Εργαλειομηχανές CNC. Εισαγωγή στις κατεργασίες

Transcript

1 Εισαγωγή Εισαγωγή στις κατεργασίες Κατεργασία H διαδικασία κατά την οποία εφαρμόζονται φορτίσεις μέσω συσκευών, μηχανών και εργαλείων, ώστε μία αρχική άμορφη μάζα υλικού να παραμορφωθεί πλαστικά και να προκύψει ένα τελικό τεμάχιο με συγκεκριμένες λειτουργικές ή/και αισθητικές ιδιότητες. Τύποι Μηχανουργικών Κατεργασιών (κατά DIN) Αφαίρεσης υλικού (τόρνευση, φρεζάρισμα κτλ.) Αρχικού σχηματισμού (χύτευση, κονιομεταλλουργία κτλ.) Διαμόρφωσης (κοίλανση, έλαση, σφυρηλάτηση κτλ.) Επιφανειακές (εναποθέσεις, σκληρύνσεις κτλ.) Σύνδεσης (συγκολλήσεις, ηλώσεις κτλ.) 1

2 Αριθμητικός έλεγχος -1 Αριθμητικός Έλεγχος (Numerical Control NC) είναι η χρήση ψηφιακών συστημάτων υπολογιστών για τον έλεγχο της λειτουργίας και καθοδήγηση των κινήσεων μηχανών. Πραγματοποιείται με χρήση υπολογιστή, που είναι ενσωματωμένος στην εργαλειομηχανή και καλείται Μονάδα Ελέγχου (MCU). Αριθμητικός έλεγχος -2 Χρησιμοποιεί αριθμητικές τιμές γιατηναναφοράστηθέσηκαι την κίνηση των αξόνων της μηχανής, για τον ορισμό εργαλείων, στροφών ατράκτου κλπ. ΟΑριθμητικόςΈλεγχος(NC) δίνει τη δυνατότητα στο χειριστή να «επικοινωνεί» με την εργαλειομηχανή και να την «καθοδηγεί» μέσω ενός κώδικα, δηλαδή μιας ακολουθίας γραμμάτων και αριθμών, που καλούνται «Εντολές». 2

3 Πλεονεκτήματα Επαναληψιμότητα Ακρίβεια κατεργασίας Μεγάλη παραγωγικότητα/ μικροί χρόνοι παραγωγής Αριθμητικός έλεγχος -3 Μειονεκτήματα Υψηλό κόστος κατασκευής, χρήσης και συντήρησης Πολυπλοκότητα Εισαγωγή στις εργαλειομηχανές CNC-1 Μια Εργαλειομηχανή CNC είναι μία εργαλειομηχανή (Ε/Μ) που λειτουργεί με τις αρχές του Αριθμητικού Ελέγχου. Τα αρχικά CNC προέρχονται από τα αρχικά των λέξεων: Computer (ή Computerized) Numerical Control (Αριθμητικός Έλεγχος με χρήση Η/Υ) Η εργαλειομηχανή (E/M), στην οποία παρεμβάλλεται ηλεκτρονικός υπολογιστής ανάμεσα στα μηχανικά μέρη της και τον χειριστή, ονομάζεται ψηφιακά καθοδηγούμενη εργαλειομηχανή (CNC). 3

4 Εισαγωγή στις εργαλειομηχανές CNC-2 Εργαλειομηχανή CNC: Είναι κάθε μηχανή που φέρει κινούμενα μέρη, μηχανισμούς, αισθητήρες και ηλεκτρονικά μέρη για την πραγματοποίηση και την παρακολούθηση κατεργασιών. Όλες οι λειτουργίες της E/M ελέγχονται και πραγματοποιούνται μέσω εντολών από τον Η/Υ. Σύμφωνα με: 1. Την ακρίβεια Κατηγοριοποίηση ΕΜ CNC-1 α. Συνήθους ακριβείας (10μm) β. Ακριβείας (1μm) γ. Υψηλής ακριβείας (0.1μm) δ. Υψίστης ακριβείας (<0.01μm) 2. Τον βαθμό αυτοματισμού α. Χαμηλούβαθμούαυτοματισμού. Πραγματοποιούνται μόνο οι κινήσεις των αξόνων και δεν φέρουν ελέγχους θέσης και ανάδραση στους αυτοματισμούς. β. Υψηλού βαθμού αυτοματισμού. Έλεγχος θέσεων και γενικότερης κατάστασης της ΕΜ μέσω αισθητήρων και εξελιγμένων συστημάτων αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ) με ανάδραση. 4

5 Κατηγοριοποίηση ΕΜ CNC-2 3. Το είδος της κατεργασίας Α. Τόρνοι Κέντρα Τόρνευσης Β. Φρέζες Κέντρα Κατεργασιών Γ. Κέντρα διάτρησης-απότμησης και κάμψης ελάσματος Δ. Ηλεκτροδιάβρωση (Electromagnetic Discharge Machine tool - EDM) E. Κέντρα κατεργασιών laser ΣΤ. Κέντρα κοπής με δέσμη ρευστού (νερού, ελαίου, νερού με κοπτικούς κόκκους κτλ.) ή με δέσμη ενέργειας (δέσμη plasma ή οξυακετυλενίου) Ζ. Εργαλειομηχανές Μέτρησης (Computer Measuring Machine tool - CMM) H. Μηχανές Ταχείας Προτυποποίησης (Rapid Prototyping ή 3D Printing) Α. Κέντρα τόρνευσης-1 Τα σύγχρονα κέντρα τόρνευσης περιλαμβάνουν: Άτρακτος οριζόντια ή κατακόρυφη. Οριζόντια ή κεκλιμένη κλίνη (για ευκολότερη πρόσβαση) Μία, δύο ή περισσότερες άτρακτοι (έως και 20) Ένα ή περισσότερα εργαλειοφορεία ( 8 θέσεις εργαλείων) Ταυτόχρονη κατεργασία εξωτερικών / εσωτερικών διαμέτρων/μετώπου Μειωμένος χρόνος παραμονής του τεμαχίου στη μηχανή. Εργαλεία φρέζας με αυτόνομη κίνηση σε συνδυασμό με ένα άξονα C στην κύρια άτρακτο πιθανά με στρεφόμενη κατά 90 κεφαλή ενδείκνυται για πολύπλοκα και σχετικά μικρά τεμάχια. αντί εργαλείων φρέζας χρησιμοποιείται και λειαντικός τροχός Προγραμματιζόμενος (ή μη) κεντροφορέας Μύλος εργαλείων για την διαχείριση εργαλείων μεταξύ εργαλειοφορείων Ειδικά τσόκ για μείωση των φυγόκεντρων δυνάμεων σε υψηλές rpm Καβαλέτα για λεπτά / μακριά τεμάχια 5

6 Α. Κέντρα τόρνευσης-2 Α. Κέντρα τόρνευσης-3 6

7 Β. Κέντρα κατεργασιών -1 Ευελιξία (δυνατότητα εκτέλεσης κατεργασιών φρέζας, φρεζοδραπάνου, δραπάνου και γραναζοκόπτη) Τύποι Οριζόντιας ατράκτου. Συνήθως τεσσάρων ή πέντε αξόνων. Κινούμενου εργαλείου κατά Χ,Υ Ζ, τεμαχίου περί Α ή και Β. Κατακόρυφης ατράκτου συνήθως τριών αξόνων. Κινούμενου τραπεζιού κατά Χ-Υ, κινούμενου εργαλείου κατά Ζ. Απλής ή πολλαπλών ατράκτων (για μεγάλες παρτίδες παραγωγής) Γέφυρας κινητής ή σταθερής Αριθμός αξόνων στις περισσότερες περιπτώσεις 3 γραμμικοί άξονες είναι αρκετοί, για ευκολότερη κατεργασία γλυπτών επιφανειών απαιτούνται 4 ή 5. σε μηχανές οριζόντιας ατράκτου σε μηχανές κατακόρυφης ατράκτου Β. Κέντρα κατεργασιών -2 Β. Φρέζες Κέντρα Κατεργασιών 7

8 Β. Κέντρα κατεργασιών -3 Τρόπος αποθήκευσης και αλλαγής εργαλείων σε μύλο. μορφή δίσκου, αλυσίδας, ή γραμμής θέσεων αποθήκευσης. μηχανικός βραχίονας αλλαγής εργαλείων. συστήματα μηχανικής ή και ηλεκτρονικής κωδικοποίησης εργαλείων. Τρόπος εναλλαγής κατεργαζόμενων τεμαχίων. απλή στήριξη στο τραπέζι με βάσεις L, V, τσοκ και σφιγκτήρες αυτοματοποίηση με τυποποιημένες παλέτες τοποθέτηση και απομάκρυνση τεμαχίων σε παλέτες offline. αναγνώριση παλετών βάσει οπτικών ή ηλεκτρονικών κωδικών. σε FMS (Ευέλικτα Συστήματα Κατεργασιών), συμπληρούμενα από ρομπότ κλπ. Β. Κέντρα κατεργασιών -4 8

9 Β. Κέντρα κατεργασιών -5 Γ. Κέντρα διάτρησης, απότμησης και κάμψης ελάσματος 9

10 Δ. Ηλεκτροδιάβρωση - EDM Ε. Κέντρα κατεργασιών laser 10

11 ΣΤ. Κέντρα κοπής με δέσμη ρευστού, ή δέσμη ενέργειας Ζ. Μηχανές μέτρησης συντεταγμένων (CMM) 11

12 H. Μηχανές ταχείας προτυποποίησης (Rapid Prototyping ή 3D Printing) Κύρια μέρη ΕΜ - CNC 12

13 I. Συμβατικός (με το χέρι), πραγματοποιείται : II. III. i. Βάσει του μηχανολογικού σχεδίου του τεμαχίου ii. Ενσωματώνοντας γνώσεις από την τεχνολογία της κατεργασίας iii. Χρησιμοποιείται ένα προκαθορισμένο φασεολόγιο Mε τηβοήθειαη/υ αλληλεπιδραστικά. i. Προετοιμασμένο φασεολόγιο και αντίστοιχες συνθήκες κατεργασίας, καθώς και ύπαρξη δισδιάστατου ή τρισδιάστατου σχεδίου του κατεργαζόμενου τεμαχίου για την δημιουργία κώδικα CNC. ii. Οι συντεταγμένες κινήσεων της Ε/Μ CNC βρίσκονται από μοντέλο του τεμαχίου σε σύστημα CAD. Πλήρως αυτόματα σε Η/Υ από λογισμικό τύπου CAM. i. Αυτόματη ανάλυση του τεμαχίου σε σειρά τυπικών γεωμετρικών μορφών και θέση των αντίστοιχων στρατηγικών κατεργασίας. ii. Τρόποι προγραμματισμού Ε/Μ - CNC Προϋπόθεση η καλή γνώση της κατεργασίας, της εργαλειομηχανής και των χρησιμοποιούμενων εργαλείων, ώστε να αποφευχθούν «λογικά» λάθη, τα οποία δεν μπορεί να κρίνει από μόνο του το λογισμικό. Διαφορές από συμβατικές εργαλειομηχανές Φιλοσοφία λειτουργίας Ακρίβεια και ποιότητα κατασκευής Στιβαρότητα και αντοχή Υποσυστήματα Χαρακτηριστικά Ε/Μ - CNC Πλεονεκτήματα Παραγωγή σύνθετης γεωμετρίας με υψηλή ακρίβεια και ποιότητα Επαναληψιμότητα Ελαχιστοποίηση νεκρών χρόνων Ευκολία προγραμματισμού Βελτίωση ασφάλειας εργασίας Μειονεκτήματα Μεγάλο κόστος κτήσης και συντήρησης Απαίτηση για εξειδικευμένο προσωπικό 13

14 Βασικές Εφαρμογές Αριθμητικού Ελέγχου Μηχανουργική Τεχνολογία - Κατεργασίες I. II. Μετρητικές μηχανές (CMM) III. Κατεργασίες με Ρομπότ IV. Αυτόματες Μεταφορικές Διατάξεις 2. Ρομπότ I. Βιομηχανικά Ρομπότ για Βασικές Εφαρμογές Αριθμητικού Ελέγχου - 2 i. Συγκολλήσεις ii. Βαφές iii. Εξυπηρέτηση αποθηκών iv. Αλλαγή εργαλείων και διαχείριση εργαλειοφορείων v. Συναρμολόγηση vi. Φόρτωση πρώτης ύλης απομάκρυνση κατεργασμένων τεμαχίων 14

15 2. Ρομπότ Βασικές Εφαρμογές Αριθμητικού Ελέγχου - 3 I. Σε επικίνδυνα περιβάλλοντα (τοξικά, διαχείριση εκρηκτικών υλών κτλ.) II. Για Διαστημικές εφαρμογές 3. Ιατρική Τεχνολογία Βασικές Εφαρμογές Αριθμητικού Ελέγχου Προσθετικά Μέλη 2. Εξυπηρέτηση χειρουργικών επεμβάσεων 3. Απεικόνιση (τομογράφοι κτλ.) 15