ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ Η/Υ ΓΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ Η/Υ ΓΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ

2 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στις κατεργασίες και τους αυτοματισμούς

3 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις παραγωγικές διαδικασίες χωρίζονται σε 4 κατηγορίες: Μέταλλα Κεραμικά Πολυμερή Συνθετικά υλικά (MMCs?, Foams?, Composites?) Ποια είναι η καταλληλότερη κατεργασία ανά υλικό και γιατί?

4 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών - Σημασία του CAM Χύτευση: Υλικό σε διάφορες φάσεις στερεοποιείται εντός ενός καλουπιού και παίρνει την αρνητική μορφή του Αφαίρεση υλικού: Ένα αρχικό αντικείμενο παίρνει την τελική του μορφή με αφαίρεση υλικού (π.χ. τόρνος ή φραίζα) Παραμόρφωση: Ένα αρχικό αντικείμενο παραμορφώνεται και παίρνει την τελική μορφή του Σύνδεση: Δύο ή περισσότερα εξαρτήματα συνενώνονται ή συναρμολογούνται και δημιουργούν ένα νέο εξάρτημα (π.χ. Συγκόλληση ή κοχλιοσύνδεση) Αλλαγής ιδιοτήτων υλικού: Αλλαγή των ιδιοτήτων του υλικού για την ικανοποίηση κατασκευαστικών προδιαγραφών (π.χ. βαφή) Πρόσθση υλικού: Το εξάρτημα σχηματίζεται προσθαίτοντας υλικό σε στρώσεις (RP) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα των Παραγωγικών διαδικασιών

5 1.1 Χύτευση - Σημασία του CAM Είδη χύτευσης και με τι κριτήρια επιλέγουμε (αμμοχύτευση, φυγοκεντρική, ημιστερεά) Κόστος χύτευσης (Κόστος καλουπιού, Παραγωγικότητα, Posttreatment, ανθρώπινος παράγοντας, κόστος σφάλματος) Ιδιότητες παραγόμενου τεμαχίου (Ατέλειες, επιφανειακή τραχύτητα, μηχανική αντοχή) Εφαρμογές (Ιατρική, αυτοκινητοβιομηχανία, έπιπλο, εξοπλισμός γραφείου, παιχνίδια) Περιορισμοί (θερμοκρασία τήξης)

6 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού- Σημασία του CAM 1. Ποια η διαφορά των μηχανικών διαμορφώσεων/κατεργασιών διαμόρφωσης? 2. Η χύτευση θεωρείτε μηχανική διαμόρφωση? Η συγκόλληση? 3. Ποιος ο ρόλος του ορίου διαρροής και ορίου θραύσης στις διαμορφώσεις αυτές? 4. Τι είδους υλικά θέλουμε (όλκιμα, ψαθυρά κτλ.)? 5. Πως μπορεί να ξεπεραστεί ο περιορισμός που προκύπτει από την μικρή «πλαστικότητα» των μετάλλων. Πλεονεκτήματα των μηχανικών διαμορφώσεων: Υψηλή παραγωγικότητα. Εξοικονόμηση πρώτης ύλης και Εξαιρετική ποιότητα επιφάνειας Μειονεκτήματα των μηχανικών διαμορφώσεων: Περιορισμοί που σχετίζονται με γεωμετρία & πάχη διατομών. Κόστος. Μικρή ακρίβεια διαστάσεων.

7 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού- Σημασία του CAM Η πρώτη ύλη για τις κατεργασίες μηχανικής διαμόρφωσης συνήθως είναι: Χάλυβας και χαλυβοκράματα Κράματα αλουμινίου Κράματα χαλκού Οι χάλυβες που είναι κατάλληλοι για έλαση, είναι αυτοί που έχουν άνθρακα κάτω του 0,8%, ενώ τα χαλυβοκράματα συνήθως διαμορφώνονται δυσκολότερα από τους ανθρακούχους χάλυβες (γιατί έχουν μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άνθρακα >2.5%). Αναλόγως με την πρώτη ύλη επιλέγουμε και το τύπο της διαμόρφωσης: εν θερμώ, όπου το υλικό θερμαίνεται μέχρι μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και μετά διαμορφώνεται ή εν ψυχρώ όπου το υλικό διαμορφώνεται, χωρίς προηγουμένως να θερμανθεί.

8 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού- Σημασία του CAM Τις διαμορφώσεις εν ψυχρώ τις χωρίζουμε σε: Ψαλιδισμός Απότμηση (Ποια η διαφορά τους?) Απλή αβαθής διαμόρφωση (αναφέρετε ένα παράδειγμα) Κάμψη Κυλίνδρωση Κοίλανση (αναφέρετε ένα παράδειγμα) Πλαστική διέλαση (ποια η διαφορά με την εξέλαση). Ο εξοπλισμός που απαιτείται για την εκτέλεση των παραπάνω εργασιών, είναι μηχανήματα όπως πρέσσες, ψαλίδες, μηχανές κάμψης (στράντζες), μηχανές κύρτωσης κ.λπ. Πλεονεκτήματα έναντί των εν θερμώ διαμορφώσεων Κατά τις εν ψυχρώ διαμορφώσεις δεν απαιτείται θέρμανση. Επιτυγχάνεται καλύτερο φινίρισμα επιφανείας (γιατί?). Επιτυγχάνεται ανώτερος διαστατικός έλεγχος (γιατί?). Έχουμε βελτίωση της αντοχής, της κόπωσης και των ιδιοτήτων φθοράς (γιατί?). Ελαττώνονται οι κατευθυντικές ιδιότητες (γιατί?).

9 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού- Σημασία του CAM Οι εν ψυχρώ όμως διαμορφώσεις παρουσιάζουν και ορισμένα μειονεκτήματα: Οι απαιτούμενες δυνάμεις για διαμόρφωση είναι μεγαλύτερες. Απαιτείται βαρύτερος και μεγαλύτερης ισχύος εξοπλισμός. Διατίθεται μικρότερη ολκιμότητα. Οι μεταλλικές επιφάνειες πρέπει να είναι καθαρές και απαλλαγμένες σκουριάς. Επέρχεται επιπονητική σκλήρωση (οπότε απαιτούνται ενδιάμεσες ανοπτήσεις). Οι μειωμένες κατευθυντικές ιδιότητες μπορεί να είναι καταστρεπτικές. Μπορεί να παραχθούν ανεπιθύμητες υπολειμματικές τάσεις (τι σημαίνει αυτό).

10 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Ψαλιδισμός Ψαλιδισμό ονομάζουμε την κοπή του ελάσματος σε ευθεία γραμμή, σε ειδικές μηχανικές ψαλίδες. Συνήθως η κλίση είναι α= Κλίση μεγαλύτερη των 15 ο δεν έχουμε για να αποφύγουμε ολίσθηση του ελάσματος Εξηγήστε την πορεία της δύναμης κατεργασίας P Στην α περίπτωση το έργο κοπής είναι: Ε = P SS 2 Έχουμε καθαρή διάτμηση άρα: P = l SS τ BB όπου SS : το πάχος του ελάσματος l : το μήκος κοπής τ BB : η διατμητική τάση θραύσης. Ε = SS2 2 l τ BB Μεταβάλλεται το έργο κοπής στην περίπτωση b? Ποιος ο λόγος να επιλέξουμε την δεύτερη διάταξη ψαλιδισμού?

11 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Ψαλιδισμός Στην β περίπτωση το έργο κοπής είναι: Ε = P h = P ll tan aa Επειδή λοιπόν τα δύο έργα είναι ίδια, έχουμε: P ll tan aa = SS2 2 l τ BB συνεπώς P = SS2 τ BB 2 tan aa

12 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Ψαλιδισμός Στην παρακάτω πλάγια όψη των μαχαιριών της ψαλίδας, φαίνεται η θέση τους σε σχέση με το έλασμα. Είναι προφανές ότι δημιουργείται μια ροπή Μ = Ρ x b Πως εξουδετερώνεται η ροπή αυτή? Ποιος ο ρόλος της απόστασης c? Η απόσταση C αυξάνει με το πάχος του ελάσματος. Για S 3 mm C = KK SS ττ BB Κ : έχει την τιμή 0,005 για καθαρές επιφάνειες σσ BB : η τάση θραύσης του υλικού σε εφελκυσμό. Μεγάλη σημασία έχει η καλή τρόχιση των μαχαιριών. Όσο μικρότερη είναι η γωνία ω τόσο μικρότερη είναι η απόσταση β και μεγαλύτερη η φθορά των μαχαιριών. Το ωφέλιμο μήκος μιας ψαλίδας κυμαίνεται από 1 έως 6 m.

13 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Ψαλιδισμός Άσκηση 1 Έλασμα από χάλυβα St 37-2 (όριο διαρροής: 237MPa και όριο θραύσης: 410MPa) Μήκους 1,2 m και πάχους 8 mm πρόκειται να κοπεί με μηχανική ψαλίδα. Υπολογίστε: Το έργο κοπής για παράλληλα μεταξύ τους μαχαίρια, Την εξοικονόμηση (ποσοστιαία) της δύναμης διαμόρφωσης εάν το άνω μαχαίρι εισχωρήσει στο έλασμα με κλίση 8 και 15 o σε σχέση με το κάτω μαχαίρι. Ποιο είναι το απαραίτητο αντέρεσμα ώστε να εξασφαλιστεί σωστή κατεργασία. Υπολογίστε το αντέρεισμα τόσο για παράλληλα μαχαίρια όσο και στην περίπτωση του άνω μαχαιριού με κλίση 15% (θεωρήστε ότι η κοπή γίνεται με ακμή και όχι επιφάνεια)

14 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Απότμηση (Punching) Απότμηση ονομάζουμε την κοπή ελάσματος κατά μια κλειστή ή μη κλειστή γραμμή. Η κοπή γίνεται από τα εργαλεία απότμησης (κοπτικά καλούπια). Τα κοπτικά καλούπια αποτελούνται από έμβολο και μήτρα και είναι χαλύβδινα και βαμμένα (σπάνια το έμβολο μπορεί να είναι άβαφο). Η απότμηση είναι καθαρή διάτμηση. Έτσι η δύναμη κοπής δίνεται από την εξίσωση: P = UU SS ττ BB Όπου: U : η περίμετρος κοπής σε mm S : το πάχος του ελάσματος σε mm ττ BB : η τάση διάτμησης σε Kp/mm 2. Στην πράξη για λόγους ασφαλείας, αντί του ττ BB παίρνουμε την τάση θραύσης σε εφελκισμό σσ BB (γιατί?).

15 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Απότμηση (Punching) Κατά την επιλογή της πρέσσας, θα πρέπει για λόγους ασφαλείας να παίρνουμε πρέσσα με 25% τουλάχιστο μεγαλύτερη ονομαστική δύναμη από την δύναμη κοπής που υπολογίσαμε. Πως μπορούμε να ελαττώσουμε την δύναμη απότμησης? Με λοξή διαμόρφωση της μετωπικής επιφάνειας. Έτσι έχουμε βαθμιαία και ομαλότερη κοπή. Πειραματικά βρέθηκε ότι η δύναμη κοπής Pλ με λοξή διαμόρφωση είναι: P λλ = (0,67 0,70) P Για να έχουμε σωστή απότμηση μεγάλη σημασία έχει η χάρη Χ μεταξύ εμβόλου και μήτρας (γιατί). Η τιμή της χάρης δίνεται σε σχέση με το πάχος του ελάσματος S από την: Χ 0,05*S.

16 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Απότμηση (Punching) Η καλή λείανση τόσο της παράπλευρης όσο κυρίως όμως της μετωπικής επιφάνειας έχει μεγάλη σημασία. Το έργο απότμησης δίνεται από την εξίσωση Ε = P S CC όπου: CC : συντελεστής με τιμές από 0,5 έως 0,6. Συνήθως το απότμημα πέφτει προς τα κάτω και απομακρύνεται. Μερικές φορές όμως είναι ανάγκη να γίνει εξαγωγή του από πάνω, οπότε απαιτείται δύναμη εξόλκευσης. Η δύναμη αυτή υπολογίζεται εμπειρικά: για S < 1 mm Ρεξ = 0,1 P για 1 < S < 5 mm Ρεξ = (0,12 0,15) P για S > 5 Ρεξ = (0,15 0,2) P Γιατί μεταβάλλεται η δύναμη εξόλκευσης? Η διαμόρφωση του κόστους του προϊόντος επηρεάζεται από το βαθμό χρησιμοποίησης υλικού, που δίνεται από την εξίσωση: ε = Αωω όπου: Αuu Αωω : είναι το εμβαδόν της πρώτης ύλης που εκμεταλλευόμαστε (το απότμημα?) Αuu : το συνολικό εμβαδόν της πρώτης ύλης

17 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Κάμψη κατά V Η διαμόρφωση αυτή γίνεται στις λεγόμενες στράντζες (μηχανές κάμψης) με μήκος που κυμαίνεται από 1 έως 6 μέτρα. Η δύναμη κάμψης P δίνεται από την εξίσωση: P = ll σ BB SS 2 2 c όπου l : το ολικό μήκος κάμψης και C : σταθερά με τιμές από 4/3 έως 5/3 Αν η κάθοδος του μαχαιριού προχωρήσει τόσο, ώστε να έχουμε σε επαφή τόσο το Μαχαίρι όσο και το Υλικό αλλά και την Μήτρα, τότε η δύναμη κάμψης αυξάνεται απότομα και γίνεται P = (2 3) P.

18 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Κάμψη κατά U όπου 2 2l : το ολικό μήκος κάμψης Η δύναμη αυτή είναι μικρότερη ή μεγαλύτερη της κάμψης κατά V? Η δύναμη κάμψης P δίνεται από την εξίσωση: P κ = 2ll σ BB S Η δύναμη εξόλκευσης Ρ εξ είναι: Ρ εξ = (0,2 0,3) Ρ κ ενώ το έργο κάμψης E = (n x P κ + Ρ εξ ) x h κ όπου: h κ είναι ενεργός διαδρομή = (3 4) S και η : σταθερά που ισούται με= 2/3 Ποιοι παράμετροι πρέπει να συντρέχουν ώστε μια απότμηση να μετατραπεί σε κάμψη? Απουσία Αντερίσματος, δύναμη μικρότερη της δύναμης απότμησης και μεγάλη χάρη!

19 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Κάμψη κατά U Άσκηση 2 Έλασμα από χάλυβα με όριο διαρροής: 237MPa και όριο θραύσης: 410MPa πάχους 3 mm και διαστάσεων 40 x 40 mm πρόκειται να υποβληθεί σε διαμόρφωσης αποκοπής σε τελική διάσταση 40 x 20 mm. Υπολογίστε: a) Την ελάχιστη δύναμη που απαιτείτε να ασκηθεί και ποια η απαραίτητη χάρη μεταξύ μήτρας και εμβόλου. b) Την μεταβολή της δύναμης αποκοπής αν η τελική διάσταση ήταν 20 x 20 mm. c) Αν η δύναμη που θα ασκηθεί είναι κατά 30% μικρότερη της δύναμης που υπολογίσατε στο σημείο a, επαρκεί η δύναμη αυτή για να προκαλέσει κάμψη του ελάσματος κατά U? Ποια είναι η μέγηστη πτώση δύναμης που αρκεί για την διαμόρφωση του σημείου c? d) Ποια θα πρέπει να είναι η ελάχιστη χάρη στην περίπτωση c?

20 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Βαθειά κοίλανση ονομάζουμε την διαμόρφωση ενός επίπεδου ελάσματος σε κοίλο ή την σε μεγαλύτερο βαθμό κοίλανση προκοιλαθέντος τεμαχίου με την βοήθεια εμβόλου και μήτρας (διαμορφωτικό καλούπι). Κατά την βαθειά κοίλανση δεν έχουμε αξιόλογη μεταβολή του πάχους του ελάσματος και απαιτείται η ύπαρξη συγκράτησης. Γιατί να προκοιλάνουμε κάποιο έλασμα?

21 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Η βαθειά κοίλανση είναι η κυριότερη εργασία από τις διαμορφώσεις εν ψυχρώ και έχει την ευρύτερη εφαρμογή. Ταυτόχρονα είναι και η δυσκολότερη από όλες τις μηχανικές διαμορφώσεις. Η δυσκολία της οφείλεται κυρίως στην μελέτη και κατασκευή των αναγκαίων εργαλείων (διαμορφωτικών καλουπιών). ππ DD 2 4 = ππ dd2 4 + π d h Συνεπώς D = dd 2 + 4ddd Παρόλο που δεχόμαστε ότι δεν συμβαίνει μεταβολή πάχους και η επιφάνεια του κοίλου τεμαχίου ισούται με την επιφάνεια του αναπτύγματος γνωρίζουμε ότι: h > DD dd καθώς στην πραγματικότητα το υλικό υφίσταται εφελκυστική διέλαση κατά μήκος των ακτινών της φλάντζας και συμπίεση κατά την κάθετο. 2

22 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Για την κατασκευή των καλουπιών απαιτείται μελέτη, εργασία, πείρα, και διαίσθηση. Από μια σωστή διαδικασία βαθειάς κοίλανσης απαιτούμε: Διαμόρφωση σε όσο το δυνατόν λιγότερες φάσεις (γιατί?) και καλούπια). Αποφυγή ενδιάμεσων ανοπτήσεων Ομοιόμορφη καταπόνηση του υλικού. Οικονομία υλικού. Αποφυγή πτυχώσεων. Η κοίλανση καταπονεί το υλικό και επιφέρει σκλήρυνση. Συνέπεια αυτού είναι σε μια επόμενη φάση το υλικό να σπάσει. Γι αυτό απαιτείται ανόπτηση. Αυτή είναι ανεπιθύμητη γιατί το κόστος της είναι περίπου ίσο με το κόστος τριών κοιλάνσεων.

23 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Μέγεθος που χαρακτηρίζει την κοίλανση είναι ο λόγος κοίλανσης β και ο συντελεστής κοίλανσης m=1/β. Όταν σε μια μόνο φάση εξαντληθεί η δυνατότητα βαθυτέρας κοίλανσης, χωρίς να υποστεί ρωγμή το υλικό, τότε ο αντίστοιχος λόγος β λέγεται οριακός λόγος κοίλανσης και συμβολίζεται με β 0. Το β 0 μας δίνει το λόγο του αναπτύγματος προς την διάμετρο του βαθύτερου προϊόντος κοίλανσης. Γενικά ο λόγος κοίλανσης για την πρώτη φάση είναι μεγαλύτερος από τους αντίστοιχους των επομένων φάσεων. Για β 0 μικρότερο 1,2 η κοίλανση θεωρείται αντιοικονομική. Παράγοντες που επηρεάζουν την τιμή του β είναι: Το είδος του υλικού (φορτίο θραύσης, σκληρότητα κ.λπ.). Η ποιότητα της επιφάνειας. Η φορά έλασης του υλικού. Ο λόγος της διαμέτρου του εμβόλου προς το πάχος του ελάσματος (d/s). Οι τριβές υλικού-μήτρας. Η καμπυλότητα του εμβόλου και της μήτρας.

24 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Α = Υλικό πολύ βαθειάς κοίλανσης Β = Υλικό κοίλανσης

25 1.1 Παραμόρφωση και Αφαίρεση υλικού - Βαθειά Κοίλανση Η δύναμη κοίλανσης υπολογίζεται από την εξίσωση: P = UU SS σσ BB Χρ όπου: U : η περίμετρος του δακτύλιου κοίλανσης (μήτρας) S : το πάχος του ελάσματος σ Β : το φορτίο θραύσης σε Kp/mm2 Χ ρ : σταθερά που εξαρτάται από το λόγο κοίλανσης και λαμβάνεται από πίνακες

26 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Η σύνδεση υλικών σε μια κατασκευή μπορεί να γίνει με συγκόλληση, ήλωση, κοχλίωση, κόλληση. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η σύνδεση δύο εξαρτημάτων και με τις τρείς μεθόδουςκαιγίνεται άμεσαφανερή ηαπλότητα τηςσύνδεσης μεσυγκόλληση.

27 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Οι συγκολλήσεις κατέχουν σήμερα την πρώτη θέση στις μηχανολογικές κατασκευές. Μερικά από τα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης έναντι των άλλων µεθόδων: Δημιουργεί συνδέσεις αντοχής. Η σύνδεση είναι µικρότερου βάρους (ελαφρότερη). Δημιουργεί συνδέσεις που έχουν καλή εμφάνιση. Το κόστος της σύνδεσης, συνήθως, είναι πολύ µικρότερο σε σύγκριση µε τις άλλες µεθόδους. Στις σύγχρονες βιομηχανικές εγκαταστάσεις συγκόλλησης, οι διαδικασίες των συγκολλήσεων γίνονται αυτόματα, µε ροµποτισµό. Έτσι μειώνεται περεταίρω το κόστος παραγωγής, ενώ προκύπτει άριστη ποιότητα. Αν αυτοματοποιηθεί είναι γρηγορότερη μέθοδος.

28 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Υπάρχουν όμως πολλές περιπτώσεις που δεν είναι δυνατή η εφαρμογή της συγκόλλησης. Τέτοιεςπεριπτώσεις μπορεί ναείναι: Δημιουργεί συνδέσειςαντοχής. Η σύνδεση κοµµατιών τα οποία θα πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να αποσυναρμολογούνται (λυόµενες κατασκευές). Όταν οι συνδέσεις είναι τέτοιες, ώστε ηεφαρµογή της συγκόλλησης να απαιτεί ειδικές εγκαταστάσεις καιτηναγορά συσκευώνµεγάλου κόστους. Περιορισμοί υλικού, γενικά, η συγκόλληση προϋποθέτει µεταλλικά τεµάχια από το ίδιο ή από παρεµφερές υλικό. Έτσι, σε περιπτώσεις σύνδεσης ελασµάτων από διαφορετικό υλικό (π.χ. σίδηρο µε αλουµίνιο), δεν µπορεί να εφαρµοστεί η συγκόλληση.

29 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Συγκόλληση τήξης (αυτογενείς/ετερογενείς) Με την τήξη και των δύο µεταλλικών κοµµατιών στη θέση της συγκόλλησης. Σ αυτήν την περίπτωση τα προς συγκόλληση µεταλλικά τεµάχια θα πρέπει να είναι από το ίδιο µέταλλο ή από κράµα της ίδιας ή παρόµοιας χηµικής σύστασης. Με την τήξη των δύο µεταλλικών κοµµατιών στη θέση συγκόλλησης και την ταυτόχρονη τήξη ενός τρίτου υλικού που το ονοµάζουµε συγκολλητικό ή κόλληση. Η κόλληση έχει την ίδια/ παρόµοια χηµική σύσταση µε τα κοµµάτια που θέλουµε να συγκολλήσουµε. Με τήξη µόνο της κόλλησης. Η κόλληση είναι από υλικό εντελώς διαφορετικό από τα υλικό των µεταλλικών κοµµατιών που θα συγκολληθούν και έχει πάντα θερµοκρασία τήξης µικρότερη από τη θερµοκρασία τήξης των συγκολλούµενων κοµµατιών. Τα κοµµάτια που θα συγκολληθούν µε αυτή τη µέθοδο, µπορεί να είναι από το ίδιο είδος µετάλλου ή από διαφορετικό µέταλλο.

30 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Αυτογενείς συγκολλήσεις Στις αυτογενείς συγκολλήσεις, η σύνδεση των κοµµατιών και κόλλησης πραγµατοποιείται με εσωτερική κρυσταλλική σύνδεσή τους και συνεπώς προκύπτει µία ισχυρή σύνδεση (γίνονται δηλαδή «ένα σώµα»). Οι θερµοκρασίες που απαιτούνται για τις αυτογενείς συγκολλήσεις είναι συνήθως υψηλές και εξαρτώνται από το είδος των µετάλλων που θα συγκολληθούν. Ενδεικτικά: Χάλυβας: C Χυτοσίδηρος: C Χαλκός: 1083 C Μπρούντζος: 900 C Ορείχαλκος: C Άργυρος: 960 C Κασσίτερος: 230 C

31 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Αυτογενείς συγκολλήσεις Για να επιτύχουµε τόσο υψηλές θερµοκρασίες τήξης, θα πρέπει να διαθέτουµε ισχυρές πηγές θερµότητας π.χ. από την καύση αερίου, είτε µε χρήση ηλεκτρικής ενέργειας. Η συνηθέστερη πηγή θερµότητας στις αυτογενείς συγκολλήσεις είναι η καύση ασετιλίνης παρουσία καθαρού οξυγόνου (οξυγονοσυγκόλληση). Στις περιπτώσεις που για τις απαιτούµενες θερµοκρασίες συγκόλλησης επαρκεί ηλεκτρική πηγή, οι συγκολλήσεις ονοµάζονται ηλεκτρο-συγκολλήσεις και οι συσκευές µε τις οποίες πραγµατοποιούνται ονοµάζονται συσκευές ηλεκτροσυγκόλλησης.

32 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Ετερογενείς συγκολλήσεις Η κόλληση είναι πάντα διαφορετικής χηµικής σύστασης από το υλικό των κοµµατιών που θα συγκολληθούν και σε θερµοκρασία αρκετά χαµηλότερη από τη θερµοκρασία τήξης του υλικού. Στην περιοχή της συγκόλλησης δηµιουργείται ένα κράµα από στοιχεία της κόλλησης και των µεταλλικών κοµµατιών. Όταν το κράµα αυτό στερεοποιηθεί, πραγµατοποιείται κρυσταλλική σύνδεση των κοµµατιών, µε αποτέλεσµα τη συγκόλλησή τους. Η σύνδεση των κοµµατιών στις ετερογενείς κολλήσεις ενισχύεται και από τη διείσδυση της ρευστής κόλλησης µέσα στους πόρους των επιφανειών συγκόλλησης, δηµιουργώντας, έτσι, ένα είδος αγκίστρωσης στην επιφάνεια των µεταλλικών κοµµατιών. Για τον λόγο αυτό, οι προς συγκόλληση επιφάνειες θα πρέπει να είναι σχολαστικά καθαρές.

33 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Συγκόλληση πίεσης Οι συγκολλήσεις πίεσης διακρίνονται σε: Ψυχρές συγκολλήσεις Συγκολλήσεις τριβής Καµινοσυγκολλήσεις Ηλεκτροσυγκολλήσεις αντίστασης

34 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Συγκόλληση πίεσης Οι συγκολλήσεις πίεσης πραγµατοποιούνται µε ταυτόχρονη θέρµανση της θέσης συγκόλλησης των δύο κοµµατιών σε θερµοκρασία µικρότερη από τη θερµοκρασία τήξης τους και µε εφαρµογή ισχυρής πίεσης στη θέση της συγκόλλησης. Η θερµοκρασία και η πίεση που απαιτεί µία συγκόλληση πίεσης εξαρτάται από το είδος των µετάλλων που θα συγκολληθούν. Στις συγκολλήσεις πίεσης δεν απαιτείται συγκολλητικό υλικό (κόλληση). Με τη θέρµανση των µετάλλων που θα συγκολληθούν και την εξάσκηση ισχυρής πίεσης, τα µέταλλα έρχονται σε πολύ στενή επαφή µεταξύ τους και τα µόρια του ενός εισχωρούν στα µόρια του άλλου, δηµιουρ-γώντας, έτσι, την κρυσταλλική σύνδεση των

35 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Ζώνη επηρεαζόµενη θερµικά (ΖΕΘ) Κατά τη διαδικασία της συγκόλλησης δη-µιουργείται ανάµεσα στα µεταλλικά κοµµάτια που θέλουµε να συγκολλήσουµε µία κρυσταλλική σύνδεση. ΖΕΘ ονοµάζεται το συγγολιτό τμήμα του νέου τεμαχίου που περιλαµβάνει τη συγκόλληση (ραφή) µαζί µε τις γειτονικές περιοχές των συνδεοµένων κοµµατιών, οι οποίες δέχονται την επίδραση της θερµοκρασίας που αναπτύσσεται κατά τη συγκόλληση.

36 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Για λόγους εποπτείας και απλότητας, ο χαρακτηρισμός των συγκολλήσεων γίνεται με τη βοήθεια ειδικών συμβόλων (συμβολική παράσταση βάση ISO (E) ή AWS), τα οποία πρέπει ναείναιτελείως ευδιάκριτα. Βάση AWS

37 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις

38 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Εκτός από τα βασικά σύμβολα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και συνδυασμοί βασικών συμβόλων και να προκύψουν έτσι σύνθετα σύμβολα. Ενδεικτικά αναφέρονται τα παρακάτω:

39 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Με τα παρακάτω συμπληρωματικά σύμβολα μπορεί να περιγραφεί η μορφή της επιφάνειας των ραφών συγκολλήσεων. Η μορφή της επιφάνειας που προδιαγράφουν τα σύμβολα, μπορεί να επιτευχθεί και με μεταγενέστερη κατεργασία. Η καταχώρηση των συμπληρωματικών αυτώνσυμβόλων δενείναι υποχρεωτική.

40 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Για να παρασταθεί συμβολικά μια συγκόλληση χρησιμοποιείται το παρακάτω σύμβολο αναφοράς. Το σύμβολο αναφοράς αποτελείται από την οριζόντια γραμμή αναφοράς και την ενδεικτική γραμμή (μεκατεύθυνσηπροςτηνπεριοχή τηςσυγκολλήσεως). Οι πρόσθετες πληροφορίες αφορούν: τη μέθοδο συγκολλήσεως, την κατηγορία αξιολογήσεως, την τοποθέτηση τη στιγμή της συγκολλήσεως και πρόσθετα ή βοηθητικά υλικά.

41 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Σε ραφές συγκολλήσεων διακρίνονται η πλευρά αναφοράς, που βρίσκεται το υλικό της συγκολλήσεως (και κατευθύνεται το βέλος της ενδεικτικής γραμμής) και η απέναντι πλευρά της συγκολλήσεως. Το σύμβολο της συγκολλήσεως τοποθετείται πάνω από τη γραμμή αναφοράς εάν το βέλος της ενδεικτικής γραμμής δείχνει την πλευρά αναφοράς και κάτω από τη γραμμή ανδείχνει τηναπέναντι πλευρά.

42 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις

43 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις

44 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Προδιαμόρφωση ελασμάτων για μετωπικές συγκολλήσεις

45 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Προδιαμόρφωση ελασμάτων για μετωπικές συγκολλήσεις

46 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Προδιαμόρφωση ελασμάτων για συγκολλήσεις τύπου Τ

47 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Προδιαμόρφωση ελασμάτων για γωνιακές συγκολλήσεις

48 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Περιμετρικές συγκολλήσεις

49 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Τοποθέτηση διαστάσεων σε συγκολλήσεις

50 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Τοποθέτηση διαστάσεων σε συγκολλήσεις

51 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Τοποθέτηση διαστάσεων σε διακοπτόμενες συγκολλήσεις

52 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Παραδείγματα παραστάσεων συγκολλήσεων

53 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Δυο ελάσματα πάχους h, συγκολλημένα σε μήκος L, με υλικό συγκόλλησης ορίου ροής S y, που εφελκύονται με δύναμη P. Αν το πάχος της συγκόλλησης είναι h, τότε η αναπτυσσόμενη στο υλικό της συγκόλλησης εφελκυστική τάση είναι σ και η εξίσωση σχεδιασμού της συγκόλλησης είναι: Πλήρως συγ/μένων ελασμάτων: σ = ΡΡ hll Μερικώς συγ/μένων ελασμάτων: σ = ΡΡ (h 1 + h 2 )LL

54 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Οι ίδιοι τύποι ισχύουν και στη περίπτωση κολλήσεων Τ: Πλήρως συγ/μένων ελασμάτων: σ = ΡΡ hll Μερικώς συγ/μένων ελασμάτων: σ = ΡΡ (h 1 + h 2 )LL

55 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Μια συγκόλληση επικάλυψης, φέρει δύο ραφές L1 και L2, και καταπονείτε σε διάτμηση από μια δύναμη P. Το φαινόμενο πάχος της συγκόλλησης είναι h ενώ η παραλαμβάνουσα τη δύναμη διατομή βρίσκεται σε γωνία 45 ο και έχει πάχος 0.707h, όπως προκύπτει από τη γεωμετρία

56 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Τότε η αναπτυσσόμενη διατμητική τάση του υλικού της συγκόλλησης θα είναι τ, και θα δίνεται από τη σχέση: ττ = 1,414ΡΡ h(ll 1 + LL 2 ) όπου Ssy είναι το όριο διαρροής του υλικού. Αυτό προϋποθέτει ότι η δύναμη θα διέρχεται από το κέντρο επιφάνειας της συγκόλλησης Κ, ώστε να μη προκαλεί έκκεντρη φόρτιση. Δηλαδή θα ισχύει s 1 + s 2 = w, και s 1 /s 2 = L 2 /L 1.

57 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Όταν δύο συμμετρικές ραφές παραλαμβάνουν με διάτμηση την δύναμη Ρ και τη μοιράζουν εξ ίσου στα δύο συνδεδεμένα ελάσματα. Τότε η διατμητική τάση των συγκολλήσεων τ είναι: ττ = 0,707ΡΡ hll

58 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Τι συμβαίνει όταν τα πάχη των ελασμάτων και των συγκολλήσεων είναι διαφορετικά, π.χ. h1 και h2? ττ = 1,414ΡΡ LL(h 1 + h 2 ) Πως μεταβάλλεται ο τύπος αν και οι δύο πλάκες έχουν το ίδιο πάχος h1 = h2 = h? Τι συμβαίνει αν η δύναμη μεταφερθεί στην διεπιφάνεια των πλακών?

59 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζονται δύο ελάσματα πάχους h, συγκολλημένα σε μήκος L, με υλικό συγκόλλησης ορίου ροής Sy, που κάμπτονται με ροπή Μb. Αν το πάχος της συγκόλλησης είναι α = h, τότε η αναπτυσσόμενη στο υλικό μέγιστη καμπτική τάση είναι σb και υπολογίζεται ως εξής: σσ bb = MM bb II yy mmmmmm= MM bb (LLh 3 /12) h 2 = 6MM bb LLh 2

60 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Αν η συγκόλληση έχει τη μορφή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, τότε η μέγιστη καμπτική τάση υπολογίζεται ίση με: σσ bb = MM bb II yy mmmmmm όπου II = LLLL3 - LL(tt 2h) άρα σσ bb = 3ttMM bb hll (3tt 2 6ttt + 4h 2 )

61 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Αν η συγκόλληση έχει τη μορφή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, τότε η μέγιστη καμπτική τάση υπολογίζεται ίση με: σσ bb = MM bb II yy mmmmmm= MM bb (LLh 3 /12) h 2 = 6MM bb LLh 2

62 1.1 Μέθοδοι κατεργασίας των υλικών Συγκολλήσεις Ομοίως, αν η συγκόλληση έχει τη μορφή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, τότε η μέγιστη καμπτική τάση υπολογίζεται ίση με: σσ bb = MM bb II yy mmmmmm όπου II = LLLL3 - LL(tt 2h) άρα σσ bb = 3ttMM bb hll (3tt 2 6ttt + 4h 2 )

63 1.2 Διεργασίες αφαίρεσης υλικού Διαθέσιμοι τρόποι αφαίρεσης υλικού. Μηχανικός: Κοπτικό εργαλείο συγκεκριμένης μορφής, εισχωρεί αφαιρώντας υλικό από ένα αντικείμενο Χημικός: Διάβρωση από χημικές αντιδράσεις με τη χρήση οξέων και αλκαλικών διαλυμάτων αφαιρείται μικρή ποσότητα υλικού με διάσπαση των ατομικών δεσμών του υλικού Ηλεκτροχημικός: Mε την παρουσία ηλεκτρικού ρεύματος μέσω σε υγρό περιβάλλον πραγματοποιείται ηλεκτρόλυση. Θερμικός: Με τη χρήση θερμικής πηγής, αφαιρείται υλικό σε συγκεκριμένο σημείο (λειώνοντας ή εξατμίζοντας) Ακρίβεια Κόστος (λειτουργικό & εξοπλισμού) Παραγωγικότητα- Ενδεικνυόμενα υλικά

64 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες α) κατεργασίες που χρησιμοποιούν εργαλεία με συγκεκριμένη γεωμετρία κοπτικής ακμής - Διεργασία Τόρνευσης (turning) - Διεργασία Διάτρησης (drilling) - Διεργασία βαθίας διάτρησης (deep hole drilling) - Διεργασία φρεζαρίσματος (milling) - Διεργασία πλανίσματος (planning) β) κατεργασίες που χρησιμοποιούν εργαλεία με ακανόνιστη κοπτική ακμή - Διεργασία γυαλίσματος (honing) - Διεργασία λείανσης με λειαντικό τροχό (grinding) - Διεργασία λείανσης με λειαντικό μείγμα (lapping)

65 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Τόρνευση: Διεργασία αφαίρεσης υλικού με περιστροφή του τεμαχίου Η τόρνευση χωρίζεται σε κατηγορίες σύμφωνα με: - Το σχήμα του κοπτικού - Την τοποθέτηση του κοτπικού ως προς το τεμάχιο εντός του χώρου εργασίας - Την τροχιά του κοπτικού κατά την κοπή (διαμίκης, εγκάρσια, κωνική, περιγραμματική) - Την πρόωση (ξεχόνδρισμα, τελειώματος ή αποπεράτωσης, σπειρωτόμησης)

66 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Ενδεικτικές κατεργασίες τορναρίσματος σε CAM Turning Operation Drilling Operation Face Turning Operation Threading Operation

67 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Ενδεικτικές κατεργασίες τορναρίσματος σε CAM Cutoff Operation Angled Grooving Operation Simultaneous Turning Operation

68 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Φρεζάρισμα: Διεργασία αφαίρεσης υλικού με περιστροφή του κοπτικού και ταυτόχρονη κίνησή του πάνω σε προκαθορισμένη τροχιά Το φρεζάρισμα χωρίζεται σε κατηγορίες σύμφωνα με: - Το σχήμα και το είδος του κοπτικού - Την τοποθέτηση του κοτπικού ως προς το τεμάχιο (περιμετρικά, μετωπικά) - Την τροχιά του κοπτικού κατά την κοπή (Βαθμοί ελευθερίας) - Την πρόωση (ξεχόνδρισμα, τελειώματος ή αποπεράτωσης, σπειρωτόμησης)

69 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Ενδεικτικές κατεργασίες φρεζαρίσματος σε CAM Face Milling Operation Pocket Operation Slot Operation Profile Operation

70 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Ενδεικτικές κατεργασίες φρεζαρίσματος σε CAM T-Slot Operation Drilling Operation

71 1.2.1 Μηχανική αφαίρεση υλικού-συμβατικές κατεργασίες Ενδεικτικές κατεργασίες φρεζαρίσματος σε CAM Contour 3D Operation Thread Milling Operation

72 1.2.2 Μη συμβατικές κατεργασίες Οι μη συμβατικές κατεργασίες βασίζονται στην αφαίρεση υλικού με τους υπόλοιπους τρόπους (χημικός, ηλεκτροχημικός και θερμικός) Χρησιμοποιούνται στις παρακάτω περιπτώσεις: - Σε υλικά με σκληρότητα μεγαλύτερη από 400ΗΒ, ή εύθραυστα υλικά - Σε εξαρτήματα εύκαμπτα ή λεπτά - Όταν απαιτείται εξαιρετικά δύσκολη γεωμετρία - Όταν απαιτείται καλύτερη επιφανειακή ποιότητα ή διαστατική αρκίβεια από τις συμβατικές μεθόδους - Όταν η άνοδος της θερμοκρασίας ή οι επιφανειακές τάσεις είναι ανεπιθύμητες

73 1.3 Αυτοματισμοί για την ολοκλήρωση της βιομηχανικής παραγωγής-cim Η εφαρμογή συστημάτων CIM (Computer integrated manufacturing) στην παραγωγική διαδικασία έχει σκοπό: - Την αύξηση της παραγωγικότητας των συστημάτων παραγωγής, και τη μείωση το χρόνου παραγωγής ενός προϊόντος - Την αύξηση της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων και της ομοιομορφίας τους - Τη μείωση του κόστους παραγωγής και - Την αύξηση της ευελιξίας των παραγωγικών συστημάτων σε πιθανές βλάβες των μηχανών αλλά και την αύξηση της ευελιξίας του συστήματος παραγωγής σε ενδεχόμενη αλλαγή του σχεδίου του προϊόντος

74 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-αριθμητικός έλεγχος Συστήματα αριθμητικού ελέγχου και εργαλειομηχανές: Αριθμητικός έλεγχος (Numerical Control-NC): Είναι μια μέθοδος αυτόματου ελέγχου, που χρησιμοποιεί κώδικα για να κινήσεις αυτόματα το κοπτικό εργαλείο ή την τράπεζα εργασίας ή κάποια άλλη αριθμητικά ελεγχόμενη συσκευή της εργαλειομηχανής Εργαλειομηχάνή NC: είναι η αριθμητικά ελεγχόμενη εργαλειομηχανή. Αποτελείται από τη μονάδα ελέγχου MCU (Machine Control Unit) και την κονσόλα ελέγχου. Τα δεδομένα του τεχνολογικού προγράμματος πληκτρολογούνται απευθείας ή διαβάζονται από διάτρητες καρτέλες - από μαγνητικές ταινίες.

75 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-αριθμητικός έλεγχος Συστήματα αριθμητικού ελέγχου και εργαλειομηχανές 2/3: Αριθμητικός έλεγχος με υπολογιστή (Computer Numerical Control- CNC): εξέλιξη του αριθμητικού ελέγχου NC Εργαλειομηχανή CNC (Computer Numerical Control-CNC): Η μονάδα ελέγχου MCU αντικαθίσταται από Η/Υ. Η εργαλειομηχανή ενσωματώνει αυτοματισμούς όπως η αυτόματη τροφοδοσία του υλικού, η αυτόματη εναλλαγή των κοπτικών εργαλείων. Δυνατότητα προσομοίωσης της κατεργασίας.

76 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-αριθμητικός έλεγχος Συστήματα αριθμητικού ελέγχου και εργαλειομηχανές 3/3: Άμεσος αριθμητικός έλεγχος (Direct-Distributed Numerical Control- DNC): Είναι αριθμητικός έλεγχος που εφαρμόζεται από έναν κεντρικό υπολογιστή, ο οποίος μπορεί να ελέγχει μέσω δικτύου περισσότερες από μια εργαλειομηχανές Εργαλειομηχανή DNC : Είναι οι εργαλειομηχανές που ελέγχονται από έναν κεντρικό υπολογιστή. Τα τεχνολογικά προγράμματα εισάγονται σε μια ή περισσότερες μηχανές NC ή CNC. Το πρόγραμμα μπορεί να «φορτωθεί» ολόκληρο στην μονάδα ελέγχου της εργαλειομηχανής (distributed) είτε πρόταση-πρόταση (direct).

77 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-αριθμητικός έλεγχος Όλες οι προαναφερθείσες εργαλειομηχανές, λόγω της ψηφιακής καθοδήγησης τους, ονομάζονται εργαλειομηχανές ψηφιακής καθοδήγησης

78 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-προσαρμοστικός έλεγχος Προσαρμοστικός έλεγχος (Adaptive Control AC): οι παράμετροι της κατεργασίας ρυθμίζονται αυτόματα για τη βελτιστοποίηση της κατεργασίας, τη μείωση του χρόνου παραγωγής και τη μείωση του κόστους παραγωγής Πως επιτυγχάνεται: Μεγέθη όπως οι δυνάμεις κοπής, οι αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες, η επιφανειακή ποιότητα και οι διαστάσεις του τεμαχίου παρακολουθούνται με σταθερή συχνότητα. Αν οι τιμές τους βγουν εκτός των επιτρεπτών ορίων το σύστημα προσαρμόζει τις παραμέτρους εργασίας (π.χ. την πρόωση, το βάθος κοπής, κλπ), ώστε να επανέλθουν εντός των επιτρεπτών ορίων Απαιτεί: Συστήματα παρακολούθησης (monitoring systems), βάσεις δεδομένων συνθηκών κατεργασίας συναρτήσει υλικών

79 1.3.1 Συστήματα ελέγχου των εργαλειομηχανών-συστήματα μεταφοράς των υλικών-βιομηχανικά ρομπότ Βιομηχανικά ρομποτ: Αναλαμβάνουν διαδικασίες βαρετές και επικίνδυνες αντί του ανθρώπου μειώνοντας τα λάθη, σταθεροποιώτας την ποιότητα των προϊόντων και βελτιώνουν την παραγωγικότητα των συστημάτων παραγωγής. Χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε διαδικασίες συναρμολόγησης και συγκόλησης

80 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Τεχνολογικό πρόγραμμα: Περιέχει τις πληροφορίες για την κατεργασία ενός ολοκληρωμένου εξαρτήματος. Οι πληροφορίες είναι δομημένες σε προτάσεις (Blocks). Οι πρωτάσεις περιέχουν εντολέςλέξεις Πρόγραμμα επεξεργασίας τεχνολογικών προγραμμάτων (Editor): Πρόγραμμα για τη δημιουργία, τροποποίηση, αποθήκευση και αποστολή των τεχνολογικών προγραμμάτων στις CNC.

81 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Προγραμματισμός CNCμε κώδικες G: Τύπος προγράμματος που χρησιμοποιεί κωδικοποιημένες εντολές. Το πρώτο γράμμα των εντολών συνήθως ξεκινά με το γράμμα G, αλλά μπορεί να χρησιμοποιούνται και άλλα γράμματα

82 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Προγραμματισμός CNC με άλλους κώδικες: Εκτός από τον κώδικα G, αναπτύχθηκαν και άλλες γλώσσες προγραμματισμού με γνωστότερη την Heindenhain. Σε αυτή τη γλώσσα οι κώδικες αντικαθίστανται με λέξεις.

83 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Σχεδιασμός με σύστημα CAD (Computer-aided design CAD): επιτρέπει στο σχεδιαστή-μηχανικό ενός νέου προϊόντας να το οπτικοποιήσει, δημιουργόντας τρισδιάστατα σχέδια σε ηλεκτρονική μορφή. Τα σχέδια μπορούν να τροποποιηθούν και να επεξεργαστούν στη συνέχεια από συστήματα CAM, CAE, RP

84 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Συστήματα προσομοίωσης CAE (Computer-aided engineering CAE): επιτρέπει στο σχεδιαστή-μηχανικό ενός νέου προϊόντας να προσομοιώσει τη θερμομηχανική συμπεριφορά των προϊόντων, χρησιμοποιόντας μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Method, FEM) για τον υπολογισμό των τάσεων, των θερμοκρασιών και των παραμορφώσεων που αναπτύσσονται πάνω στο μοντέλο υπό διαφορετικές συνθήκες καταπόνησης.

85 1.3.2 Τεχνολογία των υπολογιστών Κατασκευή με σύστημα CAM (Computer-aided manufacturing): επιτρέπει στο σχεδιαστή-μηχανικό ενός νέου προϊόντας να προσομοιώσει την κατεργασία ενός εξαρτήματος στον υπολογιστή, δημιουργώντας ψηφιακά δεδομένα την κίνηση του κοπτικού εργαλείου, ενώ έχει και τη δυνατότητα αυτόματης παραγωγής δεδομένων CLDATA και κώδικα καθοδήγησης των CNC και των βιομηχανικών ρομπότ.

86 Κεφάλαια 2-5 Τεχνολογία ψηφιακής καθοδήγησης και Κώδικας κατεργασίες

87 Κεφάλαιο 2: Τεχνολογία ψηφιακής καθοδήγησης 2.4 Αλγόριθμοι ψηφιακού ελέγχου Προσέγγιση τροχιάς κοπτικού εργαλείου: Προσεγγίστηκε αρχικά με ευθύγραμμες κινήσεις και τοξοειδείς στο επίπεδο, μέσω των αλγορίθμων ψηφιακού ελέγχου, ενώ αργότερα έγινε δυνατή η προσέγγιση οποιαδήποτε τροχιάς στον τρισδιάστατο χώρο

88 Κεφάλαιο 2: Τεχνολογία ψηφιακής καθοδήγησης 2.4 Αλγόριθμος ευθύγραμμης παρεμβολής Αλγόριθμος ευθύγραμμης παρεμβολής: Αντιστοιχεί στην εντολή G01 και κινεί το κοπτικό ή την τράπεζα εργασίας πάνω σε μια οποιαδήποτε ευθεία. Η κίνηση του κοπτικού γίνεται με βηματικούς κινητήρες. Βηματικός κινητήρας: Ενεργοποιείται με παλμούς. Ένας παλμός ανάλογα με την ακρίβεια της εργαλειομηχανής, μπορεί να επιφέρει μετακίνηση στον αντίστοιχο άξονα της τάξεως των 0,001-0,002 mm. Κίνηση άξονα: Κάθε άξονας κίνησης καθοδηγείται από δικό του βηματικό κινητήρα Κίνηση σε ευθεία στο επίεπδο: Εάν η ευθεία κίνηση του κοπτικού δεν είναι παράλληλη με κάποιον από τους κύριους άξονες, τότε αυτή γίνεται ακολουθιακά και κάθε σταδιακή μετακίνηση γίνεται είτε στο Χ, είτε στον Υ άξονα, με αποτέλεσμα τα ενδιάμεσα σημεία του κοπτικού να μην βρίσκονται πάντα πάνω στην ευθεία. Προσοχή, αποφεύγουμε την ταυτόχρονη μετακίνηση σε 3 άξονες.

89 Κεφάλαιο 2: Τεχνολογία ψηφιακής καθοδήγησης 2.6 Βαθμοί ελευθερίας (βε) ΕΨΚ Βαθμός ελευθερίας: Κάθε άξονας κίνησης ή περιστροφής του κοπτικού εργαλείου ή της τράπεζας της μηχανής παίρνει κίνηση από ένα βηματικό κινητήρα και αποτελεί έναν κύριο άξονα κίνησης. Κάθε άξονας κίνησης ή περιστροφής θεωρείται ένας βαθμός ελευθερίας Μέγιστος αριθμός βαθμών ελευθερίας ΕΨΚ: 12 (6 κοπτικού εργαλείου, 6 τράπεζας μηχανής) Τριαξονική εργαλειομηχανή: Ταυτόχρονη κίνηση και στους τρεις άξονες (Χ,Υ,Ζ) 2μιση βαθμών ελευθερίας εργαλειομηχανή: Δεν μπορεί να κινηθεί ταυτόχρονα στον άξονα Ζ

90 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.1 Ορισμός αξόνων κίνησης Κύριοι άξονες κίνησης: X, Y, Z σύμφωνα με το Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Z Y X

91 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.1 Ορισμός αξόνων κίνησης Κύριοι άξονες κίνησης: Για τους άξονες X, Y, Z ισχύει ο κανόνας του δεξιού χεριού.

92 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.1 Ορισμός αξόνων κίνησης Ορισμός αξόνων σε κατακόρυφη φρέζα και δράπανο:

93 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.1 Ορισμός αξόνων κίνησης Ορισμός αξόνων σε οριζόντιο τόρνο:

94 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.3 Επίπεδα κατεργασίας Επίπεδα κατεργασίας: Καθορίζονται σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα

95 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.4 Συστήματα συντεταγμένων Συστήματα συντεταγμένων: Χρησιμοποιούνται για τον καθορισμού της θέσης του κοπτικού εργαλείου μέσα στο χώρου εργασίας Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων (ΚΣΣ): Το σημείο A στο επίπεδο ορίζεται με την τετμημένη Χ και την τεταγμένη Υ, ενώ στο χώρο απαιτείται και η συντεταγμένη Ζ Πολικό σύστημα συντεταγμένων (ΠΣΣ): Το σημείο Α στο επίεπδο ορίζεται με την πολική ακτίνα (R), και την πολική γωνία (ω), ενώ στο χώρο απαιτείται και η πολική γωνία (θ)

96 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.5 Μέθοδοι τοποθέτησης κοπτικού εργαλείου στο χώρο εργασίας Απόλυτη τοποθέτηση (Absolute positioning, AP): Οι τιμές των συντεταγμένων στο σύστημα αυτό, ορίζονται με απόλυτη τιμή βάση του σημείου αναφοράς (μηδενικού σημείου αξόνων κίνησης) Σχετική ή προσαυξητική τοποθέτηση (Incremental positioning, IP): Οι τιμές των συντεταγμένων στο σύστημα αυτό, ορίζονται βάσει του αμέσως προηγούμενου σημείου

97 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.6 Σημεία αναφοράς Μηδενικό σημείο της μηχανής (Μ): Η αρχή του συστήματος συντεταγμένων του χώρου εργασίας της ΕΨΚ. Καταχωρείται σε σχετικό αρχείο της μονάδας ελέγζου (MCU)

98 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.6 Σημεία αναφοράς Μηδενικό σημείο του κοπτικού (R): Η αρχή του συστήματος συντεταγμένων της κοπτικής ακμής του κοπτήρα. Το σημείο R, επαναπροσδιορίζεται πριν από κάθε νέα κατασκευή εξαρτήματος. Σχετίζεται με το σημείο M μέσω της διαδικασίας μηδενισμού του εργαλειοφορείου

99 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.6 Σημεία αναφοράς Μηδενικό σημείο τεμαχίου (W): Ορίζεται κατά περίπτωση και κατά την κρίση του προγραμματιστή. Βάση αυτού συντάσσεται το πρόγραμμα κατεργασίας. Σχετίζεται με το σημείο (R) κατά τη διαδικασία ισοστάθμισης του μηδενικού κοπτικού εργαλείου

100 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.7 Εργαλειοφορείς-Συστήματα εναλλαγής κοπτικών Οι διαφορές που υπάρχουν στον τρόπο συγκράτησης και εναλλαγής των κοπτικών, σε διαφορετικούς τύπους εργαλειομηχανών, επέβαλαν την καθιέρωση των συστημάτων κοπτικών εργαλείων Δυνατότητες CNC (ως προς το κοπτικό εργαλείο): Ορισμός του επιπέδου κατεργασίας Προγραμματισμένης εναλλαγής των κοπτικών Κωδικοποίησης της θέσης του κάθε κοπτικού στο αυτόματο εργαλειοφορείο Αρχειοθέτηση των κοπτικών στην μονάδα ελέγχου της CNC Στη μονάδα ελέγχου της εργαλειομηχανής καταχωρούνται: Το βασικό (μηδενικό) εργαλείο και η θέση του στο εργαλειοφορείο Η θέση των υπολοίπων εργαλείων στο εργαλειοφορείο Οι διαστάσεις του κοπτικού Οι διαφορές των μηκών των εργαλείων από το μηδενικό Η θέση ως προς τους άξονες κίνησης

101 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.7 Εργαλειοφορείς-Συστήματα εναλλαγής κοπτικών Περιστρεφόμενοι εργαλειοφορείς τόρνου α) ακτινικής διάταξης, β) αξονικής διάταξης

102 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.8 Ισοστάθμιση εργαλείου (Tool Offset) Ισοστάθμιση εργαλείου: Η μετατόπιση της κοπτικής ακμής του εργαλείου από το μηδενικό σημείο (R), στο μηδενικό σημείο του τεμαχίου (W) Με τη διαδικασία αυτή στην ουσία μετατοπίζεται το σύστημα συντεταγμένων της CNC στο σημείο αναφοράς του τεμαχίου, ώστε να είναι ευκολότερος ο προγραμματισμός των κινήσεων του εργαλείου

103 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.8 Ισοστάθμιση εργαλείου (Tool Offset) Κατηγορίες ισοστάθμισης: Γεωμετρική ισοστάθμιση: Η ισοστάθμιση του εργαλείου όταν τοποθετείται για πρώτη φορά στο εργαλειοφορείο και η φθορά του είναι μηδενική Ισοστάθμιση φθοράς: Ισοστάθμιση της φθοράς του εργαλείου

104 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.8 Ισοστάθμιση εργαλείου (Tool Offset) Όταν το εργαλειοφορείο φέρει περισσότερα του ενός εργαλεία, τότε η ισοστάθμιση θα πρέπει να εκτελεστεί για όλα τα εργαλεία διαδοχικά Με ισοστάθμιση Χωρίς ισοστάθμιση

105 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές 3.10 Αντιστάθμιση ακτίνας του κοπτικού (tool nose compensation) Αντιστάθμιση: Διαδικασία διόρθωσης της τροχιάς του κοπτικού εργαλείου λόγω της θέσης του ως προς το τεμάχιο. Η ενεργοποίηση της αντιστάθμισης γίνεται με την εντολή G41 (το κοπτικό μετατοπίζεται αριστερά του προφίλ καθώς κινείται), G42 (το κοπτικό μετατοπίζεται δεξιά του προφίλ καθώς κινείται), G43 (θετική αντιστάθμιση) και G44 (αρνητική αντιστάθμιση) Σημείο κοπής το κέντρο του μετώπου του κονδυλιού. Η αντιστάθμιση του εργαλείου μετατοπίζει το σημείο κοπής αριστερά ή δεξιά του προφίλ του τεμαχίου κατά απόσταση ίση με την ακτίνα του μετώπου του κονδυλίου. Με την εισαγωγή μίας από τις τέσσερις αντισταθμίσεις, αυτή παραμένει σε ισχύ μέχρι να ακυρωθεί με την εντολή G40 ή να αντικατασταθεί με άλλη.

106 Κεφάλαιο 3: Κανονισμοί στις εργαλειομηχανές Αντιστάθμιση κοπτικού τόρνου Α. Τοποθέτηση κοπτικού στη θέση 0 Η ενεργοποίηση της αντιστάθμισης έχει σαν αποτέλεσμα τη μετατόπιση του μηδενικού σημείου του τεμαχίου (W) κατά απόσταση (r) εφαπτομενικά του τόξου της κοπτικής ακμής Χωρίς αντιστάθμιση Με αντιστάθμιση

107 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης 5.5 Βασικές έννοιες & δομή προγραμμάτων NC Ένα πρόγραμμα ψηφιακής καθοδήγησης NC, αποτελείται από προτάσεις (μπλοκ) ή/και εντολές (λέξεις - εντολές). Μια ομάδα εντολών που ανήκει στην ίδια γραμμή ονομάζεται πρόταση. Στην πρόταση οι εντολές ορίζονται διαδοχικά. αριθμός πρότασης κωδικοποιημένη εντολή συντεταγμένες πρόωση περιστροφή ατράκτου επιλογή εργαλείου Διάφορες λειτουργίες N50 G90 G01 X1.40Y2.25 F10 S1500 T01 M03

108 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης Αλληλουχία πρότασεων Τόρνος (κινείτε το τεμάχιο) 1. Τύπος Συντεταγμένων (Σχετικές ή απόλυτες) 2. Μονάδες μέτρησης πρόωσης 3. Επιλογή εργαλείου 4. Κίνηση στο μηδενικό σημείο του τεμαχίου 5. Περιστροφή ατράκτου (Δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) και ορισμός στρ./min 6. Πρόγραμμα Κατεργασίας 7. Απομάκρυνση εργαλείου 8. Τέλος Προγράμματος

109 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης Αλληλουχία πρότασεων Φρέζα (κινείτε το εργαλείο) 1. Τύπος Συντεταγμένων (Σχετικές ή απόλυτες) 2. Μονάδες μέτρησης πρόωσης 3. Επιλογή εργαλείου 4. Αντιστάθμιση 5. Κίνηση στο μηδενικό σημείο του τεμαχίου 6. Περιστροφή ατράκτου (Δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) και ορισμός στρ./min 7. Πρόγραμμα Κατεργασίας 8. Απομάκρυνση εργαλείου 9. Τέλος Προγράμματος

110 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης Επιλογή εργαλείου - Τ Η επιλογή του εργαλείου γίνεται με την εντολή Τ. Αυτή συντάσσεται με δύο διψήφιους αριθμούς: Ο πρώτος δηλώνει τη θέση του κοπτικού στο εργαλειοφορείο (Προσοχή, δεν μπορεί 2 εργαλεία να έχουν ίδιο τον πρώτο αριθμό!) και ενεργοποιεί τη γεωμετρική ισοστάθμιση. Ο δεύτερος ενεργοποιεί την ισοστάθμιση φθοράς (Αν υπάρχει μόνον ένας διψήφιος αριθμός τότε θεωρείτε ότι το εργαλείο δεν έχει φθορά).

111 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης Επιλογή εργαλείου - Τ Παράδειγμα Η επιλογή του κοπτικού στη θέση 1 του εργαλειοφορείου με ταυτόχρονη ενεργοποίηση της γεωμετρικής ισοστάθμισης και της ισοστάθμισης φθοράς γίνεται με την εντολή: - Τ 01 01

112 Κεφάλαιο 5: Τόρνος ψηφιακής καθοδήγησης Επιλογή εργαλείου - Τ Διαδικασία γεωμετρικής ισοστάθμισης Τα εργαλεία που είναι τοποθετημένα σε εργαλειοφορεία πολλών θέσεων χρειάζονται ισοστάθμιση. Η διαδικασία ισοστάθμισης των εργαλείων σε εργαλειοφορείο ακτινικό πολλών κοπτ ικών (revolver) γίνεται αρχικά για το βασικό εργαλείο (basic tool offset) και στη συνέχεια για τα υπόλοιπα εργαλεία. Η ισοστάθμιση του κάθε εργαλείου γίνεται διαδοχικά, πρώτα στον άξονα Χ και μετά στον άξονα Ζ, ή και αντιστρόφως.