Cum se alege o maşină-unealtă (serie nouă)(VI)

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Performanţele unei maşini-unelte, ale unui atelier de prelucrări prin aşchiere, ale unei întregi întreprinderi sau chiar ale unei naţiuni se evaluează prin diverşi parametri, precum: PIB pe cap de locuitor, cantitatea de energie consumată pe unitatea de produs etc. În cazul maşinilor-unelte se urmăresc, de către proprietarul, de către beneficiarul acestora, parametri de genul: produc­tivitate (cantitate de aşchii pe unitate de timp, mărimea suprafeţei prelucrate în unitate de timp, con­sumul de timp pe unitatea de produs etc.), fiabilitate, durata de viaţă în limitele parametrilor iniţiali, iar acum şi – consumul de energie pe unitatea de produs, dar, nu în ultimul rând şi precizia de prelucrare.

 1.8 Precizia de prelucrare

Ramuri economice întregi – transporturi (de toate tipurile), energetice, medicină etc. – solicită precizii tot mai mari ale componentelor înglobate în produsele pe care le realizează sau le exploatează. Prin precizia componentelor (pieselor prelucrate) trebuie să se înțeleagă:

  •  precizia dimensională, care poate include mai multe aspecte:

a. diferența minimă față de dimensiunea (cota) nominală;

b. încadrarea în câmpul de toleranță, care, cu cât are o extindere (lățime) mai mică, cu atât clasa de precizie este mai ridicată;

c. câmpul de împrăștiere a dimensiunilor reale la prelucrarea unei serii (lot) de piese sau în timp etc;

  •  abaterile de formă ale suprafețelor prelu­crate, care includ abaterile de rectilinitate, de planeitate, de circularitate, de cilindricitate, de la forma profilului, inclusiv orientarea acestora (de exemplu, se admite ca abaterea de la planeitate să fie doar de formă concavă; abaterea de la cilindricitate să fie doar sub formă de butoi etc);
  • abaterile de poziție: paralelism, perpendicu­laritate, coaxialitate (cu abaterea particulară de con­centricitate), simetrie etc, cu posibilitatea orientării acestora (de exemplu, se admite abaterea de per­pendicularitate în limitele specificate, dar doar cu un unghi „închis” – mai mic de 90o);
  • rugozitate: în cazul pieselor cu suprafețe pre­cis prelucrate, parametrul cel mai uzual de evaluare a stării suprafețelor este Ra, exprimat în μm.

 

În standardele de evaluare a preciziei mașinilor-unelte sunt prevăzute și verificări ale preciziei de prelucrare (în regim de finisare) a mașinii respec­tive. La înțelegere între beneficiarul și producătorul mașinii-unelte se poate conveni ca, în cadrul verificărilor de recepție finală (la beneficiar) să se prelucreze complet sau parțial (suprafețe reprezen­tative ca poziție, tip, condiții de precizie) o piesă din profilul de producție al beneficiarului (sau un lot, dacă este cazul).

Pentru mașinile-unelte CNC, care pot prelucra simultan pe 5 axe se poate specifica în protocolul de recepție verificarea pre­ciziei de prelucrare a unei piese de tip NAS 979 (standard elaborat de Agenția Aerospațială a SUA).

Atingerea performanțelor de vârf privind pre­cizia de prelucrare este asigurată de:

  • precizia și rezoluția traductoarelor de poziție liniară și unghiulară, care au evoluat

• de la 1μm la 0,1 sau 0,01 μm [41; 27], respec­tiv [25], pentru deplasări liniare;

• de la 0,001o (3,6”) la 0,0001o (0,36”) [41] pentru deplasări unghiulare;

  • precizia geometrică și de poziționare (sau precizia volumică) a mașinii-unelte, definită prin standarde specifice, prin care se precizează condițiile în care se fac verificările, parametrii care trebuie verificați, metodele de verificare, valorile admise (negociabile, de obicei, dar cu potențiale implica-ții ale prețului!) și sensul (uneori) admis al abaterii. În cazul preciziei de poziționare se specifică doar condițiile de verificare, parametrii de evaluare, iar valorile se convin între producător și beneficiar (sau se solicită de acesta din urmă). Standardele respective sunt „doar o bază de discuții”, părțile putând negocia toate elementele privind valorile abaterilor admisibile, parametrii de interes. Trebuie să precizez faptul că au fost dezvoltate metode de măsurare, concepte (volumetric accuracy – precizie volumică), care redefinesc metodele de verificare a preciziei (reducând și durata acestora), inclusiv a celei dinamice (așa-numita metodă ball-bar -eroarea de circularitate la interpolarea circulară pe două axe – oricare ar fi acelea);
  • la rândul ei, precizia mașinii-unelte depinde de o serie de factori: precizia componentelor mașinii, rigiditatea statică și dinamică, fenomenele termice, metodele și sistemele de monitorizare, de măsurare și de compensare a unor erori etc.

 

 Atunci când se discută și se evaluează performanțele privind precizia de prelucrare trebuie avuți în vedere mai mulți parametri:

  • tipul mașinii-unelte;
  • poziția axei piesei în timpul prelucrării (ținând cont și de tipul prelucrării);
  • materialul piesei de prelucrat;
  • numărul axelor de coordonate comandate simultan;
  • tipul sculei utilizate;
  • regimul de prelucrare.

 

Un exemplu edificator îl reprezintă prelucrarea unei piese de probă specificată în standardul NAS 979 (figura 36 [37]), care are o suprafață conică, axa de simetrie fiind înclinată față de suprafața de bază. Prelucrarea necesită comanda simultană a 5 axe de coordonate. Piesa de probă este din alu­miniu, cu aceleași dimensiuni, dar a fost prelucrată pe diferite mașini, toate produse de aceeași com­panie (DMG MORI SEIKI). În funcție de tipul mașinii, abaterile de circularitate au fost:

  •  3,11 μm și 4,66 μm (pe o mașină mai mică) [37];
  •  6,9 μm și 7,0 μm (mașină mai mare) [27] sau 8,0 μm [35].

Mai specific faptul că s-au folosit aceleași scule, aceleași regimuri de așchiere (cu excepția rezultatu­lui 7,0 μm, unde s-a folosit o turație mai mare și un avans mai mic și o altă calitate de aliaj de aluminiu). Firma specifică și faptul că la modelele anterioare ale aceluiași tip de mașină abaterile de la circulari­tate ale piesei NAS 979 au fost de 20-30 μm!

Valorile abaterilor de circularitate obținute la prelucrarea unor suprafețe cilindrice diferă, în func- ție de:

  •  procedeul de prelucrare

• prin frezare (interpolare circulară) (figura 37 [37]): 1,78 μm [37], 2,6 μm [27], 3,10 μm [37], 9,5 μm [9] și 1,9 μm [11] la mașini diferite, utilizând următoarele regimuri de așchiere (turație rot/ min și avans mm/min): 1000/500; 8000/2000; 3200/640; 10000/4000; 6000/300 la o piesă din aluminiu;

• prin strunjire, menționând și condițiile:

1 – 0,5 μm; aluminiu Ø42; sculă diamantată; 2500 rot/min; 0,03 mm/rot [9];

2 – 0,28 μm; alamă Ø54,2, sculă diamantată; 500 rot/min; 0,05 mm/rot, utilizând un traductor cu rezoluție de 0,01 μm [25];

3 – 0,5 μm; alamă Ø42; sculă de diamant; 2500 rot/min; 0,03 mm/rot [14];

4 – 0,18 μm; alamă Ø50; sculă de diamant; 6000 rot/min; 0,02 mm/rot, dar în condițiile unei incinte termostatate la 22oC±1oC [12];

5 – 0,4 μm; alamă Ø42; sculă de diamant; 4000 rot/min; 0,05 mm/rot;

• prin alezare: 0,9 μm; aluminiu; alezaj Ø35; sculă din carbură metalică; 10000/500 [37].

  • poziția axei de rotire

În [37] s-au făcut prelucrări prin strunjire (s-a utilizat o masă rotativă basculantă), cu axa de rotire orizontală sau verticală. Rezultatele obținute pe piesa de alamă sunt, practic, identice: abateri de 1,76 și, respectiv, 1,73 μm.

 În [26, 37] dar și în alte surse, se specifică următoarele:

  • rezultatele prezentate sunt un exemplu;
  • s-ar putea ca acestea să nu poată fi repetate, datorită diferențelor privind condițiile de așchiere și de mediu (în timpul prelucrării și al verificărilor).

 

Un exemplu de performanță privind perpendicularitatea axelor a două alezaje (Ø35x132) prelucrate este cel prezentat în [37]: au fost obținute valori ale abaterilor de 2,8 μm și 1,6 μm, în funcție de planul de măsurare (vertical și orizontal).

O verificare interesantă, care poate fi utilă producătorilor de piese în serie, este prelucrarea unui lot de piese în acelea[i condiții. În acest sens a fost prelucrat un lot de 35 de piese identice, după stabilizarea termică a mașinii, într-o incintă termo­statată la 22oC±1oC [14]. Diferența dimensiunilor  a fost de max. 5 μm. Prelucrarea pieselor din alamă (Ø42x25 mm) s-a făcut în două faze:

  •  degroșare: sculă din carbură metalică, turația 2250 rot/min, avans 0,3 mm/rot; adâncime de așchiere 1,5 mm;
  • finisare: sculă cu diamant, turația 2670 rot/ min, avans 0,02 mm/rot, adâncime de așchiere 0,02 mm.

 În [12] se prezintă o diagramă a erorilor, din care rezultă că: n la prelu­crarea unei piese de aluminiu (Ø32);

  • la un regim de așchiere n=4000 rot/ min, avans 0,03 mm/rot, adâncime de așchiere 0,05 mm, sculă cu diamant, cu răcire;
  •  cu durata ciclului de 35s și cu schimbarea piesei în 10s, s-a obținut o diferență dimensională de 3 μm la prelucrarea a 180 piese (durata totală a prelucrării a fost de 135 min.).

 

O familie de mașini cu posibilități deosebite este prezentată în [35].Familia este constituită din patru tipodimensiuni, fiecare din ele putând fi echipată cu mai multe tipuri de module:

  •  arbori motorizați (10 tipodimensiuni), cu turații maxime de la 10000 la 24000 rot/min și puteri de la 13 la 52 kW și momente nominale de la 83 la 430 Nm;
  •  magazii de scule cu capacități de la 30 la 180 scule;
  •  mese fixe sau mese rotative basculante, care au arbore motorizat pentru masa rotativă și reductor cu roți dințate la un capăt sau la ambele capete pentru mișcarea de oscilație (basculare); mesele pot fi livrate pentru a accepta palete (cu încărcarea/preluarea automată a acestora).

Pe aceste mașini se execută prelucrări complete prin operații de strun­jire și de frezare. Acestea au și următoarele posibilități (standard sau opționale): n cicluri de măsurare active (in-process); n echilibrarea electronică a piesei pe mașină; n verificarea/măsurarea sculelor pe mașină cu rază laser.

Mașina poate fi echipată special:

  •  prin atașarea unui cap laser (cu ajutorul unui con HSK), cu transmiterea razei laser prin fibră optică, ceea ce permite structurarea (micro și macrogeometrii diferite) suprafeței prelucrate cu deplasări simultane pe 5 axe;
  • cu un cap special, care combină o mișcare de rotație (max. 18000 rot/min) cu una de oscilație axială ultrasonică. Se pot prelucra componente cu forme foarte complexe, realizate dintr-o varietate mare de materiale ceramice, foarte dure și casante. Cu această tehnologie se obțin rugozități Ra< 0,2 μm.

 Pe aceste mașini se garantează obținerea următoarelor valori ale abaterilor:

  •  circularitate la interpolare circulară, la un avans de 3000 mm/min, mai bună de 4 μm;
  •  circularitate la prelucrarea unei suprafețe conice înclinate (piesă tip NAS 979), prin interpo­lare pe 5 axe simultan, mai bună de 8 μm;
  • planeitate mai bună de 10 μm (pe o suprafață de 300x400 mm);
  • rugozitate mai bună de 0,4 μm.

BIBLIOGRAFIE

1-             BECKER, Sylke- Press release: EMO Hannover 2013 will showcase „Intelligence in Production”;

2-             SCHÄFER, Marlies- VDMA: „Producing more intelligently” boosts the competitivenes of German industry;

3-             *** DSEI: Setting a new benchmark; PRODUCTION ENGINEERING SOLUTIONS, August 2013;

4-             *** German quality at the right price; PRODUCTION ENGINEERING SOLUTIONS, August 2013;

5-             *** CyteC SYSTEMS: CyMill; flyer 38.2011;

6-             *** GROB motor spindle; GROB International Trade Fair Edition; EMO 2013 Production highlights;

7-             *** Vertikal – Drehzentren; One stop solution for metal cutting; HURON; cat. 2013-09:

8-             *** MAZAK: HCN –Horizontal center VEXUS; cat. 99J324705 E0

9-             *** MAZAK: MAZATECH FH-680 Horizontal machining center; cat. FH680 99J306696E1;

10-          *** MAZAK: Touch the future;

11-          *** MAZAK: Horizontal center NEXUS II series; cat. 99J325506E3;

12-          *** MAZAK: QUICK TURN 6G; cat. 99J114996E2;

13-          *** MAZAK: QUICK TURN 6T; cat. 99J115296E2;

14-          *** MAZAK: QUICK TURN 10; cat. 99J109595E2;

15-          *** MAZAK: INTEGREX 30&35; cat. 99J108194E1;

16-          *** YCM: TOTAL SOLUTION; cat. 062012 NE03-2000;

17-          *** EDEL : ROTA MILL-High Performance mit 6 Achsen, Ausgabe 09/2013;

18-          *** EDEL : 5 Axis Performance MULTI MILL; Edition 03/2013;

19-          *** FAHRION PRÄZISION – Press release EMO 2013;

20-          *** SKF: SKF Life Cycle Management: Expert support-for the lifespan of a machine; Press information;

21-          *** SKF: Maintenance and optimization: SKF spindle service ensures more efficient machine tools; Press release;

22-          *** SKF: Energy Efficient Microdosage Lubrication system for High-Speed Spindles; Press release;

23-          *** SKF: SKF ECONOMOS presents intelligent sealing solutions for longer machine up-time at EMO; Press Release;

24-          *** SIGMA: FLEXI-Simultaneous 5-axes vertical machining centres; cat. MOD.04-E;

25-          *** DMG MORI SEIKI : NLX 1500/NLX 2000; cat. NLX 1520-EA05-1ABD;

26-          *** DMG MORI SEIKI : NL Series; cat. NL-EG10-1ABD;

27-          *** DMG MORI SEIKI : NHM Series, cat. NHM-ED01-1ABD;

28-          *** ZF: Presseinformation: Higher Performance: ZF Develops new Duoplan Hollow Shaft Drives for Machine Tools;

29-          *** ZF: Presseinformation: High Speed or High Torque? Both!

30-          ALBERELLI, Laura: La potenza nascosta delle macchine; In Motion; 1, settembre-ottobre 2013;

31-          GORNIC, Corneliu: Târgul de maşini unelte Hannover 2005; Raport Tehnic (document intern, nepublicat).

32-          GORNIC, Corneliu – Parameters constancy-much more important than their values; Proceedings in Manufacturing Systems, vol. 9, Issue 1,2014; Romanian Academy;

33-          HURON: One Stop Solution for metal cutting; cat. 01k-3;2013-09;

34-          *** VIGEL: PLATFORM 5 – 5 Axes Multispindle Horizontal Machining Centers; TW.TR.QD 500/SP;

35-          *** DMG MORI SEIKI: DMU/DMC monoBLOCK® series;

36-          *** CyteC Systems: CyTurn (04/2008);

37-          *** DMG MORI SEIKI: NMV 5000 DCG/NMV 8000 DCG; cat. NMV-ECO 1ABV;

38-          *** Chiron: 24 series (09/13);

39-          *** ITRI (Industrial Technology Research Institute): Fation Design;04-22338796;

40-          *** MAZAK-Vertical center SMART 430A (07/2000); cat. S99J252710EO;

41-          *** MAZAK-High-Precision, High-Efficiency Integrated Mill Turn Center NT 6600 DCG; cat. NT6600-ECO 5 ABV;

42-          *** DMG MORI SEIKI: SPRINT 50/60 Next Generation; cat. PRO.05 992-071 UK;

43-          *** press.danobatgroup.com/vertical-lathes-hydrostatic technology/

44-          *** www.hilgert.ch

45-          *** www.elha.de

46-          *** www.zollern.de

47-          *** youtube.com

48-          *** SKF-Super-precision angular contact ball bearings: High capacity 719...D(SEB) and 70...D(Ex) series;

49-          *** HYDROQUIL – Arbore de alezare cu sustentaţie hidrostatică FPT;

50-          *** LBH-LAZATTI hydrostatic; www.lazatti.eu/index.php/products/floor-type;

51-          *** HYPROSTATIC – Hydrostatic Spindles;

52-          *** CyMill; G30 UNIVERSAL;flyer g30-45-2010;

53-          *** CyMill: M21 GABEL/FORK; flyer m21-2010;

54-          *** DMG MORISEIKI: MAX3000; cat. EAO3-1ABD;

55-          *** DMG MORISEIKI: NT6600 DCG; cat. ECO5 ABV;

56-          *** STAUFF: Reliability that pays for itself; Press Release; June,6,2013;

57-          *** STAUFF: Early identificationof contamination; Press Release; August,19,2013;

58-          *** LOSMA: Losma takes part at EMO Hannover;

59-          GORNIC, Corneliu: Bearing area – what it means and how to handle it; Proceedings in Manufacturing Systems; vol.6, issue 1, 2011, Editura Academiei Române, pp.53-59;

60-          *** MAZAK: INTEGREX  eII series; cat. T99J154705EO;

61-          *** MAZAK: NEXUS II series; cat.T99J325506E3;

62-          *** DMG MORI SEIKI: NVX 5000 II series; cat. EBO4-1ABD;

63-          *** DMG MORI SEIKI: NLX 2500; cat. EB14ABV;

64-          *** ETP Transmission AB: ETP HYDRO-GRIP Hydraulic high precision toolholders;

65-          *** FAHRION Vertriebs GmbH; The collet chuck- on all-rounder for milling applications; Press Release EMO 2013;

66-          *** CyTec Zilindertechnik GmbH:Spantechnik; Ausgabe 9/2007;

67-          *** www.Vortec.com: Cold air guns;

68-          *** www.exair.com : Cold gun aircoolant systems;

69-          *** www.nex-flow.com/tool-cooling.htm;

 

70-     *** TIMKEN: Where you turn (e-catalogue).


 CORNELIU GORNIC este Preşedinte PROFEX, Centru de Dezvoltare Tehnologică



Corneliu Gornic

Inginer, specialitatea Maşini-Unelte şi Scule, promoţia 1968

Activitate:

- cercetare maşini-unelte din 1968 până în 1992, de la simplu inginer la cercetător ştiinţific principal gr. I şi director ştiinţific, în cadrul Institutului de Cercetări şi Proiectări Maşini-Unelte (ICPMUA, ICSIT-TITAN, acum SIMTEX);

- marketing, AQ, CTC, proiectare (fostul ARMUS);

- dezvoltare, tehnologii de montaj şi reglaj, încercări şi diagnoză, tehnologii de prelucrare (PROFEX CONSULT)

Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord