerowaniem wymiarów i kszta∏tu (GD&T). Sposób ustalenia i zamocowania bywa z góry narzucony przez konstruktora
i wynika ze sposobu definiowania Lokalnego Uk∏adu
Wspó∏rz´dnych cz´Êci LUW, lub Reference Point
System RPS (w bran˝y motoryzacyjnej) – rys. 2 [10].
Niejednokrotnie sposób ustalenia i zamocowania
jest opisany i zatwierdzony w analizie rodzajów i skutków mo˝liwych b∏´dów – FMEA (Failure Mode and
Effects Analysis) jeszcze przed wykonaniem uchwytu
i serii wyrobów prototypowych.
W produkcji wielkoseryjnej, zw∏aszcza w motoryzacji, powszechnie u˝ywane sà przygotówki w formie ciÊnieniowych odlewów lub odkuwek. W takiej
a)
b)
Rys. 3. Chwytaki wrzecionowe firmy SHUNK [11]: a) z przy∏àczem HSK 63, b) z trzpieniem dowalcowym
sytuacji do ustalenia przedmiotu dobierane sà powierzchnie, które nie przechodzà przez p∏aszczyzny
(linie) podzia∏u formy czy matrycy (tzw. wymiary,
powierzchnie zwiàzane z formà).
Do ustalenia w uchwycie wykorzystuje si´ typowe
elementy, tj. ko∏ki, p∏ytki, trzpienie i pryzmy itp. [1 – 3].
Czasami wykorzystywane sà specjalne podpory,
których kszta∏t dopasowany jest do nietypowego
kszta∏tu odlewu (odkuwki). W nowoczesnych procesach wytwarzania (zintegrowane wytwarzanie) [10]
przedmioty obrabiane mogà byç zak∏adane i zdejmowane w sposób automatyczny za pomocà robotów lub hydraulicznych chwytaków wrzecionowych
[11] – rys. 3. Konstruktor oprzyrzàdowania technologicznego powinien zapewniç mo˝liwoÊç pewnego
uchwycenia i bezkolizyjny dost´p do przedmiotu,
ograniczajàc wysokoÊç elementów korpusowych
uchwytu, jak równie˝ wysokoÊç i liczb´ elementów
ustalajàcych i mocujàcych. Wyeliminowane powinny
zostaç dodatkowe pokrywy, zasuwy itp. (elementy
cz´sto spotykane w tradycyjnych uchwytach obróbkowych [1 – 3, 9]).
Docisk przedmiotu obrabianego (zamykanie uchwytu obróbkowego) najcz´Êciej realizowany jest przy
u˝yciu instalacji hydraulicznej sterowanej za pomocà funkcji pomocniczych z uk∏adu CNC obrabiarki.
W konstrukcjach oprzyrzàdowania obróbkowego
do zamykania i przytrzymania przedmiotów popularnie stosowane sà specjalne si∏owniki liniowe i wahad∏owe [12] – rys. 4.
a)
b)
Rys. 4. Si∏owniki wykorzystywane w konstrukcji uchwytów
obróbkowych [12]: a) si∏owniki wahad∏owe, b) si∏owniki liniowe
Rys. 2. Sposób bazowania przedmiotu obrabianego podczas
obróbki i pomiarów [10]
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
Konstruktor uchwytu obróbkowego powinien
zadbaç równie˝ o ukrycie – usuni´cie z przestrzeni
obróbkowej – dodatkowych elementów uchwytu,
takich jak przy∏àcza i przewody hydrauliczne, elemen41
ty instalacji elektrycznej. Zgromadzone na ma∏ej
przestrzeni uchwytu obróbkowego elementy ustalajàce, si∏owniki i przewody utrudniajà swobodne
odprowadzanie wióra w trakcie obróbki (rys. 5). Wióry
gromadzàce si´ w uchwycie sà trudne do usuni´cia
Rys. 5. Wióry na powierzchniach ustalajàcych uchwytu
obróbkowego w produkcji masowej na automatycznym centrum obróbkowym
(sp∏ukania). Ich usuni´cie wymaga cz´sto interwencji
operatora obrabiarki CNC, co w znaczàcy sposób
mo˝e wp∏ynàç na czas jednostkowy obróbki. Natomiast w automatycznym trybie pracy obrabiarki
wióry bywajà przyczynà z∏ego ustawienia przedmiotu
wzgl´dem powierzchni bazowych uchwytu, powodujàc powstawanie znacznego rozrzutu wymiarów
obrabianych, a nawet braków.
Aby spe∏niç wymagania stawiane uchwytom obróbkowym przeznaczonym do centrów obróbkowych,
wykorzystywanych w automatycznej produkcji, nale˝y
zmieniç klasycznà koncepcj´ projektowania [1 – 3].
Za podstaw´ uchwytu, stanowiàcà jednoczeÊnie
korpus, nale˝y przyjàç grubà stalowà p∏yt´. W p∏ycie
podstawy nale˝y wykonaç wszystkie kana∏y zasilajàce i powierzchnie potrzebne do monta˝u elementów ustalajàcych i zamykajàcych. P∏yta podstawy
uchwytu z kana∏ami olejowymi cz´sto przypomina
znane z instalacji hydraulicznych p∏yty zaworowe. Olej
hydrauliczny sterujàcy pracà uchwytu dostarczany
jest przez obrotowe z∏àcza hydrauliczne. Elementy
ustalajàce i si∏owniki sà do niej przykr´cane podobnie jak zawory w hydraulicznych blokach rozdzielajàcych.
Na etapie projektu uchwytu standardowo sprawdzane sà b∏´dy zwiàzane z wykonaniem elementów
sk∏adowych oraz z monta˝em uchwytu. OkreÊlany
jest teoretyczny wymiar nominalny cz´Êci obrabianej
i jego po∏o˝enie w polu tolerancji. Na tym etapie
projektu cz´sto pomija si´ rol´ si∏owników zamykajàcych, zak∏adajàc ich znikomy wp∏yw na dok∏adnoÊci uchwytu. Si∏owniki zamykajàce (rys. 4) dobiera
42
si´ jedynie na podstawie wyznaczonych analitycznie
si∏ skrawania.
Sprawdzanie dok∏adnoÊci uchwytu
obróbkowego
Procedura odbioru uchwytu zazwyczaj polega na
badaniu dok∏adnoÊci (zdolnoÊci produkcyjnej oprzyrzàdowania). Badanie takie zwykle prowadzone jest
w trakcie prototypowej serii produkcyjnej i przypomina standardowà analiz´ zdolnoÊci jakoÊciowej
maszyny [13, 14]. Badanie odbiorcze nale˝y przeprowadziç przy spe∏nieniu za∏o˝enia o eliminacji
zmiennoÊci otoczenia przez przygotowanie przedmiotów odbiorczych w krótkim przedziale czasu,
gdzie g∏ównym czynnikiem powodujàcym rozrzut
wymiarów wyrobów jest obrabiarka, uchwyt, obrabiany przedmiot i narz´dzie OUPN. Prawid∏owo przygotowany uk∏ad OUPN (w tym uchwyt obróbkowy)
powinien bez wi´kszych problemów umo˝liwiç
osiàgni´cie wartoÊci jakoÊciowych wskaêników zdolnoÊci wyra˝onych parametrami Cm i Cmk ≥ 1,33 [13, 14]
(obecnie cz´Êciej jednak dla nowych systemów OUPN
Cm i Cmk ≥ 2,0). Wp∏yw oprzyrzàdowania technologicznego podczas procedury odbioru widoczny jest
zw∏aszcza podczas oceny b∏´dów wymiarowych,
kszta∏tu i po∏o˝enia. Dlatego podczas procedury
odbioru oprzyrzàdowania technologicznego nale˝y
zwróciç szczególnà uwag´ na b∏´dy, takie jak: prostopad∏oÊç i równoleg∏oÊç powierzchni, zw∏aszcza
tych powierzchni, których wzajemne po∏o˝enie
realizowane jest w ró˝nych ustawieniach uchwytu
obróbkowego.
Regulacja uchwytu obróbkowego
Konstrukcja uchwytu obróbkowego powinna zapewniaç operatorowi mo˝liwoÊci regulacji w zale˝noÊci od zmieniajàcych si´ warunków produkcji,
surowca lub stanu obrabiarki i narz´dzi (np. pogarszajàcego si´). Zwykle regulacja uchwytu obróbkowego polega na odpowiednim wzajemnym usytuowaniu wszystkich powierzchni ustalajàcych i wyregulowaniu po∏o˝enia uchwytu wraz ze sto∏em
wychylno-obrotowym wzgl´dem osi obrotu wrzeciona centrum obróbkowego. Po pod∏àczeniu uchwytu do instalacji hydraulicznej obrabiarki maszyna
w zasadzie gotowa jest do pracy.
Niestety rzadko si´ zdarza, aby operator maszyny
czy technolog prowadzi∏ dodatkowo regulacj´ ciÊnienia w instalacji hydraulicznej zasilajàcej uchwyt.
Standardowe ciÊnienie pracy takiej instalacji to
1,8 kPa. Do takiego ciÊnienia dobierane sà wszystkie
elementy hydrauliczne uchwytu (zawory przelewowe
i redukcyjne) oraz si∏owniki zamykajàce. Niestety,
w dokumentacji technicznej uchwytów obróbkowych konstruktor rzadko podaje wymagane ciÊnienie
pracy – zazwyczaj przyjmuje si´, ˝e ciÊnieniem pracy
jest ciÊnienie nominalne, jako minimalna wartoÊç
ciÊnienia umo˝liwiajàca osiàgni´cie minimalnej
wartoÊci si∏y zacisku przedmiotu w czasie obróbki.
Jednà z cz´stych przyczyn niezadowalajàco niskich
wartoÊci wskaêników zdolnoÊci jakoÊciowej uk∏adu
OUPN dla cech geometrycznych, takich jak: b∏´dy
okràg∏oÊci, p∏askoÊci, prostopad∏oÊci czy równoleg∏oÊci, jest w∏aÊnie brak mo˝liwoÊci niezale˝nej regulacji wartoÊci si∏y zacisku elementów zamykajàcych
uchwyt obróbkowy.
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
Przy projektowaniu uchwytów obróbkowych dla
skomplikowanych, cienkoÊciennych przedmiotów
(np. odlewy) cz´sto zdarza si´, ˝e projektowane ramiona dociskajàce majà niestandardowe d∏ugoÊci.
Do tego si∏owniki mocujàce przedmiot obrabiany
pracujà ze zbyt wysokimi si∏ami – rys. 6.
Rys. 6. Przyk∏adowa charakterystyka si∏y zacisku FT w zale˝noÊci od ciÊnienia zasilajàcego dla si∏owników wahad∏owych
SLRS-22 i SLLS-22 [12]
W takiej sytuacji projektowi uchwytu CAD zawsze
powinna towarzyszyç analiza z wykorzystaniem metod elementów skoƒczonych MES, majàca na celu
oszacowanie b∏´dów powsta∏ych wskutek zdeformowania przygotówki (odlewu). Optymalizacja kon-
a)
strukcji uchwytu cz´sto prowadzi do zró˝nicowania
wartoÊci ciÊnieƒ poszczególnych si∏owników zamykajàcych, tak aby nie wprowadzaç nadmiernych deformacji przygotówek. Przyk∏adem konstrukcji i optymalizacji doboru si∏ zamykajàcych w uchwycie obróbkowym zamontowanym na wychylno-obrotowym stole,
przed∏u˝ajàcym ∏aƒcuch kinematyczny obrabiarki
(rys. 7a) mo˝e byç konstrukcja uchwytu dla cienkoÊciennego odlewu aluminiowego (rys. 7b). Uchwyt
ma umo˝liwiç pe∏nà pi´ciostronnà obróbk´ cz´Êci
w jednym zamocowaniu na trójosiowym frezarskim
centrum obróbkowym o poziomej osi wrzeciona.
Przedmiot obrabiany stanowi∏ aluminiowy korpus
odlewany ciÊnieniowo, b´dàcy elementem pneumatycznej instalacji hamulcowej wykorzystywanej
w przemyÊle motoryzacyjnym. Wymagania obróbkowe przedmiotu okreÊlone przez konstruktora dotyczà przede wszystkim dok∏adnoÊci wykonania
wspó∏pracujàcych w zespole pneumatycznym powierzchni, a szczególnà uwag´ zwrócono na maksymalne dopuszczalne b∏´dy geometryczne. W tab. I
przedstawiono w∏aÊciwoÊci mechaniczne stopu
korpusu wg normy PN-EN 1706:2011.
Zamocowanie korpusu w uchwycie zosta∏o zrealizowane przez zastosowanie trzech obrotowych
si∏owników hydraulicznych jednostronnego dzia∏ania – rys. 8. Dobór si∏owników mocujàcych wraz
z wartoÊcià ciÊnienia zasilajàcego zosta∏ przeprowadzony w klasyczny sposób, czyli na podstawie
obliczeƒ niezb´dnych (minimalnych) oraz dopuszczalnych (maksymalnych) si∏ mocowania przedmiotu
obrabianego w uchwycie. Po uwzgl´dnieniu wspó∏czynnika bezpieczeƒstwa przyj´to, i˝ ciÊnienie zasilajàce powinno wynosiç w przybli˝eniu 1 kPa. Ka˝dy
z si∏owników b´dzie wywiera∏ na przedmiot obrabiany
si∏´ na poziomie 500 N.
b)
Rys. 7. Model CAD: a) specjalnego uchwytu obróbkowego wykorzystujàcego stó∏ wychylno-obrotowy do przed∏u˝enia ∏aƒcucha
kinematycznego obrabiarki, b) przedmiotu obrabianego
TABELA I. W∏aÊciwoÊci mechaniczne stopu odlewanego pod ciÊnieniem ISO Al Si12Cu1(Fe) na podstawie normy PN-EN
1706:2011 [15]
Grupa stopu
AlSi(Cu)
Oznaczenie stopu
Numeryczne
ENNa podstawie symboli
chemicznych
EN AC-47100
EN AC-Al Si12Cu1(Fe)
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
Stan
Wytrzyma∏oÊç
na rozciàganie
Rm , MPa
min.
Umowna granica
plastycznoÊci
Rp 0,2, MPa
min.
TwardoÊç
Brinella
HBW
min.
Po odlaniu
240
140
70
43
a)
b)
Rys. 8. Skr´tne si∏owniki hydrauliczne jednostronnego dzia∏ania firmy Enerpac SLRS-22 i SLLS-22 [12] (a), sposób realizacji
mocowania korpusu – rozmieszczenie si∏owników w uchwycie (b)
Przyj´tà koncepcj´ dzia∏ania uchwytu (w tym si∏
zamykajàcych) sprawdzono metodà elementów
skoƒczonych w oprogramowaniu SolidWorks Simulation. Wykonano statycznà analiz´ odkszta∏ceƒ, która
pokaza∏a, ˝e przy danej koncepcji uchwytu powstajà
odkszta∏cenia przedmiotu o wartoÊciach dochodzàcych nawet do 23 µm – rys. 9a. Efektem zastosowania
tej koncepcji uchwytu b´dà b∏´dy poch∏aniajàce
znacznà cz´Êç pola tolerancji dla b∏´dów kierunku
i po∏o˝enia oraz b∏àd przekraczajàcy dopuszczalne
wartoÊci tolerancji b∏´du okràg∏oÊci (dok∏adnie
obrabianej powierzchni cylindrycznej).
Metodà eksperymentu numerycznego, przez iteracyjne przeszukiwanie mo˝liwego do zrealizowania
zakresu si∏ zamykania, wyznaczono wartoÊç si∏y równà
200 N. WartoÊç si∏y wywierana przez ka˝dy z si∏owników na poziomie 200 N mieÊci si´ równie˝ w przedziale si∏y zamykania wyznaczonej metodà analitycznà z obliczeƒ niezb´dnych (minimalnych) i dopuszczalnych (maksymalnych) si∏ mocowania przedmiotu
obrabianego w uchwycie. Przy tej wartoÊci si∏y zamykania si∏owników uchwytu powsta∏e odkszta∏cenia przedmiotu obrabianego nie b´dà wi´ksze ni˝
10 µm – rys. 9b. Dzi´ki ograniczeniu nadmiernej si∏y
zamykania przyj´ta koncepcja uchwytu obróbkowego pozwoli na osiàgni´cie ˝àdanej dok∏adnoÊci
geometrycznej (w tym rygorystycznie tolerowanych
b∏´dów okràg∏oÊci powierzchni walcowych).
Niestety, minimalne wymagane ciÊnienie zasilajàce wykorzystanych w projekcie si∏owników hydraulicznych zapewnia si∏´ dociskowà na poziomie
450 N – rys. 6. Poprawne rozwiàzanie konstrukcji
a)
uchwytu wymaga wi´c zmiany typu si∏owników
mocujàcych. Nale˝y zaznaczyç, ˝e oferta producentów urzàdzeƒ hydraulicznych w zakresie si∏owników
o sile zacisku poni˝ej 500 N, które mog∏yby byç
wykorzystywane przy obróbce przedmiotów z tworzyw sztucznych i metali nie˝elaznych, jest bardzo
wàska – tab. II.
TABELA II. Zestawienie wyników symulacji statycznego obcià˝enia korpusu si∏ami mocujàcymi
Typ
si∏ownika
CiÊnienie
zasilajàce,
kPa
Sumaryczna
si∏a mocowania,
N
Maksymalne
odkszta∏cenie,
µm
Enerpac:
SLRS-22
SLLS-22
1
1500
23,7
-
600
9,5
Innà mo˝liwà do wprowadzenia modyfikacjà w konstrukcji uchwytu w sytuacji ograniczonej dost´pnoÊci
si∏owników zamykajàcych jest zapewnienie niezale˝nej mo˝liwoÊci regulacji ciÊnienia hydraulicznego zasilania dla ka˝dego z si∏owników z osobna – rys. 10b.
Dzi´ki wprowadzeniu dodatkowych zaworów przelewowych V4, V5 i V6 osiàgni´to wartoÊç si∏y zamykania rozwijanà przez si∏owniki hydrauliczne na
poziomie 200 N. Dodatkowe zawory dajà równie˝
mo˝liwoÊç wprowadzania niezale˝nych korekt wartoÊci si∏y od poczàtkowo zadanych wielkoÊci. Wprowadzenie dodatkowych elementów hydraulicznych
komplikuje w niewielkim stopniu technologi´ p∏yty
stanowiàcej podstaw´ uchwytu. Wymagane jest wykonanie dok∏adnie pasowanych otworów i gwintów,
b)
Rys. 9. Wynik symulacji MES statycznego obcià˝enia korpusu si∏ami mocowana równymi: a) 500 N, b) 200 N
44
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
a)
b)
Rys. 10. Schemat instalacji hydraulicznej uchwytu obróbkowego: a) bez mo˝liwoÊci regulacji si∏y zamykania si∏owników hydraulicznych, b) z niezale˝nà
mo˝liwoÊcià regulacji ciÊnienia pracy
si∏owników hydraulicznych
w które zostanà wkr´cone zawory hydrauliczne w odmianie nabojowej, ró˝niàcej si´ od rozwiàzania konwencjonalnego – rys. 10a. Omawiana modyfikacja
konstrukcji nie jest trudna do wprowadzenia, a koszt
przelewowych zaworów regulacyjnych (V4, V5 i V6)
(rys. 10b) jest stosunkowo niewielki. Jest to jedyna
mo˝liwoÊç osiàgni´cia dodatkowego parametru nastawczego si∏y zamykania uchwytu w podobnie ∏atwy
sposób, jak w przypadku regulacji wzajemnego po∏o˝enia powierzchni bazowych uchwytu obróbkowego przeznaczonego do stosowania na nowoczesnych centrach obróbkowych.
Koszt wprowadzonych modyfikacji oraz dodatkowych elementów instalacji hydraulicznej jest niewspó∏miernie niski w stosunku do kosztów poprawek êle skonstruowanego i wykonanego oprzyrzàdowania nowoczesnych obrabiarek CNC (problem
ze zbyt ma∏ymi wartoÊciami jakoÊciowych wskaêników zdolnoÊci uk∏adu OUPN). Podobnie wysokie
mogà byç koszty cz´Êci wybrakowanych w produkcji seryjnej (wysokie koszty prefabrykatów i pracy
obrabiarek CNC).
Wnioski
1. Feld M. F.: Uchwyty obróbkowe. WNT, Warszawa 2002.
2. Mermon W., Feld M., Jungst M.: Zasady konstrukcji przyrzàdów uchwytów i sprawdzianów specjalnych. WNT, Warszawa 1975.
3. Dobrzaƒski T.: Uchwyty obróbkowe. Poradnik konstruktora.
WNT, Warszawa 1987.
4. http://www.peiseler.de
5. http://www.lehmann-rotary-tables.com
6. http://www.troyke.com/
7. http://en.dmgmori.com/products/milling-machines/
universal-milling-machines/dmu/dmu-70
8. Bakker O. J.: Control Methodology and Modelling of
Active Fixtures. University of Nottingham. Doctors thesis.
Nottingham 2010.
9. Whang H., Rong Y., Li H., Shaun P.: Computer aided fixture
design: Recent research and trends. Computer-Aided
Design 42 S.1085-10-94, Elsevier 2010
10. Norma Reference Point System VW 010 55: 1996-12.
11. http://www.pl.schunk.com
12. http://www.enerpac.com
13. Measurment Systems Analysis Reference Manual. Fourth
Edition. AIAG, June 2010, ISBN: 978-1-60-534211-5.
14. Dietrich E., Schulze A.: Metody statystyczne w kwalifikacji
Êrodków pomiarowych i procesów produkcyjnych. Notika
System, Warszawa 2000.
15. PN-EN 1706:2011 Aluminium i stopy aluminium, odlewy,
sk∏ad chemiczny i w∏asnoÊci mechaniczne.
Wyznaczona wartoÊç si∏y zamykania uchwytu nie
powinna powodowaç deformacji wi´kszych ni˝
1/10 pola tolerancji dla gotowych wymiarów w miejscach o najwi´kszej podatnoÊci przedmiotu obrabianego. WartoÊç ciÊnienia zasilajàcego instalacj´ hydraulicznà uchwytu powinna byç tolerowana w stopniu
umo˝liwiajàcym prowadzenie swobodnej regulacji,
bez wzgl´du na w∏aÊciwoÊci obrabiarkowej instalacji
hydraulicznej.
W konstrukcji uchwytów obróbkowych nale˝y u˝ywaç dodatkowych elementów regulujàcych ciÊnienie pracy si∏owników zamykajàcych, niekiedy ró˝nych
dla ró˝nych si∏owników zamontowanych w jednym
uchwycie. Nale˝y równie˝ ka˝dorazowo podawaç jako
parametr eksploatacyjny uchwytu wartoÊç nominalnà
ciÊnienia pracy ka˝dego z si∏owników hydraulicznych
utrzymujàcych przedmiot podczas obróbki.
Deformacje analizowanego przedmiotu obrabianego w projektowanym uchwycie, na skutek stosowania zbyt du˝ych si∏ zacisku, mogà dochodziç nawet
do ~30 µm i sà zale˝ne od materia∏u oraz geometrii
cz´Êci obrabianej.
ROK WYD. LXXIV 앫 ZESZYT 4/2015
LITERATURA
45