Cum se alege o maşină-unealtă (VIII)

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Cum se alege o maşină-unealtă (VIII)

În articolul din acest număr vom prezenta exemple concrete, soluţiile adoptate de mari companii producătoare, pentru creşterea productivităţii maşinilor-unelte.

O colaborare între o firmă producătoare de maşini-unelte (STARRAG), una specializată în fabricarea sculelor (WALTER A.G.) şi una în tehnologii (ROTHER Technology) a avut ca rezultat realizarea unui nou sistem de răcire (prin sculă sau prin arborele principal) utilizând CO2, ceea ce a permis creşterea productivităţii cu peste 70% la prelucrarea materialelor de înaltă rezistenţă. Utilizând acest procedeu, 64% din materialul unei palete brute (28 cm3), realizată din oţel înalt aliat, a fost îndepărtat în 2,4 min, faţă de procedeul convenţional, care durează 4,5 min. Temperatura sculei a scăzut de la 1600C la 400C. Viteza de aşchiere a fost mărită de la 320 la 400 m/min, iar avansul de la 0,4 la 0,55 mm/dinte.

Practic, orice maşină STARRAG poate fi modernizată cu acest sistem de răcire.

 

Maşinile specializate STARRAG sunt destinate:

  • prelucrării paletelor de turbină

Ele asigură o precizie ridicată şi o prelucrare eficientă cu 5 axe. Cu o experienţă de zeci de ani, firma oferă sistemul de prelucrare printr-un sistem CAM dezvoltat special, până la sisteme de monitorizare a procesului. Se prelucrează toate tipurile de palete, cu un singur sistem de prindere, graţie unui concept inovativ şi flexibil de fixare.

  • prelucrării unor piese de structură foarte pretenţioase, a unor componente cu mai multe palete şi carcase cu ciclu de prelucrare foarte lung

Capetele rotative sunt etaloane pentru prelucrarea intensivă a componentelor din titan sau inconel pentru industriile aerospaţială şi energetică. Fiecare tip de maşină (figura 23 [19]) are 5 axe, în diferite configuraţii, asigurând o precizie ridicată pe perioade lungi de timp. Curbele putere/moment asigură prelucrarea eficientă a pieselor din titan. Stabilitatea dinamică foarte bună (nivel de vibraţii redus) asigură durabilitate ridicată a sculei şi o productivitate ridicată.

Figura 23

  • prelucrării discurilor cu palete, de tip

•          Blisk (bladed – disk: disc rotor cu palete)

•          IBR (Integrally Bladed Rotor), cu unul sau mai multe trepte de presiune

 

Componentele prelucrate pot fi din titan sau un superaliaj cu nichel. Pentru toate tipurile de operaţii firma STARRAG reprezintă nivelul de referinţă în domeniu.

Maşinile din familia NB asigură prelucrarea de degroşare eficientă a „blisk”-urilor din semifabricat solid sau realizate prin sudare cu frecare, finisarea punctelor de contact ale aripii de avion, cu timpi minimi ai ciclurilor de producţie şi cu zero rebuturi. Deformarea arborelui principal (termică, cauzată de forţele centrifuge) este măsurată (direct) şi compensată. Efectele deformaţiilor termice ale maşinii pot fi corectate direct pe piesă, printr-un proces automat. Se oferă variante cu un cap de lucru sau cu două (figura 24 [19]).

Figura 24

 

  • prelucrării unor piese foarte lungi din titan (până la 8m lungime) pentru industria aerospaţială

Varianta cu două capete de lucru (fiecare cu câte două axe de rotaţie) oferă o productivitate dublă faţă de cea cu un singur cap (figura 25 [19]).

Figura 25

 

Un alt tip de flexibilitate îl reprezintă oferta de tipuri de strunguri carusel:

  • cu un montant (figura 26.a [19]), cu dimensiunile maxime ale piesei de Ø2800/înălţime 2750mm;
  • cu doi montanţi (figura 26.b [19]), cu dimensiunile maxime ale piesei de Ø12000/înălţime 10000mm;
  • cu doi montanţi (figura 26.c [19]) şi masa (platou) deplasabilă, cu dimensiunile maxime ale piesei de Ø12000mm (sau conform acordului cu beneficiarul) şi înălţime de 10000mm.

Figura 26

 

Toate aceste variante au:

  • ghidaje plane hidrostatice;
  • unul sau doi suporţi de lucru;
  • caracteristici constructive negociabile;
  • o gamă largă de accesorii;
  • variante de magazine de scule;
  • acţionarea cu două motoare a platoului (cu până la 150 kW fiecare);
  • rigiditate mare la încovoiere şi torsiune.

 

Pentru fabricanţii de scule (matriţe, în special), de componente de aviaţie, de motoare mari, de maşini etc. flexibilitatea, eficienţa costurilor şi precizia de prelucrare joacă un rol foarte important şi, în special, la prelucrarea pieselor mari. Caracteristicile, structurile acestor maşini se negociază cu beneficiarul, în funcţie de solicitările acestuia.

Figura 2

 

Maşinile de frezat cu portal pot fi de mai multe tipuri:

  • cu traversă fixă şi masă mobilă;
  • cu traversă mobilă şi masă mobilă;
  • cu traversă fixă şi portal mobil (gantry). Acestei mese fixe i se poate ataşa, la unul din capete, un platou de carusel (similar figura 2 [2]);
  • cu traversă deplasabilă longitudinal pe ghi­daje fixate pe montanţi de tip „perete”. Şi acestei mese fixe i se poate ataşa un platou de carusel (figura 27 [19]).

Figura 27

 

Aceste maşini

  • pot fi echipate cu peste 300 (trei sute) de tipuri de capete de frezare (accesorii);
  • au arborii de frezare acţionaţi de motoare de până la 150 kW;
  • acceptă fixarea pieselor pe palete, ceea ce reduce enorm timpii morţi ai maşinii;
  • pot schimba automat accesoriile şi sculele;
  • au posibilitatea realizării unei lăţimi a mesei (fixe) de până la 10m şi lungimi modulare;
  • au viteze de deplasare care ajung până la 40m/min (în funcţie de axă şi de structura maşinii);
  • au posibilitatea prelucrării simultane pe 5 axe.

Flexibilitatea ofertei unor maşini orizontale de alezat şi frezat este unul din factorii de succes ai firmei. Aceasta realizează mai multe familii de maşini, centre de prelucrare de tip maşini orizontale de alezat şi frezat:

 

  • HEC, familiile Dynamic, Athletic (500/630/800)

Sunt destinate, în special, pentru prelucrarea pie­selor din oţeluri aliate, cu viteze mari de avans (100m/min) şi acceleraţii de 1g. Masa rotativă deplasabilă este în construcţie „gantry” (cu dublă acţionare), iar masa rotativă are un sistem de acţionare în mişcare de rotaţie de tip direct-drive, cu o turaţie de până la 500rot/min. Arborele principal poate avea o turaţie de până la 20000rot/min. Avansurile sunt acţionate cu motoare de c.a. digitale, iar ghidarea saniei mesei este pe ghidaje de rostogolire.

 

  • X5

În locul mesei rotative este montată o masă rotativă basculantă (figura 28 [19]), care asigură un joc de întoarcere de 4 sec (axa A) şi de 3 sec (axa B). Axa rotativă (B) este prevăzută cu un sistem de blocare hidraulic, iar axa basculantă (A) cu un sistem de blocare mecanic. Pe masa rotativă se poate monta o paletă, masa fiind prevăzută cu conuri de fixare mecanice. Maşinile acceptă scule cu diame­trul până la 500mm şi lungime de 800mm.

Figura 28

  •          Athletic (1000/1250/1600/1800)

Familia are un concept modular, asigurând flexibilitate la realizarea unor structuri care să corespundă soluţiilor solicitate. Aceste centre de prelucrare asigură prelucrarea cu eficienţă energetică a pieselor de tip carcasă şi prismatice (echipamente pentru agricultură, industria auto, pompe, compresoare, energie eoliană etc). Conceptul modular include componentele principale, modulele de manipulare a sculelor şi pieselor, conceptul arborilor, cu configuraţii diferite de putere, turaţie şi opţiuni privind funcţiile de comandă.

Figura 29

 

Unul din elementele principale de interes este dispozi­tivul „Planetary TurnMill” (PTM®) – dispozitiv planetar de strunjire (alezare) şi frezare (figura 29 [19]). Platoul (cu o greutate şi dimensiuni mult mai mici decât ale platourilor clasice) are sănii radiale, cu poziţii infinit variabile, pen­tru strunjire (frontală sau alezare), cu o portsculă pentru diferite scule de strunjire. Diametrul maxim de strunjire atinge 3300mm. Greutatea sculei, cu poziţii variabile, este echilibrată cu ajutorul a două sănii extensibile sincrone. Sunt disponibile mai multe variante:

  •  cu arbore orizontal fix;
  • cu arbore (de tip arbore de alezare) deplasabil axial (în CNC), cu diametrul de 125 sau 150mm;
  • un cap de frezare bi-rotativ pentru prelucrarea simultană cu 5 axe;
  • cu PTM®.

Acţionarea arborelui principal se poate face cu un motor de până la 84kW şi moment de 3000Nm. Sculele pot atinge 950mm în diametru şi lungime de 800mm.

Figura 30

 

  • DBF

Maşina poate fi echipată cu o sculă rotativă, care per­mite o deplasare radială de ±35mm(cu servoacţionare) (figura 30 [19]). Prelucrarea cu această sculă asigură o bătaie axială şi radială a suprafeţelor prelucrate de 5-6 μm. Echilibrarea sculei permite rotirea acesteia până la 1200 rot/min şi efectuarea de operaţii de strunjire exterioară/interioară, prelucrări frontale exterioare/interioare, prelu­crarea degajărilor). Acţionarea cu motoare până la 45kW, realizarea unor turaţii de până la 3500rot/min şi un moment de torsiune de 1700Nm, permite găurirea în plin până la Ø100mm.

 

  • BHC (Big Horizontal Center)

Asigură prelucrarea prin frezare, strunjire, găurire a unor carcase şi piese prismatice mari, cu diametre de până la 5400mm. Conceptul maşinii este similar celui al familiei HEC Athletic (1000/1250/1600/1800). Deosebirile constau doar în dimensiuni.

Toate aceste maşini au o serie de caracteristici comune:

  • structură termosimetrică a păpuşii (montantului), ceea ce asigură o stabilitate termică pe termen lung;
  • suprafeţele prelucrate sunt în clasa de precizie IT5;
  • pot fi dotate cu magazii de scule, cu până la 320 scule, de tip lanţ sau turn;
  • pot fi echipate cu sisteme de palete şi pot fi integrate în sisteme flexibile de fabricaţie;
  • sunt dotate cu sisteme de control, monitorizare şi de diagnoză;
  • se aplică principiul unei maşini eficiente din punct de vedere energetic (oprirea unor funcţii dacă acestea nu sunt comandate un timp prestabilit şi repornirea foarte eficientă a acestora, la reactivarea funcţiei: pompe, iluminat, avansuri etc);
  • controlul şi monitorizarea sculelor;
  • este posibilă prelucrarea uscată.

 

În domeniul maşinilor-unelte grele, o firmă specializată oferă două tipuri de maşini orizontale de alezat şi frezat:

  • În construcţie clasică

    1. Cu montant deplasabil axial (T-type)

Păpuşa este proiectată simetric din punct de vedere termic, cu deplasarea între montanţi. Maşinii i se poate ataşa un sistem de mese paletabile. La cerere, maşina poate fi livrată cu o masă amplasată vertical (cu aplicaţii, în special, în industria aeronautică).

 

     2. Cu montant deplasabil transversal (Floor-type)

Maşina are:

  • Masă rotativă (axa B), deplasabilă axial (paralel cu axa arborelui de alezare) (axa V);
  • Montant deplasabil transversal faţă de axa arborelui de alezare (axa X);
  • Păpuşa este ghidată pe una din laturile montantului (axa Y). Cursele pe axele X şi Y sunt modulare. Modulele de extindere sunt de 1000mm pentru axa X şi de 500mm pentru axa Y;
  • Culisa (axa W), în care este lăgăruit arborele de alezare (axa Z). Acesta poate avea diametrul de 160 sau de 200mm.

Figura 43

 

NOTA: La EMO Hannovra 2013 a fost prezentată o maşină orizontală de alezat şi frezat al cărei arbore de alezare este lăgăruit hidrostatic în culisă (figura 43 [32]), asigurându-se atât lăgăruirea radială, cât şi ghidarea în timpul deplasării axiale. Deformaţia culisei este compensată automat, în funcţie de poziţia sa axială şi de poziţia arborelui de alezare. Este posibilă preluarea şi eliberarea automată a accesoriilor pe şi de pe culisă.

Figura 31

 

  • În construcţie specială

Caracteristica esenţială a acestei familii o constituie capul special SPRINT Z3 (figura 31 [19]). Acest cap este compus din:

1. un arbore de frezare acţionat cu tehnologie directdrive, cu putere de acţionare de până la 130kW şi turaţii de până la 30000rot/min;

2. trei sisteme de acţionare independente (principiul platformei Stewart, sau tripodă, sau architecture parallèle), a căror combinare asigură 5 grade de libertate: trei deplasări liniare (axele X,Y,Z) şi două axe de rotaţie (axele B,C), ambele având un domeniu de variaţie de ±400, după orice direcţie în spaţiu.

 

Figura 32

 

Întregul cap este montat într-o structură de tip box-in-box (ghidare într-o structură închisă şi cu dublă acţionare-tip gantry) (figura 32 [19]).

În funcţie de echipare, maşinile din familiile ECOSPEED şi ECOLINER pot prelucra piese până la 30m lungime şi 2,5m lăţime, fixate pe mese verticale, ceea ce permite evacuarea rapidă a aşchiilor şi evitarea influenţei termice a acestora asupra structurii maşinii. Maşina asigură deplasări cu viteze mari (max. 50m/min şi 800/s la axele rotative) şi acceleraţii de 1g. La prelucrarea pieselor de aluminiu se asigură un volum de aşchii de până la 8000cm3/min.

Amenajarea spaţiului de lucru poate fi şi cu palate verticale, ceea ce elimină timpii morţi ai maşinii (centru de prelucrare).

Figura 42

 

NOTĂ: A fost dezvoltat un cap de frezare (figura 42 [31]), care asigură o prelucrare de patru ori mai rapidă a unor profiluri complexe (componente aerospaţiale, matriţe etc). Axa C are un unghi de rotaţie de ±3600, axa A asigură rotirea arborelui principal cu un unghi de ±1100, iar axa suplimentară B oferă un unghi de basculare de ±1500. Pentru aceasta s-au folosit ghidaje circulare speciale, de înaltă precizie. Arborele portsculă (principal) este realizat cu tehnologie direct-drive.

Printre avantajele noii concepţii sunt:

  • chiar la colţuri şi în buzunare, unde capetele de frezare cu axe A/C sunt aproape staţionare,  noul cap asigură o viteză de avans constantă şi ridicată, conducând la o uzură mult mai mică a sculei;
  • pentru atingerea (realizarea) oricărui unghi de orientare sunt necesare rotiri minime, economisindu-se mult timp;
  • nu este necesară retragerea în rotaţie a axei C la terminarea unui ciclu de prelucrare.

 

Pot fi atinse aceleaşi viteze ca şi în cazul tripodei (parallel kinematik), deşi, uneori, la utilizarea acesteia, sunt necesare prelucrări ulterioare (din cauza limitării unghiu­rilor de rotaţie). Prelucrările se realizează, întotdeauna, cu viteze optime de aşchiere şi cu orientarea optimă a sculei. Se asigură, astfel, o calitate optimă a suprafeţei (rugozitate).

Figura 33

 

În clasa maşinilor de înaltă precizie (figura 33 [19]), se oferă două familii de centre de prelucrare:

  • seria SPC, cu 4 sau 5 axe comandate numeric (figura 34 [19]). Abaterile geometrice la această familie sunt sub 5μm, iar parametrii preciziei de poziţionare (con­form standardului german VDI/DGQ 3441) sunt: incertitudi­nea poziţionării P≤ 4 μm , împrăştierea Ps ≤2 μm, jocul de întoarcere U ≤1 μm.

Figura 34

 

  • seria SIP (5000 sau 7000) (figura 35 [19])

Asigură precizii şi mai bune, inclusiv pentru poziţionare (P≤ (2,2-3) μm; Ps ≤1,5 μm; U ≤1 μm). Maşinile pot avea până la 120 de scule.

Figura 35


BIBLIOGRAFIE

1.      *** SIGMA TANDEM, prospect

2.      *** TITAN Maşini GreleS.A., catalog

3.      *** Cy Turn, NC Rotary Tables, prospect

4.      *** SIGMA TYPHOON 5A, prospect

5.      *** HERMLE, C22, prospect

6.      *** STAMA, Vertical Machining Centers MC526/532/533/534/538, prospect

7.      *** DMG Mori Seiki, NMI/5000DCG/NMV 8000DCG, prospect

8.      *** STAMA, MT, Milling-turning centers for perfect 6-side complete machining from bar and chuck, prospect

9.      *** CHIRON, 24 Series, prospect

10.  *** HURON, One Stop Solution for metal cutting, prospect

11.  *** PARKER, Robert – Better decision through enterprise visibility: executive access to global manufacturing intelligence is the key; IDC Manufacturing Insights, May, 2013

12.  *** KAPP NILES, Press kit, EMO Hannover 2013

13.  WEBER, Thomas – LIEBHERR; New grinding machine LGG 180 delivers consistent high-volume production quality, Press information, EMO Hannover, 2013

14.  WEBER, Thomas – LIEBHERR; Intelligent work-handling : Liebherr Robot System for Bin Picking; Press information, EMO Hannover, 2013

15.  WEBER, Thomas – LIEBHERR; High-efficiency Production in the Smallest Spaces; Press information, EMO Hannover, 2013

16.  ZELINSKI, Peter-The unexpected advantages of robotic automation, Maschinen Markt, EMO Hannover, 2013

17.  WEBER, Thomas – LIEBHERR; Automatically more productive; Press information, EMO Hannover, 2013

18.  *** HONOR SEIKI; CNC Vertical lathes; CNC Vertical turning center, prospect

19.  *** STARRAG Group: Machines/Service/Software; Machine program

20.  BECKER, Sylke-Press release, VDW, EMO Hannover, 2013

21.  *** CUTTING EDGE, Customer Magazine, N1, September, 2013, DANOBAT Group

22.  *** DANOBAT; HG/WT Grinding solutions for medium and heavy parts; prospect

23.  *** DANOBAT; High precision grinding solutions, prospect

24.  *** DANOBAT; High precision grinding solutions for internal, external and radii, prospect

25.  *** DANOBAT; VG/DVG/IEV; Verticale Schleiflösungen, prospect

26.  *** OKUMA: 5 Axes Vertical Multitasking Machines VTM-1200 YB, prospect, Aug, 2013

27.  *** LANG: Laser technology, prospect

28.  ***  HAAS Automation Europe N.V.; The first 30 years of CNC innovation, 06/2013

29.  ***  HAAS Automation Europe N.V.; HE 176 PR; 186 PR; 190 PR; 208 PR; 215 PR; 221 PR; 217 PR; Press release (7 fascicule), EMO Hannover 2013

30.  *** TOOLING U: SME- Quality training: Metrics for Lean 230.mht


Corneliu Gornic este Preşedinte PROFEX, Centru de Dezvoltare Tehnologică



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