Sisteme de avans (VI) - 4.4 Manipularea sculelor și a pieselor. Accesorii, sisteme flexibile

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Sisteme de avans (VI) - 4.4 Manipularea sculelor și a pieselor. Accesorii, sisteme flexibile

Unul dintre adevărurile specifice aproape oricărei activități umane este relativitatea sau valabilitatea temporară a unor realizări, adevăruri, înțelesuri, explicații etc. În acest mod trebuie considerate și cele prezentate în seria de materiale referitoare la sistemele de avans.

Afirmațiile, caracteristicile și alte elemente specifice reprezintă, într-o anumită măsură, un instantaneu, un fel de fotografie luată în timp real. De acest lucru trebuie să țină cont (în principiu) toți cei interesați în alegerea unei mașini-unelte și a posibilităților acesteia. Unul dintre subiectele de discutat cu potențialii furnizori trebuie să fie posibilitatea actualizării caracteristicilor/funcțiilor unei mașini-unelte care a fost achiziționată și este deja în exploatare.

Aceste caracteristici se referă la:

a. funcția disponibilă;

b. posibilitățile pe care aceasta le oferă;

c. domeniul de variație/reglare;

d. posibilități de comandă sau de control a variației;

e. dacă este posibil, punerea la dispoziție a unor parametri care se referă la caracteristicile care asigură parametrii funcționali, cum ar fi: rigiditate (liniară sau unghiulară), capacitatea funcționării cu variație minimă a câmpului termic, amortizarea vibrațiilor (proprii, generate în procesul de așchiere sau de către surse externe) sau posibilitatea utilizării unor funcții/posibilități de suprimare/diminuare a acestora.

Oferirea de către (potențialul) furnizor a unor date experimentale, obținute prin măsurări în condiții reale ale unora dintre parametrii menționați, sau oferirea posibilității verificării acestora (din rapoarte de verificare proprii sau elaborate de structuri/laboratoare neutre, referințe de la beneficiari anteriori etc.) reprezintă argumente suplimentare de evaluare ale beneficiarului. În anumite condiții (mărimea sau valoarea potențialei furnituri), se poate oferi beneficiarului (pe bază contractuală) posibilitatea pre-recepției mașinii (la furnizor), ceea ce nu elimină recepția finală (completă) a mașinii (conform anexelor tehnice ale contractului) la beneficiar, în condiții reale de funcționare (mediu, mașina montată și reglată pe fundație, cu echiparea completă, conform contractului etc).

Ținând cont de faptul că furnizorul de mașiniunelte devine tot mai frecvent un partener tehnologic al utilizatorului mașinii, este în interesul ambilor ca utilizarea mașinii să conducă la rezultate optime pentru beneficiar, ceea ce poate conduce la relații pe termen lung între cei doi (fără a lua în considerare modul de circulație a informațiilor). În acest sens, divulgarea unor date de către furnizor spre beneficiar îi mărește încrederea acestuia din urmă, iar primul dă dovadă de preocupare privind interesele (obținerea unor rezultate favorabile) beneficiarului.

În aceeași ordine de idei, producătorii de scule se străduiesc să ofere utilizatorului scule capabile să prelucreze materiale din cele mai diverse, asigurând și o durabilitate mare a pastilei așchietoare. Acoperirea sculelor cu bisulfură de molibden (MoS2) asigură efectuarea unor operații de așchiere (inclusiv găurire) uscate (fără utilizarea unui fluid de răcire). Acoperirea poate fi dură sau „moale” (Gühring – MOVIC). Cu aceste pastile se pot prelucra piese din aluminiu, fontă, oțeluri (inclusiv de înaltă rezistență sau aliate) la viteze foarte mari. Un tarod acoperit cu TiAlN poate fileta circa 1.000 de găuri, dar tipul MOVIC poate fileta până la 4.000 de găuri. Se pot utiliza placări duble MoS2/Mo sau B4C/W etc., cu grosimi de circa 2 μm, care asigură folosirea eficientă a burghielor realizate din oțeluri speciale (HSS).

Acoperirile se realizează în straturi multiple (60 – 400 de straturi) de grosimi de ordinul nm. Anumite tipuri de acoperiri (CNXTim;Tin/NbN) oferă durități egale cu jumătate din cea a diamantului (duritatea maximă naturală). Pentru prelucrarea materialelor neferoase se pot utiliza scule acoperite cu diamant (20 μm grosime). Aceste acoperiri ajung la duritatea diamantului natural. Pentru prelucrarea oțelurilor (a aliajelor cu conținut de fier) se folosesc acoperiri CBN (nitrură cubică de bor) [79].

Afirmăm și cu altă ocazie faptul că fără creșterea productivității sau a valorii intrinseci (de întrebuințare, a calității etc.) a unui produs nu este posibilă creșterea nivelului de trai. Sunt companii care au inclus în filosofia activității securitatea locurilor de muncă pe termen lung, asociată prosperității în regiune. Aceștia sunt factori motivanți ai angajaților, generatori de rezultate optime (compania GROB) [78].

Investiția permanentă (la cote ce ating 6% din cifra de afaceri) în activități de C&D&I asigură poziționarea permanentă în avanposturile domeniului, deci se asigură o atractivitate permanentă produselor (eforturilor întregii companii). Activitatea de C&D are la bază atât cunoașterea cât mai aprofundată a necesităților beneficiarului, cât și „idei/soluții năstrușnice” sau, cu alte cuvinte, neconvenționale, bazate pe cercetări proprii sau pe aplicarea rezultatelor din domenii diferite sau conexe.

O altă modalitate o reprezintă valorificarea superioară a resurselor aflate la dispoziție, cu respectarea condițiilor (legislației) de mediu naționale sau internaționale. În acest sens, echiparea mașinilor unelte (sau a sistemelor/liniilor automate) cu mijloace de schimbare automată (comandată numeric) a sculelor (magazii de scule) sau a pieselor (palete sau mese rotative basculante) asigură nu numai creșterea productivității, ci și a calității prelucrării (piesei). Acest fapt se realizează atât prin controlul individual al sculei înainte de intrarea acesteia în șpan, cât și prin confirmarea (identificarea) acesteia și/sau a paletei port-piesă. Vreau să atrag atenția asupra faptului că aceste verificări se referă la:

  • corectitudinea (tip, dimensiuni etc.) obiectului ce urmează a fi utilizat (sculă sau paletă);
  • integritatea acestuia (lipsa deteriorărilor, valoarea reală a dimensiunilor raportate la valoarea de referință etc.);
  • corectitudinea poziției obiectului pe mașinaunealtă, conform programului de prelucrare.

Verificările se pot face prin palpare directă (mecano-electronică) sau optică, sau prin metode/mijloace de captare și de prelucrare în timp util a informațiilor referitoare la aceste componente ale procesului de prelucrare (vedere artificială). Continuarea procesului este posibilă doar după confirmarea coincidenței (în limitele abaterilor garantate) datelor măsurate cu cele specificate în programele de prelucrare.

4.4.1. Manipularea sculelor

În cadrul acestui subcapitol, cred că este util să prezint soluții de fixare a sculelor (fixe sau rotitoare) și sisteme de scule (fixe sau rotitoare). Vor fi prezentate și modalități de schimbare automată a sculelor. În scopul creșterii rigidității fixării sculei, atât la operațiile de frezare, cât și la cele de strunjire, pentru a mări precizia de prelucrare și a durabilității sculei, s-a dezvoltat o soluție de fixare a sculei pe două fețe (figura 20), pentru două tipuri de cozi de scule – pentru frezare (scule rotitoare) și pentru strunjire (scule fixe). În lucrarea [30] sunt prezentate diferite metode de asigurare a unei stabilități maxime a elementului executor, a unui ansamblu sau a unei mașini-unelte.

În cazul fixării sculei, o rezemare incorectă a acesteia conduce la vibrații în timpul așchierii, cu o întreagă serie de dezavantaje și efecte negative, care se referă la calitatea (rugozitatea) suprafeței prelucrate, la știrbirea sau chiar ruperea sculei așchietoare (plăcuței așchietoare) sau la mașina-unealtă (uzura prematură a unor componente) etc. [79.]

NOTĂ: „Calitatea” îmbinării (contactului) sculă – suport se poate verifica destul de ușor, folosind un dinamometru și un comparator sau împingând cu mâna în sculă (forța poate ajunge la cca 100 daN) și măsurând deformația elastică utilizând un comparator. O rigiditate satisfăcătoare începe de la o valoare minimă de 20 daN/μm. Dezvoltarea unor suprafețe de strângere speciale asigură cozilor de tip HSK ale sculelor fixarea în conurile arborilor principali cu bătăi radiale și axiale de max. 0,003 mm. Soluția asigură centrarea sculei atât pe coadă, cât și frontală. Există încercări de asigurare a strângerii sculei cu metode diferite (cu bile, prin expandare hidraulică [79]) sau prin fretare la cald, folosind o instalație specială [77]. În oricare variantă de fixare a sculei, furnizorul mașinii-unelte trebuie să-i prezinte beneficiarului ofertă (e) referitoare la accesorii pentru prereglarea sculelor (care să includă și facilități de identificare a unor parametri de către sistemele de identificare/citire a sculelor de pe mașina-unealtă).

Asigurarea unui număr suficient de scule pentru prelucrarea completă a unei piese sau a unor piese incluse în programul zilnic de prelucrare se poate realiza, în funcție de tipul mașinii-unelte, astfel:

  • FIGURA 22

  • FIGURA 23

1. La strunguri

a. Paralele (figura 22)

b. Carusel (figura 23),  folosind capete revolver, transferul din capul revolver în portsculă/culisă realizându-se cu mișcări și mecanisme corespunzătoare. În principiu, echipamentul de comandă numerică și sistemele auxiliare trebuie să confirme:

  • existența unei scule amplasate, deja, în sistemul de fixare sau lipsa ei din locașul respectiv;
  • identificarea sculei care urmează să fie schimbată (să așchieze în următoarea fază) și care trebuie să corespundă (prin identificarea informației inscripționate pe coada sculei sau a locașului din magazia de scule) sculei specificate în programul de prelucrare;
  • efectuarea blocării sculei în poziția programată (conform programului de prelucrare), inclusiv integritatea acesteia (prin palpare mecanică directă, cu forță controlată, sau prin prelucrarea imaginii, eventual 3D);
  • efectuarea deblocării, înainte de intrarea în funcțiune a mecanismului de extragere a sculei utilizate deja.

  • FIGURA 24

2. La mașini orizontale de alezare și de frezare se utilizează, în marea majoritate a cazurilor, o magazie de scule de tip disc (figura 24). Schimbarea sculei se poate face numai după confirmarea lipsei unei scule în arborele principal fie prin combinarea unor deplasări ale păpușii și ale magaziei de scule, fie folosind o mână mecanică. În alte situații (când sunt necesare foarte multe scule, fie pentru prelucrarea unor piese complexe, fie pentru asigurarea tuturor sculelor pentru o perioadă de prelucrare mai lungă – de exemplu trei schimburi sau mai multe), se poate utiliza o magazie cu sute de scule, a căror schimbare în sau din arborele mașinii-unelte se realizează cu un robot (manipulator) (figura 26).

Pot exista soluții speciale în ceea ce privește structura mașinii-unelte și prin folosirea unor sisteme multiple de scule (figura 25a, b, c). Rezultate maxime se obțin la folosirea unor sisteme complexe de scule și prin utilizarea unui arbore principal opus primului (sub-spindle). Soluția permite efectuarea simultană a mai multor operații, uneori chiar cu piesa fixată în ambii arbori principali [77].

Un pas necesar spre asigurarea funcționării fără operator uman este asigurarea unui număr suficient de scule, care să permită efectuarea tuturor operațiilor, pentru întregul program de prelucrare. Se oferă o magazie de scule specială cu o capacitate de până la 570 scule. Accesarea acestora (extragerea pentru transportul la mașina-unealtă și readucerea sculei utilizate în magazie) se realizează cu un manipulator (robot) cu 3 axe comandate numeric și o mână mecanică (figura 25d). Fără a se menționa acest lucru, „gestionarea” sculelor înseamnă și operațiile necesare măsurării valorilor reale ale parametrilor sculei (de obicei, diametru și lungime) și „dialog” între stația de măsurare și mașina-unealtă (eventual, prin intermediul cip-ului înglobat în structura sculei).

Pentru prelucrarea unor „materiale exotice” (de exemplu sticlă, materiale ceramice, pietre prețioase, aluminați etc.), se folosesc scule speciale, care înglobează actuatoare ultrasonice, iar mașina-unealtă are, la rândul ei, caracteristici speciale referitoare atât la sistemul arborelui principal, cât și în ceea ce privește mecanismele de avans, incluzând metode și mijloace de protecție contra particulelor abrazive [77].

  • FIGURA 26

Aminteam mai sus dezvoltarea unor scule speciale, care înglobează mecanisme speciale (bazate pe fenomene speciale). Există chiar în programul de fabricație al unor firme specializate în fabricația de scule sau pot fi realizate, la cerere, scule speciale pentru care se oferă și indicații speciale de utilizare (viteze de rotire sau de deplasare). Printr-o gândire „neconvențională”, s-au dezvoltat scule de înaltă performanță pentru îndepărtarea metalului. Unele firme dezvoltă scule cu care este posibilă prelucrarea unor metale sau a altor tipuri de materiale în multe aplicații mai rapid, mai economic și de o calitate superioară. O precondiție pentru aceasta este o abordare a provocării așchierii de precizie cu care se confruntă fiecare beneficiar: gândirea „neconvențională”, ca parte a concentrării firmei producătoare de scule asupra evoluției beneficiarului, este o rețetă de succes (figura 27).

  • FIGURA 27

Anticipând un capitol, cred că este de interes și prezentarea unor posibilități de administrare și de comandă a deplasărilor sculelor.

  • FIGURA 25 a, b, c

Machine Tool Management (MTM) este o soluție simplu de utilizat pentru administrarea sculelor, orientat spre necesități. Acesta este un software pentru managementul sculelor și al resurselor operaționale – cunoscut și ca Tool Data Management (TDM) – care verifică solicitările privind sculele pentru un anumit program de prelucrare față de sculele deja prezente la mașină. După ce programul de comandă numerică elaborează o listă de scule, MTM notează sculele prezente deja în magazia mașinii, elaborează necesitățile rămase și emite automat o listă de comandă. Apoi, sculele pot ajunge la mașină odată cu comanda de producție – reducând, astfel, timpii morți ai mașinii.

  • FIGURA 25d

MTM trebuie să știe care scule sunt, în mod normal, „în serviciu” pe mașină, imediat ce o comandă este terminată, software-ul indicând ce scule pot fi îndepărtate din mașină.

Resursele operaționale suplimentare, de exemplu echipamentul de fixare sau de măsurare, sunt incluse automat în lista de comandă a softwareului, presupunând că acestea au fost introduse în software-ul de bază TDM.

La mașini-unelte CNC standard s-a înlocuit programul CAM specific cu un software mult mai scump, dar care oferă caracteristicile necesare valorificării avantajelor prelucrării cu viteze mari. Acest program face posibilă prelucrarea cu viteze mari pentru că elimină variațiile bruște ale direcției de deplasare și diminuează deplasările jerk (derivata accelerației sau viteza de accelerare).

Programul are și alte avantaje: comandă o prelucrare și permite elaborarea, simultană, a altui program, precum și actualizarea automată la apariția unor modificări (de exemplu, corecții de scule) [77].

Dynamic Efficiency (HEIDENHAIN) – este un sistem care combină funcțiile de comandă, de creștere a performanțelor prin strategii de economisire a timpului. Astfel, funcția ACC (Active Chatter Control – Control Activ al Vibrațiilor) reduce tendința de intrare în trepidații, în timp ce AFC (Adaptive Feed Control – Comanda Adaptivă a Avansului) asigură, întotdeauna, avansul de prelucrare cel mai bun posibil (figura 28a). Accelerarea și decelerarea deplasărilor pe axele comandate numeric influențează precizia de prelucrare, în special în operații de conturare. Controlul activ al vibrațiilor la poziționarea/prelucrarea cu viteze de avans mari diminuează amplitudinea vibrațiilor, inclusiv la vârful sculei. Rezultă o calitate (rugozitate) mai bună a suprafeței prelucrate și o uzură mai mică a sculei [68].

Strategia trochoidal milling conduce la prelucrarea de degroșare eficientă a canalelor și buzunarelor și poate fi ușor utilizată ca un ciclu.

Fiecare funcție aduce avantaje, iar combinarea lor oferă avantaje și mai mari. De exemplu, se poate ajunge la creșterea volumului de așchii cu 20-25% [51]. La funcția SVC, prin care comenzile programului pentru controlul poziției vârfului sculei sunt citite în avans și se aplică automat compensarea pentru obținerea unui avans lin, în combinație cu funcția DDM (Direct Drive Motor – Motor cu Arborele Principal ca Arbore Motor), mașina oferă o calitate a suprafeței (rugozitate) mult îmbunătățită și un timp mai mic al ciclului de prelucrare (fără funcția SVC – în stânga figurii, și cu funcția SVC activată- în dreapta figurii) (figura 28b) [77].

  • FIGURA 28a

  • FIGURA 28b

Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.