plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAà W POZNANIU
Vol. 30 nr 2
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2010
EDWARD MIKO, àUKASZ NOWAKOWSKI
BADANIE DOKàADNOĝCI OBRÓBKI
NA PIONOWYM CENTRUM OBRÓBKOWYM VMC 800
W artykule przedstawiono wyniki badaĔ dokáadnoĞci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800. Obróbka polegaáa na wykonaniu serii otworów (rys. 1) z wykorzystaniem róĪnych technologii i róĪnych narzĊdzi. Badania prowadzono, wykonując otwory o Ğrednicy: 12 mm
wiertáem krĊtym, 24,5 mm wiertáem páytkowym, 25 mm wytaczadáem i 25 mm frezem palcowym.
Otwory wiercono, wytaczano i frezowano z interpolacją koáową. W artykule przedstawiono wyniki badaĔ dokáadnoĞci wykonania rozstawu otworów róĪnymi sposobami.
Sáowa kluczowe: obrabiarka CNC, dokáadnoĞü, wiercenie, wytaczanie, frezowanie z interpolacją koáową
1. WPROWADZENIE
We wspóáczesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie ksztaát przedmiotu
obrabianego jest definiowany numerycznie w programie obróbkowym. Gotowy
program jest wprowadzany do sterownika obrabiarki, a nastĊpnie realizowany
przez ten sterownik. RozbieĪnoĞci pomiĊdzy ksztaátem obrobionego przedmiotu
a ksztaátem zdefiniowanym w programie obróbkowym mogą wynikaü z wielu
czynników, takich jak: dokáadnoĞü ruchów osi sterowanych numerycznie, sztywnoĞü obrabiarki i narzĊdzia oraz zastosowana technologia obróbki. Istnieje kilka
sposobów sprawdzania dokáadnoĞci obrabiarek, takich jak: testy przy biegu jaáowym, w których oceniana jest dokáadnoĞü ruchów bez obróbki [4 – 6], oraz tzw.
badania pracą [7], w których jest oceniana dokáadnoĞü obrobionego przedmiotu.
Testy obróbkowe są odmianą badaĔ poĞrednich, w których obrabiarka jest oceniana ze wzglĊdu na utratĊ stabilnoĞci i osiąganą dokáadnoĞü obróbki. Badania pracą
obejmują obróbkĊ próbek zgodnie z podstawowym zakresem prac i przeznaczeniem obrabiarki dla wstĊpnie ustalonych ograniczeĔ i tolerancji [9]. Wykonuje siĊ
Dr hab. inĪ.
Mgr inĪ.
Katedra Technologii Mechanicznej i Metrologii Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej.
Praca naukowa finansowana ze Ğrodków na naukĊ w latach 2007-2010 jako projekt badawczy rozwojowy nr R0302403.
88
E. Miko, à. Nowakowski
je z uĪyciem przedmiotów próbnych dostarczonych przez uĪytkownika. Ich wymiary i wymagania związane z dokáadnoĞcią obróbki są czĊsto opisane w normach
dotyczących badaĔ okreĞlonych typów obrabiarek [7]. Materiaá i parametry skrawania są ustalane w wyniku uzgodnieĔ miĊdzy uĪytkownikiem i producentem [2].
Na specjalne Īyczenie uĪytkownika stosuje siĊ teĪ inne niĪ ujĊte w normach wymiary próbek i wymagania dokáadnoĞci. Badania, które naleĪy przeprowadziü,
ustala uĪytkownik w porozumieniu z producentem. Z jednej strony trudno takie
rozwiązanie uznaü za obiektywne, z drugiej natomiast uĪytkownik narzuca swoje
wymagania wytwórcy i od niego zaleĪą kryteria i wskaĨniki oceny obrabiarki.
PoniewaĪ celem stosowania obrabiarek jest uzyskiwanie przedmiotów o zadanych ksztaátach i wymiarach, próba pracą jest korzystniejsza, gdyĪ ma charakter kompleksowy, obejmuje bowiem wszystkie moĪliwe báĊdy, w tym sztywnoĞü
obrabiarki, narzĊdzia i przedmiotu obrabianego [3, 9, 10].
W artykule przedstawiono wyniki badaĔ dokáadnoĞci wykonania rozstawu
otworów róĪnymi sposobami. DokáadnoĞü tĊ oceniano przez pomiar przedmiotu
próbnego wykonanego na obrabiarce CNC. Otrzymane wyniki umoĪliwią
wprowadzanie ewentualnych korekt do programu i technologii obróbki, co pozwoli na lepsze wykorzystanie maszyny i uzyskanie wiĊkszej dokáadnoĞci wyrobów koĔcowych.
2. METODYKA I WARUNKI BADAē
Celem badaĔ byáo uzyskanie informacji o wpáywie sposobu obróbki otworów
na dokáadnoĞü wykonania ich rozstawu po obróbce na frezarce sterowanej numerycznie VMC 800 polskiej firmy FOP AVIA SA.Pierwsza czĊĞü badaĔ zostaáa
wykonana w Laboratorium Obrabiarek Sterowanych Numerycznie Politechniki
ĝwiĊtokrzyskiej. Za pomocą Programming Station iTNC530 przygotowano programy obróbkowe, które nastĊpnie przesáano do sterownika obrabiarki (sterownik
HEIDENHAIN 530), na której wykonano obróbkĊ [1, 8]. Obróbka polegaáa na
wykonaniu czterech serii po 11 otworów (rys. 1) z wykorzystaniem róĪnych narzĊdzi i sposobów obróbki. Otwory wykonano trzema sposobami:
1) otwory o Ğrednicy 12 mm wiercono wiertáem krĊtym, a o Ğrednicy 24,5 mm
– wiertáem páytkowym,
2) otwory o Ğrednicy 25 mm wytaczano wytaczadáem,
3) otwory o Ğrednicy 25 mm frezowano z interpolacją koáową frezem palcowym 10 mm.
Parametry obróbki dobrano zgodnie z zaleceniami producenta narzĊdzi. Zamieszczono je w tablicy 1.
Badanie dokáadnoĞci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800
89
Rys. 1. Sposób rozmieszczenia otworów w obrobionym przedmiocie próbnym
Fig. 1. Arrangement of holes on the test workpiece
Obróbka zostaáa tak zaplanowana, aby oceniü dokáadnoĞü wykonania rozstawu otworów w najazdach na pozycje do wykonania otworów w osi X.
Drugą czĊĞü badaĔ, tj. pomiar rozstawu wykonanych otworów, prowadzono
bezpoĞrednio po obróbce na obrabiarce z uĪyciem sondy przedmiotowej
HEIDENHAIN TS-640. Pomiar byá oparty na bazie technologicznej, która byáa
wykorzystywana podczas obróbki [8]. Pomiar rozstawu wykonanych otworów
byá oparty na cyklu sondy pomiarowej „421”, w którym ustala siĊ punkt Ğrodkowy i ĞrednicĊ otworu (kieszeni okrągáej).
Tablica 1
Parametry obróbkowe przyjĊte podczas badaĔ
Machining parameters applied during the tests
Nr
Rodzaj narzĊdzia
1
2
3
4
Wiertáo krĊte I12 mm
Wiertáo páytkowe I24,5 mm
Wytaczadáo I25 mm
Frez palcowy I10 mm do interpolacji koáowej R = 12,5 mm
PrĊdkoĞü
skrawania [m/min]
Posuw
[mm/obr]
100
250
160
120
0,15
0,08
0,03
0,1
3. WYNIKI BADAē
W wyniku pomiarów wyznaczono wspóárzĊdne poáoĪenia oraz wartoĞci promieni wykonanych otworów. Przeanalizowano róĪnice poáoĪenia Ğrodka otworów
pomiĊdzy wspóárzĊdnymi zdefiniowanymi w programie obróbkowym a wspóárzĊdnymi uzyskanymi w wyniku pomiaru sondą przedmiotową. Báąd poáoĪenia osi
otworów okreĞlono ze wzoru:
' = A – N,
gdzie: ' – báąd poáoĪenia,
(1)
E. Miko, à. Nowakowski
90
A – wymiar zmierzony,
N – wymiar nominalny.
Rysunki 2 i 3 są interpretacją graficzną wyliczonych báĊdów 'X, 'Y. Na rysunku 4 przedstawiono przykáadowy wykres báĊdów dla wytaczania z zaznaczonymi sáupkami báĊdu przedstawiającymi rozszerzoną niepewnoĞü pomiaru.
0,03
Wiert. krĊte 12mm
0,02
Wiert. páytkowe 24,5mm
WartoĞü báĊdu 'X w mm
Wtaczadáo 25mm
Interpolacja koá. 25mm
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Numer otworu
Rys. 2. Báąd wspóárzĊdnej X wykonania otworów w osi X
Fig. 2. Error of the X-coordinate for the holes along the X-axis
0,03
Wiert. krĊte 12mm
0,02
Wiert. páytkowe 24,5mm
Wtaczadáo 25mm
Interpolacja koá. 25mm
WartoĞü báĊdu 'Y w mm
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Numer otworu
Rys. 3. Báąd wspóárzĊdnej Y wykonania otworów w osi X
Fig. 3. Error of the Y-coordinate for the holes along the X-axis
Badanie dokáadnoĞci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800
91
0,001
0,000
-0,001
Báąd 'X,'Y
-0,002
-0,003
-0,004
-0,005
-0,006
'X
'Y
-0,007
-0,008
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Numer otworu
Rys. 4. BáĊdy 'X i 'Y wykonania serii otworów w osi X dla wytaczania otworu I 25 mm
Fig. 4. 'X and 'Y errors for a series of I 25 mm bored holes along the X-axis
4. PODSUMOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW
W wyniku przeprowadzonych badaĔ stwierdzono, Īe na dokáadnoĞü poáoĪenia
wykonanych otworów miaáo wpáyw wiele czynników, takich jak: dobór technologii obróbki, narzĊdzia i sposób jego mocowania we wrzecionie obrabiarki. Badania te pozwoliáy na okreĞlenie wartoĞci róĪnic pomiĊdzy przedmiotem zdefiniowanym w programie obróbkowym a przedmiotem obrobionym i pomierzonym
z wykorzystaniem obrabiarki sterownej numerycznie. Pozwoliáy takĪe okreĞliü,
z jaką dokáadnoĞcią na badanej obrabiarce moĪemy odtworzyü ruchy zdefiniowane w programie obróbkowym w zaleĪnoĞci od uĪytych narzĊdzi, uchwytów
narzĊdziowych i technologii obróbki.
Po przeanalizowaniu wyników pomiarów stwierdzono, Īe stosując technologiĊ wiercenia wiertáem krĊtym I 12 mm, wykonamy otwór ze Ğrednim báĊdem
poáoĪenia ' = 0,035 mm; po wierceniu wiertáem páytkowym I 24,5 mm báąd
osiągnie Ğrednią wartoĞü ' = 0,0065 mm. Interpolacja koáowa umoĪliwi wykonanie otworów ze Ğrednim báĊdem poáoĪenia ' = 0,015 mm. JeĪeli chcemy wykonaü otwór z duĪą dokáadnoĞcią, musimy zastosowaü technologiĊ wytaczania,
która zapewni nam Ğrednią dokáadnoĞü poáoĪenia ' = 0,003 mm. Analizując powyĪsze wyniki dla trzech wybranych procesów technologicznych, stwierdzono,
Īe najmniejsze róĪnice pomiĊdzy zdefiniowaną geometrią a geometrią uzyskaną
w wyniku obróbki zaobserwowano dla procesu wytaczania.
Stwierdzono równieĪ, Īe ukáad pozycjonująco-pomiarowy obrabiarki zaniĪa
wymiar w stosunku do wymiarów zdefiniowanych w sterowniku. Na skutek tego
przedmioty wykonane na tej obrabiarce mogą byü wykonane poza tolerancją,
dlatego programista powinien uwzglĊdniaü wyznaczone báĊdy ukáadu pozycjonującego podczas projektowania procesu obróbkowego.
92
E. Miko, à. Nowakowski
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
Fabryka Obrabiarek Precyzyjnych AVIA SA, Instrukcja uĪytkowania VMC 800.
Kosmol J., Automatyzacja obrabiarek i obróbki skrawaniem, Warszawa, WNT 2000.
Kosmol J., SerwonapĊdy obrabiarek sterowanych numerycznie, Warszawa, WNT 1998.
PN-ISO 230-1:1998 Przepisy badania obrabiarek. DokáadnoĞü geometryczna obrabiarek pracujących bez obciąĪenia lub w warunkach obróbki wykaĔczającej.
[5] PN-ISO 230-2:1999 Przepisy badania obrabiarek. Wyznaczanie dokáadnoĞci i powtarzalnoĞci
pozycjonowania osi sterowanych numerycznie.
[6] PN-ISO 230-4:1999 Przepisy badania obrabiarek. Badania okrągáoĞci w obrabiarkach sterowanych numerycznie.
[7] The American Society of Mechanical Engineers, ANSI/ASME B5.54-1992: Methods for Performance Evaluation of Computer Numerically Controlled Machining Centers, New York 1993.
[8] Touch Probes for Machine Tools, www.heidenhain.de.
[9] SkoczyĔski W., Ocena wáasnoĞci obrabiarek na podstawie dokáadnoĞci obróbki przedmiotów próbnych, Wrocáaw, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocáawskiej 2001.
[10] Vos M., Schmidt A., Geometrisches und kinematisches Maschinenverhalten, w: Messung –
Beurteilung – Optimierung. 23 – 24. November 1995, Achen, ADITEC 1995.
Praca wpáynĊáa do Redakcji 18.11.2009
Recenzent: dr hab. inĪ. Roman Staniek
ACCURACY INVESTIGATION OF A VMC 800 VERTICAL MACHINING CENTER
Summary
The paper deals with the accuracy of a VMC 800 vertical machining center. The tests have
been carried on a series of holes using different technologies and tools. The holes had diameters of
12, 24.5, and 25 mm. They were made with a twist drill bit, an insert drill bit, and a boring tool or
a router bit, respectively. The holes have been made by mean of: drilling, boring and milling with
application of circular interpolation.
Key words: CNC machine tool, accuracy, drilling, boring, milling with circular interpolation