ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
STROJNÍCKA FAKULTA
KATEDRA AUTOMATIZÁCIE A VÝROBNÝCH SYSTÉMOV
DIPLOMOVÁ PRÁCA
VSPRM /302 -2009
ROMAN CHVOJKA
Analytický list
Fakulta: Strojnícka fakulta
Katedra: Katedra automatizácie a výrobných systémov
Vedúci DP: Prof. Dr. Ing. Ivan Kuric
Diplomová práca za rok: 2008/2009
1. Meno a priezvisko: Roman Chvojka
2. Názov práce: Analýza vplyvu na presnosť obrobkov pomocou zariadenia
Ballbar QC10
3.
Počet strán: 58
Počet obrázkov: 29
Počet tabuliek: 3
Počet grafov: 0
Počet príloh: 1
Počet použ.lit.: 14
4. Heslá (kľúčové slová): Ballbar QC10, Talyrond 73, meranie presnosti, priama
a nepriama metóda merania
5. Anotácia:
Diplomová práca sa zaoberá problematikou presnosti obrobkov. Analyzuje vplyv
rezných podmienok na presnosť obrobkov, ktoré sa obrábali na CNC obrábacom stroji.
V diplomovej práci sa navrhla metodika vyhodnotenia vplyvu rezných podmienok na
presnosť obrobkov pomocou priamej a nepriamej metódy. Priama meracia metóda sa
vyhodnotila pomocou meracieho zariadenia Ballbar QC 10 a nepriama metóda merania
sa vyhodnotila pomocou vzoriek na meracom zariadení Talyrond 73.
6. Resume:
Thesis daels with the accuracy of the workpieces. It analyzes the impact of cutting
conditions on the accuracy of the workpieces to be machining of CNC machine tools. In
the thesis, the proposed impact assessment methodology of cutting conditions on the
accuracy of the workpieces, using direct and indirect methods. Direct measurement
method was evaluated using a measuring device Ballbar QC 10 and the indirect
measurement method is evaluated using the samples for measuring devices Talyrond
73.
Abstrakt v SJ
Diplomová práca sa zaoberá problematikou presnosti obrobkov. Analyzuje vplyv
rezných podmienok na presnosť obrobkov, ktoré sa obrábali na CNC obrábacom stroji.
V diplomovej práci sa navrhla metodika vyhodnotenia vplyvu rezných podmienok na
presnosť obrobkov pomocou priamej a nepriamej metódy. Priama meracia metóda sa
vyhodnotila pomocou meracieho zariadenia Ballbar QC 10 a nepriama metóda merania
sa vyhodnotila pomocou vzoriek na meracom zariadení Talyrond 73.
Abstrakt v AJ
Thesis daels with the accuracy of the workpieces. It analyzes the impact of cutting
conditions on the accuracy of the workpieces to be machining of CNC machine tools. In
the thesis, the proposed impact assessment methodology of cutting conditions on the
accuracy of the workpieces, using direct and indirect methods. Direct measurement
method was evaluated using a measuring device Ballbar QC 10 and the indirect
measurement method is evaluated using the samples for measuring devices Talyrond
73.
Čestné vyhlásenie
Vyhlasujem, že som diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod odborným
vedením vedúceho diplomovej práce Prof. Dr. Ing. Ivanom Kuricom a s použitím
odbornej literatúry uvedenej v práci.
V Žiline, dňa:
..........................................
vlastnoručný podpis
Poďakovanie
Chcel by som sa poďakovať vedúcemu diplomovej práce Prof. Dr. Ing. Ivanovi
Kuricovi a konzultantovi doc. Dr. Ing. Miroslavovi Neslušanovi za cenné rady a pomoc
pri riešení diplomovej práce. Osobitné poďakovanie patrí doc. Ing. Stanislavovi
Turekovi Phd. za správne nasmerovanie a odborné pripomienky pri riešení praktickej
časti diplomovej práce.
Obsah
Úvod ................................................................................................................................. 5
1 Presnosť ..................................................................................................................... 7
1.1
Presnosť a nepresnosť ........................................................................................... 7
1.2
Meranie presnosti .................................................................................................. 9
1.2.1
Základy merania........................................................................................... 10
1.2.2
Chyby merania ............................................................................................. 10
1.3
Meracie prostriedky............................................................................................. 11
1.4
Odchýlka kruhovitosti ......................................................................................... 15
2 Konštrukcia a prevedenie obrábacieho stroja...................................................... 18
2.1
Hlavné časti obrábacieho stroja........................................................................... 18
2.1.1
Pohony ......................................................................................................... 20
2.1.2
Vedenia ........................................................................................................ 20
2.1.3
Vretená obrábacích strojov .......................................................................... 22
3 Presnosť obrábacieho stroja .................................................................................. 23
3.1
Metodika zisťovania presnosti obrábacieho stroja .............................................. 24
3.2
Parametre presnosti obrábacieho stroja ............................................................... 26
3.3
Meracie metódy ................................................................................................... 27
3.4
Príčiny vzniku nepresnosti obrábacieho stroja ................................................ 29
3.4.1
Nepresnosti vyplývajúce zo stavu stroja, nástrojov a prípravkov................ 30
4 Vplyv rezných podmienok na presnosť výroby ................................................... 32
4.1
Tuhosť technologickej sústavy............................................................................ 32
4.2
Nepresnosti dané podmienkami práce................................................................. 33
4.2.1
Vplyv poddajnosti sústavy stroj – nástroj – obrobok................................... 34
5 Návrh metodiky na analýzu nepresnosti............................................................... 35
5.1
Opis experimentálneho zariadenia ...................................................................... 35
6 Experimentálna časť............................................................................................... 41
6.1
Príprava vzoriek................................................................................................... 41
6.2
Popis merania ...................................................................................................... 41
6.3
Priama metóda merania ....................................................................................... 42
6.4
Nepriama metóda merania................................................................................... 44
6.4.1
Meranie zložiek síl pôsobiacich na obrobok v čeľustiach zveráka.............. 45
6.5
Vyhodnotenie priamej metódy merania .............................................................. 48
6.6
Vyhodnotenie nepriamej metódy merania........................................................... 50
Záver .............................................................................................................................. 56
Zoznam použitej literatúry .......................................................................................... 57
Prílohy............................................................................................................................ 58
Strojnícka fakulta
KAVS
Zoznam symbolov a skratiek
∆p
odchýlka polohy
(mm)
∆t
odchýlka tvaru
(mm)
Rmax
drsnosť povrchu
(µm)
∆f
odchýlka rozmeru
(mm)
Msi
skutočný rozmer
(mm)
Mm
menovitý rozmer
(mm)
F1
sila čeľusti pôsobiaca na obrobok
(N)
F2
sila čeľusti pôsobiaca na obrobok
(N)
Fx
zložka sily F v smere osi x
(N)
Fy
zložka sily F v smere osi y
(N)
Fz
zložka sily F v smere osi z
(N)
∆z
odchýlka kruhovitosti
(μm)
zp
maximálny výstupok
(μm)
zv
maximálne priehlbeniny
(μm)
φv
uhol maximálnej priehlbeniny
O
ovál
NC
číslicovo riadený obrábací stroj
(-)
CNC
počítačom riadený obrábací stroj
(-)
ISO
medzinárodná technická norma
(-)
STN
slovenská technická norma
(-)
DIN
nemecká technická norma
(-)
ASME
norma pre kontrolu strojov
(-)
UNMS SR
úrad pre normalizáciu, metrológiu a skúšobníctvo SR
(-)
K1, K2, K3
triedy presnosti v poradí podľa vzrastajúcej presnosti
(-)
HSC
vysoko rýchlostne obrábanie
(-)
(°)
(μm)
8
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Úvod
Kvalita výrobkov stále viac vstupuje do popredia a stáva sa jedným z veľmi
diskutovaných a riešených problémov. Charakteristickým rysom súčasného technického
rozvoja strojárskych výrobkov je jeho neustále urýchľovanie. Je to dané neustále sa
diferencujúcimi potrebami odberateľov. Na strane druhej rastie produkcia a súčasne s
tým sa zvyšujú nároky na kvalitu výrobkov a presnosť strojov. Zatiaľ čo skôr
rozhodovala predajná cena, dnes rozhoduje stále viac kvalita výrobkov. Výrazne sa tiež
prejavuje zvyšovanie nákladov na kvalitu, ku ktorým počítame náklady na nepodarky,
prípadne ich opravu, reklamáciu zákazníkov, náklady na skúšanie a kontrolu.
Základom technického pokroku v rôznych odvetviach ľudskej činnosti je vysoká
úroveň strojárskej výroby. Jej zdokonaľovanie, zefektívňovanie a rast kvality produkcie
sú úzko späté s progresom v stavbe obrábacích strojov. Mechanické obrábanie patrí vo
svete stále medzi najrozšírenejšie strojárske technológie a celosvetový trend,
charakterizovaný vo vyspelých krajinách presýtením trhu výrobkami, výrazne
uprednostňuje technológiu mechanického obrábania
založenú na CNC - riadiacej
technike a pružnej automatizácii ako vysoko pružnú adaptabilnú technológiu, schopnú
rýchlo reagovať na inovačné zmeny vyplývajúce s požiadaviek trhu. [7]
Spomedzi mnohých ukazovateľov technickej úrovne obrábacích strojov má
prioritné postavenie ich pracovná presnosť. Aby mohla obrobená súčiastka plniť tie
funkcie, na ktoré je určená, aby mohla byť bez problémov automaticky montovaná do
nadradených funkčných členov a pod., môže sa jej skutočný tvar, povrch a rozmery líšiť
od ideálneho tvaru, povrchu a rozmerov (ktoré sú definované výkresom súčiastky) len
po určité hranice, zistené ako uspokojivé pre plnenie požadovaných funkcií.
Presnosť obrábania a tým aj presnosť obrobku je ovplyvnená celým radom
nepresností a odchýlok vznikajúcich v nosnom systéme stroja (pružné a tepelné
deformácie telies nosného systému, stykové deformácie v pohyblivých i nepohyblivých
spojeniach), v pohonoch jednotlivých výkonných členov, v riadiacom systéme,
v odmeriavacích systémoch, na nástroji, prípravku i samotnom obrobku.
Neustály rast požiadaviek na kvalitu produkcie, ale aj kvalitu obrobkov vedie
k tomu aby sa stále zdokonaľovali technológie obrábania, ale aj samotné obrábacie
stroje čo má za následok, že obrábacie stroje sú stále zložitejšie a dokonalejšie
mechatronické systémy, ktoré však zároveň rýchlejšie podliehajú morálnemu
5
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
opotrebovaniu, než stroje dávnejšie vyrobené. Konštruktéri obrábacích strojov pri
tvorbe nového stroja musia v pomerne krátkom časovom intervale hľadať optimálne
technické riešenie ako pre obrábací stroj v celku, tak i pre jeho jednotlivé funkčné celky
ich charakteristiky a vzájomnú koreláciu Presnosť obrábania spolu s výrobnosťou
určujú kvalitu produkcie a efektívnosť strojárskej výroby. Preto otázky zvyšovania
presnosti i výrobnosti vždy stoja v popredí záujmu konštruktérov obrábacích strojov. [7]
V tejto diplomovej práci sa zameriame na vplyv rezných podmienok na presnosť
obrobkov, pretože rezné podmienky výrazne ovplyvňujú presnosť obrábania a tým aj
presnosť obrobenej súčiastky. Vplyv rezných podmienok
budeme hodnotiť na
meracom zariadení od firmy RENISHAW a vzorky na meracom TALYROND 73.
6
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
1 Presnosť
1.1 Presnosť a nepresnosť
Pod pojmom presnosť obrábania rozumieme stupeň zhody obrobenej súčiastky
z jej geometrickým vzorom, ktorý je určený výkresom. Čím je táto zhoda väčšia, tým je
presnosť obrábania vyššia. Na druhej strane príslušná odchýlka (chyba) predstavuje
stupeň nezhody obrobenej súčiastky s príslušným geometrickým vzorom a nazývame ju
nepresnosť.
Aby mohla ľubovoľná súčiastka plniť správne svoju funkciu, na ktorú je určená,
môže sa jej skutočný tvar a povrch odchyľovať od tvaru a povrchu ideálnej súčiastky
len v určitých prípustných medziach, ktoré boli zistené ako uspokojivé pre plnenie
požadovanej funkcie. Určiť a zmerať nepresnosť každého bodu skutočného povrchu
obrobenej súčiastky je prakticky nemožné. Z tohto dôvodu s zaviedli a definovali
príslušne druhy odchýliek – drsnosť povrchu, odchýlky tvaru, odchýlky polohy
a odchýlky rozmerov od ich menovitých hodnôt. [7]
Obr. 1.1 Druhy odchýliek skutočnej povrchovej plochy obrobku
Pod pojmom drsnosť povrchu Rmax rozumieme rozmerovo veľmi malé
nepravidelnosti povrchu (v µm), ktoré na obrobenej súčiastke vznikajú ako stopy po
ostrí nástrojov, brúsnych zŕn a pod. Veľkosť a tvar nepravidelností povrchu sú
determinované spôsobom obrábania, fyzikálnymi vlastnosťami obrábaného materiálu,
7
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
trením nástroja po obrobenej ploche, tuhosťou nástroja, akosťou a tvarom ostria,
geometriou nástroja a reznými podmienkami.
Odchýlka tvaru ∆t je určená rozdielom tvaru skutočnej plochy vzhľadom na
ideálny tvar súčiastky. Do odchýlky tvaru s zahrňuje aj vlnitosť skutočnej plochy
spôsobená hlavne kmitaním sústavy stroj – nástroj – obrobok.
Odchýlka polohy ∆p je daná nepresnosťou vzájomného vzťahu dvoch prvkov
(plôch, priamok, bodov), a to na jednej súčiastke, alebo na viacerých súčiastkach
navzájom. Jej veľkosť závisí od spôsobu obrábania, pracovných podmienok, presnosti
a tuhosti obrábacieho stroja, pri viacerých súčiastkach spolupôsobí aj vplyv montáže.
Odchýlka rozmeru ∆r predstavuje rozmerovú nepresnosť skutočnej plochy
vzhľadom na rozmer menovitej plochy. Matematicky je to teda rozdiel medzi
skutočným rozmerom Msi a menovitým rozmerom Mm. [7]
Skutočný rozmer je rozmer nameraný na súčiastke a v každom bode ´´i´´ skutočnej
plochy je iný. Veľkosť odchýlky rozmeru bude teda v každom bode skutočnej plochy
iná.
Pri výrobe súčiastok nie je prakticky možné vyrobiť súčiastku s absolútnou
presnosťou. Rozmery obrobenej súčiastky sa vždy líšia od menovitej hodnoty. Príslušná
odchýlka je závislá od mnohých činiteľov, z ktorých najdôležitejším je výrobná
operácia. Niektoré dokončovacie operácie umožňujú priblížiť sa k menovitému rozmeru
veľmi blízko, takže rozdiel medzi skutočným rozmerom a rozmerom predpísaným na
výkrese je veľmi malý.
Celková nepresnosť obrábania je výsledkom celého radu faktorov. Každý z nich
podporuje vznik prvotných charakteristických nepresností, z ktorých najdôležitejšie sú:
•
nepresnosti spôsobené pružnými deformáciami technologickej sústavy stroj –
nástroj – obrobok od rezných síl a odporov,
•
nepresnosti vyvolané teplotnými deformáciami technologickej sústavy,
•
nepresnosti spôsobené opotrebovaním ostria rezného nástroja,
•
nepresnosti zoradenia stroja a ustavenia obrobku na stroji,
•
nepresnosti spôsobené deformáciami obrobku od upínacích síl,
8
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
•
nepresnosti
vyvolané
KAVS
geometrickými
a kinematickými
nepresnosťami
obrábacieho stroja,
•
nepresnosti spôsobené geometrickými nepresnosťami rezného nástroja,
•
nepresnosti vyvolané vnútornými napätiami v materiáli obrobku,
•
nepresnosti spôsobené kmitaním technologickej sústavy,
•
nepresnosti spôsobené kmitaním technologickej sústavy,
Z uvedeného prehľadu základných faktorov ovplyvňujúcich presnosť obrábania
vidíme, že rozhodujúcu úlohu pri zaistení presnosti výroby zohráva obrábací stroj a jeho
presnosť. [7]
1.2 Meranie presnosti
Základným predpokladom úspešnosti každej výroby je produkcia kvalitných výrobkov.
To, či sú výrobky kvalitné, je možné určiť meraním, ktoré je definované ako súbor
činností na určenie hodnoty veličiny. Veda ktorá sa zaoberá meraním a všetkým čo
s meraním súvisí, (meracie postupy, meradlá, chyby merania ...) sa nazýva metrológia.
Pri meraní
presnosti používame overené meradla. Overenie určeného meradla
pozostáva zo skúšky meradla a potvrdenia jeho zhody so schváleným typom
a technickými požiadavkami a metrologickými požiadavkami na daný druh meradla.
Meranie je súbor činností s cieľom určiť hodnotu veličiny (meraného objektu).
Meranie sa môže vykonávať i autorizovane, t.j. osoba, ktorá vykonáva meranie, môže
byť na túto činnosť autorizovaná, poverená ÚNMS SR. Pri meraní sa využívajú rôzne
javy, ako veličiny na meranie, napr. termoelektrické javy na meranie teploty,
josephsonov jav na meranie elektrického napätia. Meracia metóda je logický postup
operácií stanovený metrologickým predpisom.
Presnosť merania je tesnosť zhody medzi výsledkom merania a konvenčne
pravou hodnotou meranej veličiny. STN 01 0115 definíciu neuvádza.
Presnosť je kvalitatívny pojem a nedá sa priamo kvalifikovať, nedá sa
kvantitatívne vyjadriť. Pri hodnotení kvality konkrétneho meradla nás zaujíma neistota
merania meradla, ktorá je definovaná pre určité konštantné podmienky (teplota, tlak,
vlhkosť, teplotný gradient, pozorovateľ).
9
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Význam presností spočíva v experimentálnom fakte, že viaceré merania, ktoré sa
týkajú toho istého objektu merania, dávajú údaje prístrojov navzájom rozdielne a tak
vzniká otázka, do akej miery im možno dôverovať. Pri meraní získané údaje sú pod
vplyvom chýb. Stále zdokonaľovanie prístrojov dáva stále menšie chyby. Ideálny
systém merania by sa vyznačoval pravou hodnotou. Neexistuje prístroj, ktorý by bol
schopný udávať pravú hodnotu merania, teda presnosť nemá teoretické hranice, ale iba
hranice praktické. Nemáme žiadnu možnosť poznať pravú hodnotu.
Zásadne vždy musíme špecifikovať, či ide o chybu merania, alebo o chybu
meradla. Taktiež musíme vždy špecifikovať či ide o výsledok jedného merania,
výsledok jedného merania z radu opakovaných meraní, alebo o výsledok stanovený
z počtu n meraní.
Bez ohľadu na to, či bolo vykonané jedno meranie alebo viac meraní, chyba
merania pozostáva zo súčtu náhodnej chyby a systematickej chyby. Keďže limita
náhodnej chyby pre n rastúce do nekonečna sa rovná nule, limita chyby merania pre n
rastúce do nekonečna sa rovná systematickej chybe merania. [1]
1.2.1 Základy merania
Meranie môžeme rozdeliť podľa rôznych hľadísk. Podľa toho či zisťujeme nejakú
číselnú hodnotu, alebo len to či je daná hodnota správna, rozdeľujeme meranie na:
•
kvantitatívne – zisťujeme číselnú hodnotu určitej vlastnosti, t.j. hodnotu
v príslušných jednotkách (napr. meranie rozmeru v mm).
•
kvalitatívne – nezisťujeme číselnú hodnotu určitej vlastnosti, ale kontrolujeme, či
je daná vlastnosť v predpísaných medziach (napr. kontrola rozmeru kalibrom).
[6]
1.2.2 Chyby merania
Chyba merania je matematický rozdiel nameranej (napr. rozmer zistený meraním
pomocou meracieho prístroja) a skutočnej (napr. rozmer, ktorý je skutočne vyrobený na
súčiastke) hodnoty určitej veličiny. Chyby vzniknuté pri meraní môžeme rozdeliť do
troch skupín:
1. Systematické chyby – sú chyby, ktoré pri opakovanom meraní tej istej hodnoty za
tých istých podmienok zostávajú rovnaké (rovnaká veľkosť aj znamienko).
Vznikajú chybami meracieho prístroja, chybami pozorovateľa, vplyvom
10
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
prostredia, meracích síl, gravitácie atď. Ak sú systematické chyby známe,
z nameraných hodnôt ich vylúčime matematicky (odčítaním).
2. Náhodné chyby – sú chyby, ktoré majú pri opakovanom meraní za rovnakých
podmienok rôznu veľkosť aj znamienko. Nie sú priestorovo ani časovo
konštantné. Ich zdrojom sú nekontrolované zmeny meranej súčiastky, prostredia,
pozorovateľa a meracieho prístroja. Čiastočne sú príčiny níhodných chýb
rovnaké ako u systematických chýb.
3. Hrubé chyby – nameraná hodnota sa výrazne odlišuje od ostatných nameraných
hodnôt. Takáto hodnota sa vylúči zo súboru nameraných hodnôt a meranie sa
opakuje. [6]
1.3 Meracie prostriedky
Meradlá sú technické prostriedky určené na vykonávanie meraní. Môžeme ich
rozdeliť na miery (koncové mierky, medzné kalibre ...) a meracie prístroje (mikrometre,
posuvné meradlá, ...).[6]
Tento pojem nahrádzame i názvom meracie prostriedky a v konkrétnych
prípadoch používame názvy meracie zariadenia alebo meracie vybavenie. Medzi
meracie prostriedky zahrňujeme najmä:
•
meradlá, meracie prístroje,
•
meracie prevodník,
•
pomocné meracie zariadenia,
•
certifikované referenčné materiály.
Meradlami rozumieme technické prostriedky určené na vykonávanie meraní, ktoré
majú potrebné metrologické vlastnosti. Medzi meradlá zahŕňame meracie prístroje
a zhmotnené miery. Zhmotnená miera je merací prostriedok, ktorý v priebehu
používania reprodukuje trvalým spôsobom jednu alebo viac známych hodnôt danej
veličiny (miera hmotnosti, pravítko s čiarkovou stupnicou, dĺžková miera). Etalóny sú
meradlá, etalónové miery, etalónové meracie prístroje, určené na uchovávanie,
reprodukciu a prenos hodnôt jednotiek meraných veličín na rozličných úrovniach
presností. Najdôležitejší kvalitatívny znak meracieho prístroja je funkčná spôsobilosť,
ktorá ma tieto vlastnosti:
•
neistotu,
11
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
•
citlivosť,
•
spoľahlivosť,
•
životnosť,
•
stabilitu.
KAVS
Stabilita je veľmi dôležitá vlastnosť prístroja, ktorá zabezpečuje neistotu merania
a to, že po overení alebo kalibrácii bude reprodukovať stanovenú mieru s danou
neistotou i po určitom, stanovenom čase. Stabilita meracieho prístroja je jedna z veľmi
dôležitých vlastností, lebo na jej základe sa určuje doba následného overenia či
kalibrácie meradla. Pri určených meradlách sa stanovuje doba následného overenia či
kalibrácie meradla. Pri určených meradlách sa stanovuje doba následného overenia na
základe skúšky typu meradla. Treba prijať, že túto hranicu musí stanovovať výrobca
meradla a vykonávateľ skúšky typu meradla ju potvrdí alebo zamietne. Kto iný, ako
výrobca, má najviac informácií o meradle. Výrobca meradlo vyvíja, konštruuje, skúša
a dáva do používania, on je o meradle a jeho vlastnostiach najlepšie informovaný.
Niektoré renomované firmy túto skutočnosť už uvádzajú. Tento údaj by mal byť
podmienkou pre výrobcu pri uvádzaní meradla na trh.
Dôležitá časť metrológie je odčítanie nameraných hodnôt, ale tomuto úkonu
predchádza veľmi dôležitý úkon samotného merania. Ide tu vlastne o samotné snímanie
meranej veličiny v alebo na meranom objekte. Samotný pochod tiež úzko súvisí
s overením a kalibráciou meradla. Na tento účel ma meradlo samotný snímač, senzor,
ktorý pre správnu reprodukciu meranej veličiny musí mať:
•
konštantnú prítlačnú dotykovú silu,
•
správny ponor na snímanie meranej veličiny,
•
vymedzenú vôľu pri meraní zhodne s úkonom overovania a kalibrácie,
•
správne miesto na snímanie meranej veličiny, lebo len toto miesto reprodukuje
hodnotu meranej veličiny,
•
správny čas na reprodukciu meranej veličiny, najmä ak nejde o statické hodnoty
meranej veličiny.
Tejto problematike hovoríme technológia merania, ktorá si vyžaduje od subjektu
veľké znalosti, skúsenosti a tiež úzko súvisí s postupom merania spracovaného
výrobcom.
12
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Vlastnosti, ktoré priamo súvisia s procesom a výsledkom merania, sú
metrologické charakteristiky. Sú to tie, ktoré ovplyvňujú výsledok merania, chyby
merania a neistotu merania. Charakteristiky meradiel rozdeľujeme na:
•
statické charakteristiky,
•
dynamické charakteristiky,
•
charakteristiky metrologickej spoľahlivosti.
Statická metrologická charakteristika je rozdiel medzi údajom meradla a konvenčne
pravou hodnotou meranej veličiny v ustálenom stave.
Dynamickými charakteristikami nazývame vlastnosti meracích prístrojov, ktoré sa
prejavujú pri meraní, keď hodnoty meranej veličiny alebo ovplyvňujúcich veličín sa
menia s časom.
Stabilita a meracia spoľahlivosť je závažná vlastnosť meracích prostriedkov.
Stabilita je schopnosť plniť stanovenú funkciu v stanovenom čase, časovom intervale.
Pri meraniach sa používajú technické prostriedky – meradlá. Preto sú uvedené
definície základných pojmov z oblasti meradiel. Preto sem uvedieme definície
základných pojmov z oblasti meradiel.
•
Meradlo- je prostriedok, ktorý slúži na určenie hodnoty meranej veličiny, pričom
zahŕňa mieru, merací prístroj, jeho komponenty, prídavné zariadenia a meracie
zariadenia,
•
Merací prístroj- je meradlo, ktoré slúži na prevod meranej veličiny na údaj. Patrí
sem napr. posuvné meradlo, dĺžkomer, tlakomer, voltmeter, ...
•
Miera (zhmotnená)- je meradlo, ktoré počas používania trvalým spôsobom
reprodukuje alebo poskytuje jednu alebo viacero známych hodnôt ( s príslušnou
neistotou tejto hodnoty). Patrí sem napr. závažie, objemová odmerka, pravítko
s čiarkovou stupnicou, koncová mierka,
•
Merací prevodník- je zariadenie, ktoré uskutočňuje prevod hodnôt vstupnej
veličiny na hodnoty výstupnej veličiny podľa určitej zákonitosti. Má často
špeciálny názov. Merací zosilňovač, merací zoslabovač, analógovo –číslicový
prevodník,
•
Pomocné meracie zariadenia- sú zariadenia potrebné na uskutočnenie meraní, na
dosiahnutie potrebnej presnosti a pod. Ich použitie ovplyvňuje výsledok merania,
13
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
aj keď to nie sú meradlá ani meracie prevodníky, lebo slúžia napr. na udržiavanie
meraných a ovplyvňujúcich veličín na požadovaných hodnotách na uľahčenie
a skvalitnenie meracích úkonov,
•
Referenčný materiál- je látka, ktorej zloženie alebo vlastnosti sú určené
s dostatočnou presnosťou, používaná na overovanie alebo kalibráciu prístrojov,
vyhodnocovanie
meracích
metód
a určovanie
kvantitatívnych
vlastností
materiálov,
•
Etalón- je meradlo, určené na definovanie, realizovanie, uchovávanie alebo
reprodukovanie meracej jednotky alebo stupnice hodnôt fyzikálnej alebo
technickej veličiny. Jeho úlohou je odovzdávať hodnotu tejto jednotky menej
presným meradlám,
•
Nadväznosť etalónu alebo meradla- je vzťah hodnoty etalónu alebo údaja
meradla k národnému etalónu, k medzinárodnému etalónu alebo inému etalónu
najvyššej metrologickej kvality, preukázaný prostredníctvom neprerušeného
reťazca porovnaní s určenými neistotami.
•
Meradlo, plniace úlohu etalónu, musí spĺňať určité metrologické požiadavky,
z ktorých najdôležitejšie sú:
-
Fyzikálny jav alebo vlastnosť, ktorými sa reprodukuje jednotka danej
veličiny, musia byť dobre známe a podložené dobre spracovanou
teóriou a experimentom,
-
Časová stabilita,
-
Malá závislosť od ovplyvňujúcich veličín,
-
Technika prenosu jednotky na iné meradlá sa musí dať fyzikálne
realizovať.
Podľa hierarchie poznáme primárne a sekundárne etalóny, podľa oblastí použitia
referenčné, pracovné a porovnávacie etalóny a podľa uznania medzinárodné a národné
etalóny. Odčítanie nameraných hodnôt je dôležitou časťou metrológie, ktorej je
venovaná veľká časť tejto kvality. Tomuto úkonu predchádza veľmi dôležitý úkon
samotného merania, kde ide vlastne o samotné snímanie meranej veličiny v meranom
objekte alebo na jeho povrchu. Na tento účel má meradlo samostatný snímač, senzor,
dotyk, ktorý pre správnu a presnú reprodukciu meranej veličiny musí mať:
•
konštantnú prítlačnú dotykovú silu,
14
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
•
správny ponor na snímanie meranej veličiny,
•
vymedzenú vôľu pri meraní zhodne s úkonom overovania a kalibrácie,
•
správne miesto na snímanie meranej veličiny, lebo len toto miesto reprodukuje
hodnotu meranej veličiny,
•
správny čas na reprodukciu meranej veličiny, najmä ak nejde o statické hodnoty
meranej veličiny.
Tejto problematike hovoríme technológia merania, ktorá si vyžaduje od subjektu
skúsenosti a tiež úzko súvisí s postupom merania spracovaným výrobcom.
Vlastnosti, ktoré priamo súvisia s procesom a výsledkom merania uvažovaným
meradlom,
lebo
ovplyvňujú
výsledok
a chyby
merania,
sú
metrologické
charakteristiky.[1]
1.4 Odchýlka kruhovitosti
Odchýlka kruhovitosti je najväčšia vzdialenosť bodov skutočného profilu od
obalovej kružnice.
Obalová kružnica je kružnica s najmenším priemerom opísaná okolo skutočného
profilu vonkajšej rotačnej plochy, alebo kružnica s najväčším priemerom vpísaná do
skutočného profilu vnútornej rotačnej plochy.
Kruhovitosť stredov kružníc a veľkosť ich polomerov sa musia zvoliť tak, aby
radiálna vzdialenosť medzi dvoma sústrednými kružnicami bola čo najmenšia.
Obr. 1.2 Vyhodnotenie odchýlky kruhovitosti
Správna poloha dvoch sústredených kružníc je tá, ktorá je označená A2.
Radiálna vzdialenosť ∆r2 je minimálna.
Odchýlka kruhovitosti má vo výrobe valivých ložísk ale aj iných rotačných
súčiastok mimoriadny význam. Je jeden z najsledovanejších parametrov kvality plôch.
15
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Spoločne s drsnosťou povrchu významne ovplyvňuje úroveň vibrácií rotujúcich častí
a tým aj kvalitu celého zariadenia. Aj z tohto dôvodu je stále venovaná vysoká
pozornosť zdokonaľovaniu metód hodnotenia tejto odchýlky a meracej technike.
Vlastné meranie a vyhodnotenie nemá za úlohu len kvantifikovať veľkosť odchýlky, ale
aj umožňovať získať informácie použiteľné v procese tvorby povrchu – obrábaní
s cieľom korigovať a zlepšovať technologické postupy.
Na meranie odchýlok tvaru sa používajú rôzne metódy a rôzne meracie prístroje.
Vo výrobe sa často kontrolujú tvary jednoduchými pomôckami. Konvenčné meranie
kruhovitosti sa realizuje meraním v tzv. uhlových podložkách, prípadne inom
podobnom usporiadaní. Tieto metódy sa zvyknú nazývať relatívne, alebo trojbodové
a na ich základe sa dajú navrhnúť prístroje, ktoré sa môžu využiť vo výrobe a aj priamo
na stroji počas obrábania.
Nepriame metódy zahŕňajú dvoj a viacbodové merania. Na určenie odchýlky
kruhovitosti je potrebné zohľadniť usporiadanie bodov uhol α a uhol β sklonu
meracieho prístroja (viď. obr.1.2). [3]
Obr.1.3
Schéma merania odchýlky kruhovitosti na súčiastke uloženej v hranolovej podložke –
symetrické usporiadanie(a), asymetrické usporiadanie(b)
Použitie nepriamych metód v priemysle je obmedzené, pretože dopredu často
nepoznáme tvar profilu (ovál, trojhran a pod.). Na meranie odchýlky kruhovitosti
v prevládajúcej miere používajú špeciálne meracie prístroje. Špeciálny prístroj –
kruhomer je konštruovaný buď s presným vretenom so snímačom (obr. 1.5a), ktorý
sníma zmenu polomeru súčiastky, alebo s otočným stolom, na ktorom je upevnená
súčiastka a snímač je pevný (obr. 1.5b). Pred vlastným meraním sa súčiastka centruje na
16
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
stole kruhomera. Povrch meranej súčiastky sa sníma spojite a zobrazí sa na polárnom
zázname. Ak je prístroj vybavený počítačom, spracuje sa číslicový signál podľa
zostaveného programu číselne.
Obr.1.4
Princíp merania kruhovitosti a) s rotujúcim vretenom, b) s rotačným stolom
1 – merací dotyk, 2 – merací prístroj, 3 – meraná súčiastka
Meracou základňou pri tejto metóde je os meranej súčiastky. Merací prístroj
zabezpečuje veľmi vysokú presnosť, často lepšiu ako 0,1 μm. Vyžaduje si však časovo
náročnú prípravu, ktorá zahŕňa vystredenie a vyrovnanie súčiastky, preto sú predurčené
skôr na laboratórne merania.
V prípade merania kruhovitosti sa určujú dve sústredené kružnice, v medzikruží
ktorých sa bude nachádzať celý zosnímaný profil. Rozdiel polomerov kružníc musí byť
minimálny – bude minimálna šírka medzikružia. [3]
17
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
2 Konštrukcia a prevedenie obrábacieho stroja
2.1 Hlavné časti obrábacieho stroja
Medzi hlavné (základne) časti obrábacieho stroja patria:
•
rám,
•
vretenníky,
•
pohony,
•
vedenia,
•
suport,
•
iné (koník, revolverové hlavy, atď.).
Nosný systém (rám) stroja je funkčná skupina, ktorej úlohou je uzatvárať silový tok v
stroji a zaistiť potrebnú relatívnu polohu nástroja a spracovávaného predmetu pri
realizácii technologického procesu. Rám stroja môže s ohľadom na svoje rozmery a
zložitosť tvarov podstatne ovplyvniť celkovú funkčnú a hlavne ekonomickú hodnotu
stroja.
Z funkčného hľadiska je rám stroja tou jeho časťou, ktorá nielenže umožňuje rozloženie
všetkých ostatných funkčných skupín stroja v priestore, ale musí svojimi vnútornými
silami zachytávať aj všetky reakcie v uložení členov pohonov jednotlivých výkonných
orgánov. Tieto reakcie sú spravidla periodicky premenlivé, môžu byť budiacimi silami
vynúteného kmitania rámu. Rám musí byť natoľko dynamicky stabilný, aby jeho
vlastné frekvencie boli podstatne vyššie, než frekvencie vynútených kmitov a nenastala
rezonancia. Na druhej strane je ale nutné, aby kmity boli rámom tlmené a neprenášali sa
z jedného pohonu na druhý a do základu. Rámy rôznych strojov sa líšia svojim
funkčným určením, ktoré ovplyvňuje predovšetkým ich tvar. Vo všeobecnosti možno
rámy rozdeliť podľa výrobnej technológie a použitého materiálu na rámy odlievané zo
sivej liatiny alebo z ocele na odliatky, rámy zvárané z oceľových plechov, rámy
kombinované a rámy z iných (neželezných) materiálov. [11]
Rám – požiadavky:
- stálosť tvaru – vhodným materiálom a technológiou zabrániť vzniku vnútorných
napätí, ktoré spôsobujú deformáciu rámu,
- tuhosť – najväčšie sily pri práci stroja nesmú spôsobiť deformácie, ktoré by viedli k
prekročeniu dovolenej nepresnosti stroja,
18
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
- dynamická stabilita – odolnosť proti chveniu, aby opracované plochy mali
vyžadovanú kvalitu,
- odolnosť proti opotrebeniu vodiacich plôch – presnosť pohybov stroja, aby sa vôle
nemuseli často vymedzovať a plochy opravovať,
- dobrý odvod triesok – padajúce triesky sa nesmú zhromažďovať na ráme a
tepelne ovplyvňovať stroj, nesmú ohrozovať funkciu mechanizmov a vodiacich
plôch.[12]
Tvary rámov:
- otvorené rámy (viď. Obr. 2.1) – sú z hľadiska statiky tvarovo i staticky určité
konštrukcie. Ako také majú teda možnosť voľne sa deformovať, čo niekedy nie je z
hľadiska požadovanej tuhosti (a presnosti) stroja dovolené. Otvorené rámové
konštrukcie sa používajú u malých a univerzálnych výrobných strojov. Ich výhodou je
prístupnejší pracovný priestor a možnosť spracovávať i predmety väčšie, než je
charakteristický rozmer stroja.
- uzatvorené rámy – (viď. Obr. 2.2)– sú z hľadiska statiky sústavy tvarovo neurčité a
staticky neurčité. Ich tuhosť je preto vyššia a takéto nosné systémy sa s výhodou
využívajú u veľkých, vysoko výkonných a vysoko presných výrobných strojov. Ich
určitou nevýhodou je obmedzený pracovný priestor. Typické konštrukcie uzavretých
rámov predstavujú napríklad všetky dvojstojanové varianty obrábacích strojov.
Obr. 2.1 Schéma stroja s otvoreným
Obr. 2.2 Schéma s stroja s uzavretým
rámom
rámom
- vysoká tuhosť – je ľahšie dosiahnuteľná na uzavretom ráme, ktorý napriek svoje
zložitosti a vyššiemu počtu dielov býva pri rovnakej hmotnosti tuhší ako otvorený rám.
- manipulácia s obrobkom – je výhodnejšia na otvorenom ráme, ktorý má ľahšie
prístupný pracovný priestor a je rovnako výhodný pre manipuláciu s nástrojmi, obsluhu
a riadenie práce stroja.
19
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
- rozmery obrobku – na uzavretom ráme sú jednoznačne obmedzené, na stroji
otvoreným rámom možno opracovať aj rozmernejšie súčiastky. [12]
2.1.1 Pohony
Pohony obrábacích strojov sú teda skupiny, ktorými sa privádza tok energie do procesu
obrábania. Sú tvorené hnacou jednotkou (motorom) a mechanizmom pohonu
(hriadeľmi, ozubenými kolesami, posuvovými skrutkami a pod.
Pohony obrábacích strojov sú elektrické, hydraulické, elektrohydraulické
Elektrické pohony sú: jednosmerné:
-jednosmerné motory,
-jednosmerné motory s cudzím budením,
-jednosmerné regulačné motory:
- rýchlobežné,
- pomalobežné,
-krokové.
Striedavé:
-striedavé motory:
-synchrónne,
-asynchrónne. [12]
2.1.2 Vedenia
Vodiaci systém (vedenie) je sústava plôch (vodiace plochy), na ktorých sa stýka
pohyblivá časť stroja s nepohyblivou časťou a ktorá má zaručiť pohyb po geometricky
presnej dráhe (priamka, kružnica) s jedným stupňom voľnosti.
Vedenia výrobných strojov musia vyhovovať celému radu požiadaviek, medzi ktoré
patria predovšetkým:
· vysoká presnosť pohybu,
· vysoká tuhosť,
· odolnosť voči opotrebeniu,
· možnosť vymedzovania vôle,
· jednoduchý a dokonalý tvar s vysokou kvalitou povrchu,
· nízke pasívne odpory v smere pohybu,
· schopnosť tlmiť chvenie v smere pohybu a v smere kolmom na smer pohybu. [11]
Základne rozdelenie vedení:
•
podľa tvaru dráhy: -priamočiare,
20
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
-kruhové,
•
podľa tvaru vodiacích ploch:-ploché,
-prizmatické,
-rybinovité,
-kruhové,
•
podľa charakteru trenia:-klzné,
-valivé,
-klzné s kvapalinovým trením (hydrostatické),
-aerostatické (pneumostatické),
-kombinované. [10]
Na obr. 2.3 sú zobrazené niektoré príklady konštrukcií valivých vedení. Na obr. 2.3a je
zobrazený princíp kompaktného valivého vedenia, ktoré pozostáva z vodiacej dráhy 1 a
valivého hniezda 2. Vodiaca dráha sa priskrutkuje ku nepohyblivej časti stroja, valivé
hniezdo ku pohyblivej časti. Dvojica sa dodáva zmontovaná od výrobcu ako celok aj s
požadovaným predpätím. Počet valivých hniezd na jednej vodiacej dráhe závisí od
rozmerov a zaťaženia pohyblivého uzla stroja (pozri obr. 2.3b, kde na každej dráhe sú
po dve valivé hniezda). Na obr. 2.3c je zobrazená ďalšia možnosť, ktorú dnes ponúkajú
výrobcovia modulov pre stavbu výrobných strojov – kompletná lineárna pohybová os
pozostávajúca z pohonu guľôčkovou skrutkou, nepohyblivej časti a pohyblivého uzla
uloženého do nepohyblivej vo valivom vedení. Na čelnej strane nepohyblivej časti sú
vytvorené štandardné upínacie plochy pre elektromotor. Na obr. 2.3d sú zobrazené
kompaktné valivé vedenia kruhové, ktoré umožňujú viesť pohyblivý uzol stroja po
kružnici. [10]
Obr. 2.3 Príklady konštrukcií valivých vedení
21
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
2.1.3 Vretená obrábacích strojov
Vretenový uzol je jedným z uzlov obrábacieho stroja, ktorý sa významne podieľa na
kvalite jeho práce. Tuhosť uloženia ale aj tuhosť jeho samotného, presnosť chodu
dynamická a tepelná stabilita sú vlastnosti, ktoré sa prednostne u každého obrábacieho
stroja sledované. S uplatnením strojov pre HSC sa sprísnili požiadavky na konštrukciu
vretenových uzlov. Ide hlavne o rýchlobežnosti, dokonalé vyváženie, zníženie
hmotnosti, rýchle a spoľahlivé upnutie nástroja či obrobku. [10]
Požiadavky na vretená:
- zabezpečiť presnosť chodu vretena,
- vreteno musí udržiavať stabilnú polohu v priestore,
- uloženie musí umožňovať kompenzáciu – vymedzenie vôle, resp. predpätia ložísk pri
opotrebovaní,
- pasívne odpory pohybu musia byť minimálne, t.j. vysoká účinnosť prevodov, dobré
mazanie, chladenie...
Pri návrh sa treba zamerať na:
- geometrická presnosť vretena,
- výber konštrukčného materiálu,
- tvarová konfigurácia priemerov. [11]
22
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
3 Presnosť obrábacieho stroja
Presnosť obrábacieho stroja je vlastnosť, ktorá charakterizuje schopnosť stroja
vyrábať súčiastky požadovaných tvarov a rozmerov s dodržaním požadovaných
tolerancií a pri dosiahnutí požadovanej drsnosti povrchu.
Požiadavky kladené na presnosť obrábacích strojov vyplývajú z potrebnej
presnosti súčiastok ktoré sa majú na danom stroji vyrábať. Pretože na jednom stroji sa
spravidla obrábajú rôzne plochy súčiastok rôzneho geometrického tvaru, je nevyhnutné
dodržiavať presnosť väčšieho počtu základných rozmerových prvkov stroja, ako napr.
rovinnosť a priamosť vodiacich plôch, súosovosť upínacích plôch, rovnobežnosť osí
s vedeniami, kolmosť osi vretena s upínacou plochou stola a pod.
Presnosť obrábacieho stroja je determinovaná v prvom rade presnosťou jeho
jednotlivých častí a uzlov. Pretože tieto sú vyrábané normálnymi pochodmi strojárskej
výroby, ich rozmery, tvary a vzájomné plochy sú na výkresoch určované s príslušnými
toleranciami, ktoré sa musia pri výrobe a montáži presne dodržať. Pritom treba pamätať
aj na drsnosti povrchov, ktoré musia zodpovedať funkcií príslušných plôch (klzná
plocha, upínacia plocha, voľná plocha) a presnosti rozmeru (čím je rozmer ´´presnejší´´,
tým musí drsnosť povrchu menšia).
Dodržaním predpísanej presnosti výroby a montáže častí a uzlov obrábacích
strojov možno dosiahnuť takzvanú statickú presnosť obrábacieho stroja, nazývanú tiež
presnosťou geometrickou. Geometrická presnosť obrábacieho stroja ja daná presnosťou
tvaru a polohy jeho jednotlivých strojových častí a ich vzájomných pohybov. Je
nutným, ale nie postačujúcim predpokladom pre zabezpečnenie požadovanej presnosti
práce obrábacieho stroja. Závisí o nej presnosť tvaru relatívnej dráhy nástroja a obrobku
obrobeného na danom stroji. Napríklad pre sústruženie presných rotačných plôch je
potrebné, aby sa vreteno otáčalo okolo stálej osi, pre sústruženie valcových plôch sa
musí hrot nástroja pohybovať po priamke rovnobežnej s osou otáčania obrobku, pri
hobľovaní rovinných plôch je potrebné, aby sa stôl s obrobkom pohyboval priamočiaro
a pod.
Prvé preberacie podmienky pre kontrolu geometrickej presnosti obrábacích strojov
zostavil ešte v roku 1927 profesor Vysokej školy technickej v Berlíne -Charlottenburgu
Dr. Georg Schlesinger. Tieto preberacie podmienky boli v hlavných rysoch prevzaté
všetkými priemyselnými krajinami a príslušne upravené pre súčasné podmienky sú
23
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
základom noriem ISO, DIN, STN a pod. Skúšky geometrickej presnosti obrábacích
strojov sú podľa svojho pôvodcu často nazývané aj Schlesingerovými skúškami.
V Slovenskej republike sú skúšky geometrickej presnosti obrábacích strojov
normalizované technickými normami STN. Všeobecné požiadavky na skúšku sú
obsahom STN 20 0300-1:1984 (zmena od 1.7.1990) a všeobecné požiadavky na metódy
kontroly presnosti sú obsahom STN 20 0300-2:1984. Skúšky presnosti sa v zmysle
citovaných noriem musia robiť po skúške stroja pri chode na prázdno a po skúškach
stroja v prevádzke pri zaťažení na plný výkon, resp. maximálny krútiaci moment, alebo
pri maximálnej reznej sile aj pri zaťažení hmotnosťou obrobku. Skúšky geometrickej
presnosti obrábacieho stroja zahŕňajú zisťovanie všetkých odchýliek tvaru a polohy jeho
jednotlivých častí na úplne zmontovanom stroji. Všetky meracie operácie musia byť
navrhnuté tak, aby nebolo potrebné odmontovať žiadnu časť tvoriacu jeden funkčný
celok zmontovaného stroja. [7]
3.1 Metodika zisťovania presnosti obrábacieho stroja
Požiadavky na konštrukciu obrobkov:
•
Tvar skúšobných obrobkov musí odpovedať hlavnému určeniu stroja. Pritom nie
je možné použiť doplňujúce príslušenstvo, napr. otočné stoly, deliace prístroje.
•
Rozmery skúšobných obrokov podľa typu rozmerov stroja.
•
Rozmery upínacích a dosadacích plôch stanoví výrobca stroja.
•
Na meraných plochách nesmú byť otvory ani vybrania, ktoré nie sú uvedené v
normách na presnosť konkrétnych druhov obrábacích strojov.
•
U hranolových obrobkov je dovolené rozdeliť obrábané rovinné plochy drážkami
na rad pozdĺžnych pásov v závislosti na počte na umiestnení pozdĺžnych
meraných čiar. Šírka jedného obrábaného pásu sa volí podľa rozmerov skúšobnej
drážky a metód obrábania. Nesmie byť menšia ako 16 mm.
Požiadavky na presnosť:
•
Tolerancia tvaru dosadacích plôch hranolových skúšobných obrobkov nesmie
prekročiť dovolené hodnoty, pre tolerancie tvaru meraných plôch, obrobených
načisto, ktoré sú rovnobežné s dosadacími plochami. [8]
24
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
•
KAVS
Tolerancia tvaru a polohy upínacích plôch a nahrubo obrobených meraných
plôch hranolových obrobkov nesmie prekročiť 1,6 násobok hodnoty dovolených
odchýlok pre merané plochy obrobené načisto.
•
Drsnosť dosadacích plôch u obrobkov určených pre meranie drsnosti povrchu
nesmie byť väčšia ako drsnosť načisto obrobených meraných plôch.
Požiadavky na kvalitu materiálu:
•
V prípade, keď vlastnosti materiálu môžu podstatne ovplyvniť výsledok merania,
určujú sa doplňujúce požiadavky (na tvrdosť, pevnosť, štruktúru materiálu).
•
Na meraných plochách obrobkov nesmú byť trhliny, lunkre ani mechanické
poškodenia.
Požiadavky na obrábanie a meranie:
•
Potrebné podmienky obrábania stanovuje výrobca a musia zodpovedať
podmienkam pre dokončovacie operácie.
•
Hotové skúšobné obrobky sa prednostne kontrolujú mimo stroj (na meracej
doske, na špeciálnom meracom zariadení).
Pri určovaní metodiky hodnotenia technického stavu obrábacieho stroja je potrebné
vychádzať z údajov od výrobcu stroja. Výrobca stroj zaraďuje do triedy presnosti tj.
odchýlky namerané výrobcom sú najnižšie aké na tomto stroji môžu byť. Medzným
stavom sú dovolené hodnoty odchýlok, ktoré stanovuje tiež výrobca. Ak odchýlky
presahujú medzné stavy, stroj je buď poškodený alebo opotrebovaný do takej miery, že
presnosť výrobkov vyrábaných na tomto stroji už nemôže byť zaručená. V takýchto
situáciách je nutné pristúpiť ku celkovej, alebo generálnej oprave stroja. Tieto úkony sú
spojené s výdavkami preto dobrý technický stav stroja je lepšie udržiavať ako vytvárať.
Tento sa dá docieliť kvalitnou obsluhou a údržbou. Presnosťou strojov sa zaoberá celý
rad noriem STN 20 0301 až STN 20 0389 konkrétne pre jednotlivé druhy typy
obrábacích strojov. [8]
Samotné merania je možné vykonať rôznymi metódami, ku ktorým patrí napr.
meranie pomocou kontrolného pravítka (uholníka) a prístroja na meranie dĺžky,
meranie pomocou kontrolnej dosky a prístroja na meranie dĺžky, meranie pomocou
vodováhy, autokoimátora, pomocou ďalekohľadu a zameriavacej značky, pomocou
mikroskopu a napnutej struny, pomocou súradnicového meracieho stroja, kontrolného
25
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
tŕňa, rovinného, valcového, alebo špeciálneho uholníka, pentagonál-neho hranola
a zameriavacej značky a podobne. Ďalšie metódy merania využívajú vysokopresné
analógové snímače, taktiež optické zariadenia ako napríklad
laser v podobe
laserového interferometra a fotoelektrický snímač.
Výsledky skúšok presnosti sa zaznamenávajú do protokolu zo skúšky presnosti
obrábacieho stroja, ktorý sa stáva súčasťou jeho sprievodnej dokumentácie. V tomto
protokole sú uvedené základné identifikačné údaje stroja, názvy jednotlivých skúšok,
dovolené odchýlky a namerané odchýlky.
Ako už bolo spomenuté, skúšky geometrickej presnosti sú len nutným, ale nie
postačujúcim predpokladom pre presnú prácu obrábacieho stroja. Sú síce pomerne
jednoducho a lacno realizovateľné a môžu odhaliť celý rad skrytých nedostatkov
zapríčinených nedokonalosťou výroby a montáže obrábacieho stroja. Nemajú však
veľkú vypovedaciu schopnosť o vlastnostiach stroja pri práci, teda pri zaťažení reznými
silami a odpormi, kde sa prejavia dynamické vplyvy pohybujúcich sa častí stroja. Preto
sa zaviedli skúšky pracovnej presnosti, ktorú niektorí autori zvyknú nazývať aj
presnosťou dynamickou. [8]
3.2 Parametre presnosti obrábacieho stroja
Presnosť obrábacieho stroja je determinovaná presnosťou pracovných pohybov
jeho výkonných orgánov (vretená, suporty, stoly, šmykadlá) a ich relatívnou polohou
pri práci. Hodnotenie presnosti obrábacích strojov sa uskutočňuje na základe
parametrov, charakterizujúcich geometrickú presnosť strojov ako sú napr.:
•
presnosť základní pre ustavenie nástroja a obrobku,
•
presnosť dráh pohybov výkonných orgánov,
•
presnosť polohy výkonných orgánov,
•
presnosť deliacich a nastavovacích pohybov výkonných orgánov,
•
presnosť polohovania výkonných orgánov nesúcich nástroj, resp. obrobok,
•
stálosť niektorých parametrov pri opakovanej kontrole ( napr. pri nabehnutí na
doraz apod.).
•
Parametrov, charakterizujúcich presnosť obrábania skúšobných vzoriek, ako
napr.:
26
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
-
presnosť
KAVS
geometrických
tvarov
a polôh
obrobených
plôch
vzájomnej
polohy
skúšobných obrobkov,
•
-
stálosť rozmerov pre sériu skúšobných obrobkov
-
drsnosť obrobených plôch skúšobných obrobkov
Parametrov
charakterizujúcich
schopnosť
zachovania
výkonných orgánov stroja nesúcich nástroj a obrobok za podmienok:
-
pôsobenia vonkajšieho zaťaženia ( statická tuhosť),
-
pôsobenia tepla vznikajúceho za chodu stroja naprázdno ( teplotná
stabilita),
-
pôsobenie chvenia, vznikajúceho za chodu stroja naprázdno.
Podľa toho, ako sú jednotlivé parametre splnené, rozdeľujeme potom obrábacie
stroje do tried presnosti absolútnym alebo relatívnym systémom. V absolútnom systéme
klasifikácie presnosti strojov je stanovených päť tried presnosti označených podľa
vzrastajúcej presnosti: І, ІІ, ІІІ, ІV, V. Do rovnakej triedy presnosti v absolútnom
systéme patria stroje, ktoré zaručujú rovnakú presnosť obrábania tvarom aj rozmermi
odpovedajúcich plôch skúšobných obrokov, a to nezávisle na druhu stroja. V relatívnom
systéme klasifikácie strojov podľa presnosti sú stanovené triedy presnosti označené
K1,K2,K3 atď. V poradí podľa vzrastajúcej presnosti (K1-bežná presnosť, K2- zvýšená
presnosť, K3-vysoká presnosť). Rozdelenie strojov do tried presnosti v relatívnom
systéme sa vykonáva podľa druhu strojov. Do triedy presnosti K1 patria stroje jedného
druhu, ktorých presnosť odpovedá normám používaným v súčastnej svetovej praxi pre
stroje bežného použitia. [13]
3.3 Meracie metódy
Podľa spôsobu určovania meranej veličiny poznáme:
a) priamu meraciu metódu,
b) nepriamu meraciu metódu.
V prípade priamej meracej metódy sa hodnota meranej veličiny získa priamo bez
nutnosti merania ďalších veličín funkčne viazaných s veličinou meranou. Priamou
meracou metódou je napríklad stanovenie hmotnosti na mechanických váhach, meranie
dĺžky čiarkovými mierami a podobne.
27
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Nepriamou meracou metódou sa hodnota meranej veličiny získa meraním iných veličín
funkčne viazaných s meranou veličinou. Príkladom nepriamej meracej metódy je
meranie teploty odporovým teplomerom, meranie prietoku škrtiacim orgánom, meranie
tlaku kvapalinovým tlakomerom a podobne.
Podľa spôsobu merania sa meracie metódy delia na dve časti:
a) absolútnu (definičnú) meraciu metódu, ktorá sa zakladá na meraní veličín
obsiahnutých v definícii meranej veličiny.
b) porovnávaciu meraciu metódu, pri ktorej sa porovnáva hodnota meranej veličiny so
známou hodnotou veličiny rovnakého druhu alebo veličiny iného druhu, ktorá sa dá
transformovať na druh meranej veličiny.
Porovnávacie metódy sa ďalej delia podľa techniky merania, pričom poznáme:
1. priamu porovnávaciu metódu, pri ktorej sa meraná veličina priamo porovnáva
so známou hodnotou veličiny rovnakého druhu, napr. meranie rozmerov
čiarkovými mierami, meranie hmotnosti na rovnomerných váhach a pod.,
2. nepriamu porovnávaciu metódu, pri ktorej sa porovnávajú známe hodnoty inej
veličiny viazanej s meranou veličinou známym funkčným vzťahom. Ide
napríklad o meranie tlaku deformačným tlakomerom, meranie teploty
dilatačným teplomerom a pod.,
3. substitučnú metódu, pri ktorej sa meraná veličina nahrádza veličinou
rovnakého druhu so známou hodnotou, ktorá sa vyhľadá tak, aby boli rovnaké
údaje vyvolané na indikačnom zariadení. Ide napríklad o presné meranie dĺžok
pomocou koncových mierok a komparačného meradla,
4. kompenzačnú metódu, pri ktorej účinok veličiny neznámej hodnoty zrušíme
účinkom rovnakej veličiny, ktorej hodnotu poznáme. Ide napríklad o meranie
elektrického odporu kompenzátorom a podobne,
5. diferenčnú metódu, pri ktorej sa meraná veličina porovnáva s veličinou
rovnakého druhu a známej hodnoty málo sa líšiacej od hodnoty meranej
veličiny, pričom sa určuje rozdiel medzi nimi. Ide napríklad o váženie na
závažových váhach a podobne,
6. nulovú metódu, pri ktorej sa hodnota meranej veličiny stanoví na základe
rovnováhy nastavenej jednou alebo niekoľkými veličinami známych hodnôt,
pričom vzťah s meranou veličinou pri rovnováhe je známy. Ide napríklad
28
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
o váženie na decimálnych a mostových váhach, meranie elektrického odporu
pomocou mostíka a podobne. [14]
3.4 Príčiny vzniku nepresnosti obrábacieho stroja
Hlavným zdrojom nepresností, ktoré do celkovej bilancie pracovnej presnosti
obrábacieho stroja vnášajú vedenia pohyblivých uzlov, sú lineárne premiestnenia
a uhlové deformácie – naklopenia zapríčinené poddajnosťou stykových plôch (v prípade
klzných vedení), poddajnosťou stykových plôch a valivých teliesok (v prípade vedení
valivých), alebo poddajnosťou tlakového média (v prípade vedení hydrostatických,
pneumatických a servostatických). Okrem vyššie uvádzaných zdrojov nepresností sa na
výslednej hodnote pracovnej presnosti obrábacieho stroja podieľa celý rad ďalších
činiteľov:
1. Deformácie obrobku vyvolané reznými silami, resp. vlastnou tiažou
obrobku. Ďalším zdrojom nepresností je upnutie obrobku na stole, vo
vretene a pod. Do tejto kategórie môžeme zahrnúť aj nepresnosti upínacích
prípravkov.
2. Nepresnosti
transformačných
mechanizmov
v pohonoch,
resp.
servopohonoch výkonných činiteľov. Napr. v servopohonoch suportov
alebo stolov NC-strojov a obrábacích centier sa veľmi často využíva pre
transformáciu rotačného pohybu na priamočiary skrutkový mechanizmus
s valivým trením (guľôčková skrutka a matica). V tomto mechanizme, ako
vieme, sú zdrojom nepresností deformácie od osových síl a krútiacich
momentov, radiálne hádzanie, axiálne hádzanie, nepresnosti stúpania
závitu, vôle a nerovnomerné opotrebovanie.
3. Nepresnosti indexovania otočných stolov, revolverových nástrojových hláv
a pod. Tu sa vyskytujú uhlové odchýlky od presnej polohy, ktoré sú zavislé
od konkrétnej konštrukcie.
4. Teplotné deformácie jednotlivých častí stroja spôsobené vnútornými
zdrojmi (hnacie agregáty a pod.) a zdrojmi vonkajšími (z okolia stroja).
Tieto deformácie sú taktiež závislé od konkrétnej konštrukcie stroja, miesta
jeho inštalovania, ale aj (a to v podstatnej miere) od času.
29
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
5. Nepresnosti odmeriavacích zariadení priamočiarych alebo rotačných
pohybov. Tieto sú dané ich konštrukciou a konkrétny spôsobom použitia na
stroji.
6. Nepresnosti riadenia – sem patria všetky nepresnosti spojené napríklad
u číslicového riadenia s programovaním, interpoláciou a pod. u ostatných
spôsobov riadenia nepresnosti spôsobene s konštrukciou a montážou (tvar
činnej plochy vačky, rozostavenie narážok, tvar šablóny a pod.)
7. Nepresnosti nástroja – nepresnosti jeho tvaru a rozmerov, nepresnosti
nastavenia a upnutia nástroja, deformácie nástroja od rezných odporov,
opotrebovanie a pod.
Je zrejmé že uvedený stručný prehľad ďalších faktorov ovplyvňujúcich presnosť
práce nie je úplný a ani uzavretý. [7]
3.4.1 Nepresnosti vyplývajúce zo stavu stroja, nástrojov a prípravkov
Presnosť obrábacích strojov možno zhodnotiť z geometrického, kinematického
a dynamického hľadiska. Geometrická (alebo tzv. statická) presnosť stroja je
charakterizovaná odchýlkami od predpísanej vzájomnej polohy funkčných častí stroja.
Táto presnosť sa nazýva aj presnosť podľa Schlesingera. Pri meraní geometrickej
presnosti je vreteno aj ostatné mechanizmy stroja v pokoji. Pretože geometrické
odchýlky vzájomnej polohy jednotlivých uzlov stroja sa počas práce stroja menia,
presnosť obrábania môže byť podstatne iná ako geometrická presnosť stroja.
Kinematická presnosť stroja ja charakterizovaná odchýlkami skutočnej dráhy
mechanizmov od ideálnej. Pri tejto je stroj v prevádzke (alebo aspoň jeho mechanizmi
sa pohybujú), avšak nie je zaťažený reznými silami. Kinematické nepresnosti stroja sú
príčinou tvarových odchýlok obrobkov a vplývajú najmä na vzájomnú polohu
obrábaných plôch, na ich kolmosť, súosovosť a pod.
Dynamická presnosť stroja sa udáva odchýlkami vzájomnej polohy uzlov stroja pri
ich zaťažení silami, ktorá vznikajú pri obrábaní. Veľkosť týchto odchýlok ovplyvňuje aj
chvenie a teplota súčiastok. Aj nepresné nastavenie jednotlivých uzlov stroja je príčinou
tvarových odchýlok. Veľké opotrebenie stroja môže veľmi ovplyvniť presnosť
obrobkov, najmä ich geometrický tvar. Hoci správna obsluha stroja môže podstatne
znížiť nepresnosti dané stavom stroja, predsa presné obrábanie na málo presných
strojoch je spojené s veľkými časovými stratami a je málo efektívne. [4]
30
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
3.4.1.1
KAVS
Nepresnosť nástroja
Vplyv stavu nástroja na nepresnosť obrábania závisí od druhu nástroja. Rozmerové
nástroje (vrtáky, výstružníky, závitníky, zapichovacie nože, frézy na drážky a pod.)
bezprostredne odovzdávajú svoj rozmer súčiastke.
Tvarové nástroje (tvarové nože a frézy, tvarové brúsne kotúče) bezprostredne
odovzdávajú súčiastke svoj tvar. Rozmer súčiastky sa nastavuje nezávisle od tvaru
nástroja.
Obyčajné nástroje (komunálne sústružnícke nože, valcové a čelné frézy, ploché
brúsne kotúče a pod.) priamo ovplyvňujú iba mikrogeometrické odchýlky (drsnosť
povrchu). Na presnosť obrábania vplývajú iba nepriamo. Geometria nástroja ovplyvňuje
rezné odpory a opotrebenie reznej hrany, teda faktory od ktorých bezprostredne závisí
presnosť obrábania. [4]
3.4.1.2
Nepresnosť prípravkov
Upínacie prípravky určujú vzájomnú polohu nástroja a obrobku pri obrábaní.
Nepresnosť upínacích prípravkov môže byť preto príčinou tvarových i rozmerových
odchýlok obrábaných plôch. Tieto nezávisia od procesu rezania a preto ich možno
zvýšením presnosti upínacích prípravkov podstatne znížiť.
Upínacie sily môžu však deformovať obrábanú súčiastku alebo sa upínací
prípravok deformuje pôsobením rezného odporu. Takto vznikajú ďalšie nepresnosti,
ktoré však nezávisia bezprostredne od presnosti zhotovenia prípravku. [4]
31
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
4 Vplyv rezných podmienok na presnosť výroby
Vplyv posuvu. Skutočná drsnosť je v oblasti malých posuvov podstatne väčšia ako
teoretická a na rozdiel od nej sa pri zväčšovaní posuvu od určitej hodnoty nemení.
Príčiny sú v drsnosti skutočnej reznej hrany, plastických deformáciách reznej plochy
a v chvení. V oblasti celkom malých posuvov, ak vzniká chvenie, drsnosť môže byť
väčšia ako pr posuvoch väčších.
Vplyv polomeru hrotu. So zväčšovaním polomeru hrotu v súlade s teoretickou
drsnosťou klesá aj skutočná drsnosť, avšak len do určitej limitnej hodnoty polomeru,
kým nevzniká chvenie. Pri väčších polomeroch vzniká chvenie a skutočná drsnosť
a presnosť sa zhoršuje.
Vplyv reznej rýchlosti. Rezná rýchlosť nevplýva na teoretickú drsnosť. Skutočná
drsnosť vykazuje extrém v oblasti vzniku nárastku. Chvenie môže vyvolať ďalšie
extrémy.
Vplyv uhla čela. Závislosť drsnosti povrchu a uhla čela vykazuje minimum. Pri
malých uhloch čela drsnosť povrchu sa zhoršuje následkom väčších deformácií
obrábaného povrchu a vzniku samobudeného kmitania. Pri veľkých uhloch čela pevnosť
reznej hrany je malá a ľahko sa vyštrbuje. Režeme teda reznou hranou, ktorá je
podstatne drsnejšia ako je rezná hrana s optimálnym uhlom čela.
Vplyv opotrebenia. Opotrebením reznej hrany sa mení drsnosť reznej hrany,
polomer hrotu a šírka plôšky opotrebenia na chrbte nástroja. Závislosť drsnosti povrchu
od opotrebovania odráža všetky tieto vplyvy.
Vplyv hĺbky rezu pri malých hĺbkach rezu sa obrobený povrch vytvára
v povrchovej vrstve, ktorá bola predchádzajúcim obrábaním spevnená. Prejavuje sa tou
menšou drsnosťou povrchu ako pri väčších hĺbkach rezu, keď sa obrobený povrch
vytvára v nesprávnom materiály. V tejto oblasti zmena hĺbky erzu, ak nevyvoláva
chvenie, nevplýva na drsnosť povrchu. Väčšia hĺbka rezania podporuje vznik chvenia
čo má za následok aj vyššiu nepresnosť obrábania. [9]
4.1 Tuhosť technologickej sústavy
Podľa zákonov pružnosti a pevnosti môžu deformácie prechádzať v oblasti pod
medzou pružnosti, to sú tzv. pružné deformácie, alebo v oblasti plastických deformácií.
Pri konštruovaní strojových súčiastok treba dodržiavať zásadu, aby deformácie danej
32
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
súčiastky alebo sústavy neprebiehali v oblasti plastických deformácií, inými slovami
súčiastky sa dimenzujú na pevnosť. Pružné deformácie mnohých strojových súčiastok
a strojov zvyčajne nezaujímajú konštruktérov ani pracovníkov, ktorí sledujú prevádzku
strojov. [4]
V strojárskej technológií a v konštrukcií obrábacích strojov, prípravkov a nástrojov
sa venuje pozornosť aj pružným deformáciám; zaoberáme sa tu tzv. tuhosťou
technologickej sústavy stroj – obrobok – nástroj prípadne tuhosťou jej časti. Tuhosť
určitej sústavy vyjadruje v podstate jej odolnosť proti pružným deformáciám.
Technologickou
sústavou
rozumieme
väzbu
obrábacieho
stroja
s obrábaným
predmetom a nástrojom vrátane všetkých spojovacích článkov (skľučovadla, lunety,
prípravky, atď.).
Tuhosť technologickej sústavy stroj – obrobok – nástroj má veľký vplyv na
technológiu obrábania. Význam problematiky tuhosti technologickej sústavy treba
vidieť predovšetkým z nasledujúcich dvoch hľadísk:
1. tuhosť veľmi vplýva na presnosť. Sily vznikajúce v reznom procese
spôsobujú deformáciu technologickej sústavy, v dôsledku čoho tvar
a rozmery súčiastky po obrábaní sú iné, ako boli v prípade keby sa
technologická sústava nedeformovala.
2. Tuhosť technologickej sústavy súvisí so vznikom chvenia pri obrábaní.
Ako uvidíme neskôr, zvyšovanie tuhosti je jedným zo základných
prostriedkov vzniku škodlivého chvenia.
Ak sa zvyšuje tuhosť technologickej sústavy, možno zvyšovať aj rezné pomery
bez nebezpečenstva že sa zhorší presnosť a akosť povrchu obrobených súčiastok. Preto
každé opatrenie, ktoré vedie k zvýšeniu tuhosti, vedie súčasne aj k zvýšeniu
produktivity práce pri obrábaní resp. k podobným možnostiam. [4]
4.2 Nepresnosti dané podmienkami práce
V závislosti od použitých rezných podmienok pôsobia na jednotlivé členy sústavy
stroj – nástroj – obrobok menlivé sily, stroj, nástroj i obrobok sa ohrievajú a nástroj sa
opotrebúva. Vplyvom týchto faktorov sa mení vzájomná poloha členov sústavy stroj –
nástroj – obrobok a vznikajú tvarové a rozmerové odchýlky obrábaných plôch. Veľkosť
týchto odchýlok priamo súvisí s podmienkami obrábania. [4]
33
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
4.2.1 Vplyv poddajnosti sústavy stroj – nástroj – obrobok
Pri obrábaní pôsobia na obrobok a nástroj sily, ktoré vyvolávajú reakcie v uzloch
stroja, v pohone vretena a v posuvovom mechanizme. Tieto sily pružne deformujú
sústavu stroj – nástroj – obrobok. Tým sa pozmení vzájomná poloha reznej hrany
nástroja a obrobku a vznikajú odchýlky od ideálneho tvaru súčiastky. Keď sa nástroj
odtlačí od obrobku, neodreže celú nastavenú hĺbku rezu a skutočná obrábaná plocha je
vypuklejšia ako ideálna. V opačnom prípade vzniká vydutejší povrch. Poddajnosť
sústavy stroj – nástroj – obrobok podstatne vplýva na presnosť obrábania. Pri správnej
obsluhe stroja určuje 20 až 80 % celkovej odchýlky od nastaveného rozmeru.
Sily vznikajúce pri obrábaní majú na vzájomnú polohu reznej hrany nástroja a
obrobku rôzny vplyv. Preto vplývajú na presnosť obrábania takou mierou, akou
ovplyvňujú vzájomnú polohu nástroja a obrobku. Zložky rezného odporu ôsobia v troch
navzájom kolmých smeroch. Z hľadiska presnosti obrábania je však rozhodujúce iba
odtlačenie v smere normály na obrobený povrch, pretože odchýlky rozmerov sú im
priamo úmerné. Preto najväčší vplyv na presnosť na presnosť obrábania má zložka Fy.
Odtlačenia vyvolané v smere z alebo x o desatiny milimetra zapríčiní rádove menšie
tvarové a rozmerové odchýlky. Zložky Fz a Fx a sily, ktoré vznikajú v pohone stroja,
môžu však vyvolať odtlačenie v smere y. Tieto odtlačenia plnou mierou vplývajú na
zmenu obrobeného rozmeru. [4]
34
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
5 Návrh metodiky na analýzu nepresnosti
5.1 Opis experimentálneho zariadenia
Presnosť súčiastok obrábaných na NC a CNC strojoch závisí rozhodujúcim
spôsobom na presnosti stroja. Z tohto konštatovania plynú závažné dôsledky jednak pre
výrobcov, tak aj pre užívateľov CNC strojov. Výrobcovia sú požiadavkami zákazníkov
vedení k výrobe presných strojov, schopných dlhodobo naplno zachovávať garantované
parametre. Tieto parametre musia byť zároveň schopný dokladovať v súlade
s uznávanými medzinárodnými štandardami. Riešia sa tak problémy v oblasti kontroly
obrobkov,
nepodarkovosťou,
stratou
času,
zníženej
produktivity
a dlhodobo
nedostatočnej kvality.
Veľmi často sa stáva, že sa problémy zisťujú až po vyrobení pri prehliadkach
a kontrole presnosti. V tejto dobe je však už obvykle neskoro zabrániť produkcií
nepodarkov, alebo nákladom z dôvodu odstavenia stroja. Z tohto dôvodu vzniká
zásadná potreba kontrolovať presnosť stroja ešte predtým, než je zahájená výroba
jednotlivých dielcov.
Systém QC10 je rýchlo a ľahko použiteľný pre dielenské meranie. Užívateľom
ponúka možnosť sledovať presnosť ich strojov a s predstihom plánovať ich údržbu.
Zvyšuje efektivitu výroby a zlepšuje konkurencieschopnosť firmy. Väčšina
inštitúcií
poskytujúcich
kalibračné
služby
ho
považuje
za
kľúčové
zariadenie. Zabezpečovacie náklady sa vrátia často v priebehu niekoľkých mesiacov
alebo dokonca hneď pri prvej zákazke. Renishaw ballbar QC10 je už viac ako 15 rokov
najlepšou a najpraktickejšou metódou rýchlej kontroly funkcie polohovania stroja.
Tento systém predstavuje najrýchlejší, najjednoduchší a najefektívnejší spôsob
sledovania stavu obrábacieho stroja. Sada kalibračného systému predstavuje úplné,
výkonné a zároveň prenosné riešenie – stačí len pripojiť PC. [8]
35
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr. 5.1 Systém Renishaw QC10 ballbar
Kalibračný systém Renishaw QC10 predstavuje ideálne a univerzálne riešenie
nielen pre 3-osé obrábacie centrá. Presnosť stroja sa pomocou neho dá overiť
testom trvajúcim 10 minút. Tento prenosný systém predstavuje najrýchlejší,
najjednoduchší a najefektívnejší spôsob sledovania stavu obrábacieho stroja.
Výkonná softwarová analýza umožňuje automatickú diagnostiku konkrétnych chýb
stroja. Jednotlivé chyby sú usporiadané podľa významu z hľadiska celkovej
presnosti stroja. Celková presnosť stroja je vyhodnocovaná podľa kruhovitosti
a presnosti polohovania. Určenie konkrétnych chýb stroja umožňuje efektívnu
a cielenú údržbu, vďaka ktorej možno minimalizovať prestoje. [8]
Obr. 5.2 Systém Renishaw QC10 ballbar
36
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Systém Renishaw QC10 ballbar je nástroj pre jednoduchú a rýchlu kontrolu
polohovania CNC obrábacieho stroja. Skladá sa z analógového snímača umiestneného v
teleskopickej tyči zakončenej guľôčkou, adaptéru ktorý je možné upevniť na obrábacom
stroji a softwaru.
Obr. 5.3 Práca systému Renishaw QC10 ballbar a zapisovanie odchýlky do softwéru
Pre meranie pomocou QC10 ballbar vykonáva vreteno stroja kruhovú interpoláciu.
Malé odchýlky v polomere tohto pohybu sú merané analógovým snímačom v systéme.
Z nameraných hodnôt systém automaticky detekuje a diagnostikuje odchýlky geometrie
stroja, chyby pohybu a polohovania vretena. Systém, ktorý je uznávaný mnohými
medzinárodnými normami pre testovanie presnosti obrábacích strojov používajú
užívatelia a výrobcovia obrábacích strojov. Mnohé firmy poskytujúce kalibračné služby
ich používajú ako kľúčové zariadenia. [8]
Meranie pomocou QC10 ballbar
Inštalácia prebieha rýchlo a jednoducho
pomocou
softwaru
pracujúceho
v prostredí Windows. Software vykonáva obsluhu jednotlivými krokmi. Kalibračný
systém je pomocou magnetov upevnený medzi dva guľové kĺby. Pre konkrétny test je
potrebné pripraviť jednoduchý program pre kruhovú interpoláciu s príkazmi G02 a G03.
Stroj následne prevedie dva kruhové oblúky. Jeden v smere a druhý v protismere
hodinových ručičiek. Systém QC10 meria v teste presne akékoľvek odchýlky
v kruhovom oblúku. Dáta sú následne z kalibračného systému odoslané priamo do
počítača cez štandardné rozhranie RS232. Software Ballbar 5 potom analyzuje dáta
v súlade s normami ISO230-4, ASME B5.54-B5.57, alebo JIS B6194, ktoré sa týkajú
presnosti stroja. Tvar grafu vykresleného na obrazovke indikuje hlavné zdroje chýb
stroja.
Výkonná
softwarová
analýza
umožňuje
automatické
diagnostikovanie
konkrétnych chýb stroja. Jednotlivé chyby sú usporiadané podľa významu z hľadiska
celkovej presnosti stroja. Celková presnosť stroja vyhodnocovaná podľa kruhovitosti
37
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
a presnosti polohovania. Určenie konkrétnych chýb stroja umožňuje efektívnu a cielenú
údržbu stroja, vďaka ktorej je možné minimalizovať prestoje. Pomocou aktívneho
odkazu je možné prejsť do príslušnej časti užívateľskej príručky online. V príručke sú
vysvetlené možné príčiny jednotlivých typov chýb stroja a zároveň je tu uvedený návrh,
ako by bolo možné danú chybu najlepšie odstrániť. Protokoly na obrazovke je možné
vytlačiť, alebo archivovať pre prípad budúceho použitia. Sledovaním stavu stroja je
možné plánovať programy údržby.
Obr. 5.4 Software systému Renishaw QC10 ballbar
Aplikácia Ballbar QC 10
Kalibračný systém je neobyčajne univerzálny nástroj určený pre použitie u veľkej
rady strojov. Štandardný systém je možné používať pre testovanie horizontálnych aj
vertikálnych strojov CNC s dvomi, alebo tromi osami (napr. horizontálne a vertikálne
obrábacie centrá, stroje na rezanie laserom, atď.) S použitím prídavného príslušenstva je
možné pomocou kalibračného systému QC10 testovať ďaleko viac typov strojov.
Pre dvojosé aplikácie CNC sa používa špeciálny prípravok – adaptér pre vertikálne
sústruhy.
To
umožňuje
využívať
diagnostiku
kalibračného
systému
QC10
u štandardných dvojosích strojov (napr. stroje pre automatickú manipuláciu
s materiálom, stroje pre rezanie laserom a vertikálne sústruhy). 360º adaptér pre sústruh
umožňuje využívať kalibračný systém QC10 na väčšine CNC sústruhov. Rovnako ako
u obrábacích centier je možné taktiež vykonávať
úplnú diagnostiku sústruhov. Stroje
CNC s kratšími osami je možné testovať pomocou sady s príslušenstvom pre menšie
polomery. Ďalej je možné u väčšiny sústruhov vykonávať zložitejšie analýzy
kontrolných systémov servomotorov. [8]
38
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr. 5.5 Kalibračný systém QC10 ballbar, adaptér pre vertikálne sústruhy, 360º adaptér pre
sústruh, prípravná sada pre malé polomery
Diagnostické možnosti
Analýza kruhovitosti podľa ČSN ISO 230-4
Nekruhovitosti podľa ASME B 5.57
Obr. 5.6 Software systému Renishaw QC10 ballbar s vykreslením jednotlivých odchýlok
Jednou z možností je uskutočniť analýzu odchýlok kruhovitosti a kvantifikovať
podiel jednotlivých možných príčin na celkovej odchýlke. Konečný výsledok
diagnostiky je potom daný percentuálnym podielom, prípadne absolútnou hodnotou
vplyvu jednotlivých chýb na celkovej chybe presnosti. Všetky tieto výsledky je možné
39
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
spoľahlivo doložiť výpismi uvedenými v protokole z merania, ktoré obsahuje nižšie
uvedené prílohy :
diagnostický graf s percentuálnou kvalifikáciou podielu zložiek
diagnostický graf s absolútnou kvalifikáciou podielu zložiek v µm
Diagnostickým meraním neovplyvňujúcim priebeh výroby je možné zistiť vplyv
skutočného oneskorenia serva, chybu mŕtveho chodu v detekovaných osiach, chybu
nastavenia serva, chybu priečnej vôle, cyklickú chybu, chybu kolmosti (pravouhlosti),
chybu priamosti, chybu nastavenia odmeriavania a celkový stav nastavenia pohonov
všetkých osí. Stroj je možné testovať vo všetkých rovinách. Sledovaním trendu vývoja
presnosti strojov a diagnostika opakovateľnosti sú ošetrené diagnostickými blokmi :
analýza trendov
maximálna opakovateľnosť
štatistická opakovateľnosť
Ďalšou prednosťou tohto systému je možnosť vytvárať archív z uskutočnených
meraní a tým získať kontinuálny pohľad na vývoji parametrov stroja. Nasadením tohto
typu diagnostiky je možné sledovať trendy vývoja presnosti NC a CNC strojného parku.
Je možné určiť, ktorý stroj je schopný splniť požiadavky na presnosť daného typu
súčiastky.
Touto klasifikáciou a jej periodickým opakovaním je možné znížiť náklady na
nepodarky vzniknuté zlým dorazením výrobku na stroj. Ďalej je možné znížiť náklady
vzniknuté odstránením stroja, pretože sledovaním trendu vývoja presnosti je možné
stanoviť potrebu opravy skôr, než dôjde k závažnejšej poruche. Oprava je menej
nákladná predovšetkým je minimalizovaná doba nutného odstavenia stroja. [8]
Tab.1 Parametre systému
Rozlíšenie
Presnosť senzoru kalibračného systému
Maximálna snímacia frekvencia
Predĺženie
Prevádzková teplota
40
0,1 μm
±0,5 μm (pri 20 °C)
250 hodnôt za sekundu
50mm, 150mm, 300mm
0 °C – 40 °C (32-104F)
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
6 Experimentálna časť
6.1 Príprava vzoriek
Na prípravu vzoriek sme použili východiskový materiál 11500.3. Z tohto
polotovaru o rozmeroch 2000 x 2000 mm a hrúbke 15 mm sme na páliacom stroji typu
RS 131 východiskový polotovar narezali na 9 častí o rozmeroch 300 x 285 mm. Ďalej
nasledovalo zarovnanie čiel a bočných hrán vzoriek na vertikálnej frézke FA4AV
čelnou valcovou frézou o priemere Ø100 mm. Ďalej sme vzorky prebrúsili z obidvoch
strán z rozmeru 15 mm na rozmer 13 mm na magnetickej brúske typu BRH40B. Všetky
ďalšie operácie sme vykonávali na CNC obrábacom stroji HURCO typu VMX 30t.
Poslednou operáciou pripravovanej vzorky bolo vyfrézovanie otvoru o priemere
200mm. Ako nástroj bola použitá dvojzubá fréza z tvrdokovu o priemere 14mm.
Celkovo bolo pripravených sedem vzoriek, kde jedna vzorka bola pripravená ako
náhradná vzorka.
Obr. 6.1 Rozmery vzorky po obrábaní
6.2 Popis merania
Meranie sme uskutočnili na CNC vertikálnom obrábacom centre HURCO typu
VMX30t. Pre daný CNC obrábací stroj sa koncepčne uvažuje o využití na väčšie
obrobky, je tu teda obrovský nárast sily, vhodný pre hrubovanie, ale aj pre iné
technologické možnosti. Meranie bude prebiehať v dvoch polohách a to v polohe
centrálnej a v polohe okrajovej. Za polohu centrálnu považujeme polohu využívanú a za
polohu okrajovú považujeme polohu v pravej hornej časti obrábacieho stroja, ktorá sa
na obrábanie súčiastok nevyužíva. Týmto meraním chceme potvrdiť, prípadne vyvrátiť
41
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
predpoklad, že ak budeme vzorky obrábať v rôznych miestach pracovného stola, ich
presnosť bude totožná.
Tab.2 Technické parametre CNC obrábacieho stroja HURCO
Technické parametre VMX 30 t Rozjazd (X‐Y‐Z) 760 ‐ 510 ‐ 610 mm Výkon vretena 13 kW Otáčky vretena 12 000 ot./min Rozmery stola 1020 x 510 mm Maximálna váha obrobku 1000 kg Rýchlosti rýchlo posuvu v X/Y/Z Krútiaci moment 35 / 35 / 30 m/min 214 Nm pri 600 ot./mi Štandardné vreteno s kužeľom SK40 24 nástrojov Riadiaci systém UltiMAX s dvoma obrazovkami Obr.6.2 Obrábacie centrum HURCO VMX 30t
6.3 Priama metóda merania
Priama metóda merania je metóda merania, kde meranie prebieha priamo na
obrábacom CNC stroji. Merať sa bude v nezaťažených podmienkach.
42
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Meranie presností bolo merané pomocou meracieho zariadenia Ballbar QC10 od
firmy Renishaw.
Postup merania prebiehal nasledovne:
•
Na pracovný stôl umiestnime magnetický stredový držiak.
•
Do vretena obrábacieho stroja upneme magnetickú misku.
•
Medzi
magnetický
stredový
držiak
a magnetickú
misku
umiestnime
prevodníkový prvok ballbar o dĺžke 100 mm. Prevodníkový prvok ballbar je
prepojený so snímačom, ktorý je umiestnime na konštrukciu obrábacieho stroja.
•
CNC vertikálne obrábacie centrum sme naprogramovali pomocou generátora
ručného programovania Ballbar, ktorý automaticky vytvorí ručný program
odpovedajúci ovládaciemu systému stroja, tak aby opisoval kružnicu dvakrát
v smere hodinových ručičiek (CW) a dvakrát protismere hodinových ručičiek
(CCW).
•
Po overení programu spustíme v počítači softvér ballbar a následne spustíme
program na stroji. Po ukončený programu na obrábacom stroji, vykreslí softvér
ballbar odchýlku kruhovitosti pri nezaťaženom stroji.
Pri priamej metóde budeme zisťovať presnosť CNC obrábacieho stroja. Pracovný
stôl pri priebehu skúšky merania kopíruje kružnicu 100mm, kde prevodníkový prvok
ballbaru má dĺžku 100mm a otáča sa okolo osi vretena (obr.6.3). Meranie prebiehalo pri
teplote 20,65°C a atmosférickom tlaku 0,97 bar. Meracie zariadenie ballbar sa
predovšetkým používa na preventívnu údržbu a na identifikáciu problémov na
obrábacom stroji. Obvykle sa dajú problémy zistiť ešte skôr ako sa použije ballbar test
a to kontrolným premeraním súčiastok meracím zariadením, prípadne opticky, kde bude
vidieť zhoršenú drsnosť obrobku. Čo sa týka presnosti meracieho zariadenia ballbar, tak
je aj nie je presný. Treba mať na pamäti, že meranie prebieha v nezaťažených
podmienkach. Výrobca by mal ale zaručovať zhodu medzi meraním bez záťaže a zo
záťažou a taktiež zhodu pri obrábaní v rôznych miestach pracovného stola obrábacieho
stroja. Ďalšie podrobnosti o systéme Ballbar QC 10 sú uvedené v predchádzajúcej
kapitole
43
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr.6.3 Spôsob zapojenia ballbaru
6.4 Nepriama metóda merania
Nepriama metóda merania spočíva obrobení vzoriek na obrábacom CNC stroji
a následnom vyhodnotení pomocou diagnostického zariadenia Talyrond 73. Na začiatku
sa upla vzorka do čeľusti zveráku, kde sa z priemeru 200 mm odfrézovalo 0,5mm. Pri
frézovaní bola použité rôzne hĺbky rezu 0,2mm a 1mm a konštantné otáčky 3000
ot./min pre všetky vzorky . Rýchlosť pohybu nástroja bola rôzna pre všetky vzorky.
Frézovalo sa pri pohybe nástroja 500, 1000 mm/min. Celkom sa frézovalo šesť vzoriek
v jednej polohe. Ako nástroj bola použitá dvojzubá fréza z tvrdokovu o priemere 14mm.
Kvôli deformácií obrobku, ktorá bola spôsobená upnutím vo zveráku, sme začali upínať
vzorky s úpinkami. Tomuto zisteniu sme prišli po premeraní vzoriek na meracom
zariadení Talyrond 73 a následnom vyhodnotení. Výsledná odchýlka kruhovitosti pri
vzorkách upnutých do zveráku, mala ovál pretiahnutý v osi y. Pre overenie chyby sme
ďalšie meranie vykonali na dynamometri, kde sme zisťovali veľkosť síl pôsobiacich na
obrobok pri upnutí vo zveráku. Toto meranie je rozpracovane v nasledujúcej
podkapitole 6.4.1.
Na obrobených vzorkách sme vyhodnocovali odchýlku kruhovitosti na priemere
199 mm pomocou diagnostického zariadenia Talyrond 73. Meranie prebiehalo pri
konštantnej teplote 18,6°C.
Talyrond 73 je extrémne presný merací prístroj kruhovitosti rotujúceho typu
pick-up. Konštrukcia prístroja umožňuje analýzu kruhovitosti s vysokou presnosťou,
44
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
ktorá má byť vykonaná rýchlo a jednoducho. Vysoká presnosť rotačného vretena v
kombinácii s nástrojom umožňuje vykresliť polárne grafy až s 20 000 násobným
zväčšením.
Obr.6.4 Meranie na Talyronde 73
6.4.1 Meranie zložiek síl pôsobiacich na obrobok v čeľustiach zveráka
Poznatky o veľkosti síl pôsobiacich pri uchytení obrobku do zveráku a ich priebehu
sú potrebné nielen pre teoretické objasnenie vplyvu na proces obrábania, ale
skúmanie síl pôsobiacich na obrobok má aj praktický význam. Teoretické poznatky
o silách pôsobiacich na obrobok počas procesu obrábania umožňuje spresňovať
teórie o vedľajších vplyvoch na obrobok počas procesu obrábania.
Pre zistenie síl pôsobiacich na obrobok pri upnutí do zveráku v danom
prípade použijeme metódu merania zložiek síl F1 a F2 (obr.5.5) pomocou
piezoelektrického dynamometra KISTLER typ 9255A. Schéma zapojenia merania
pri pôsobení zveráku na obrobok je zobrazená na obr. 27 Dynamometer pracuje na
princípe piezoelektrického javu. Z kryštálu polovodiča sa vyreže platnička, ak ju
podrobíme zaťaženiu ťahom alebo tlakom v smere elektrickej osi, ktorá je kolmá na
optickú os, potom platnička aj molekuly kryštálu sa deformujú a na protiľahlých
plochách kryštálu vznikne rovnako veľký náboj rôznej polarity.
45
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr.6.5 Uchytenie vzorky vo zveráku
Obr.6.6 Piezoelektrický dynamometer používaný pre frézovanie
Pre správne meranie je treba najskôr nakalibrovať dynamometer, ktorý je
upevnený na pracovnom stole lisu LRH 3. Dynamometer kalibrujeme 10kg
závažím. Pri pôsobení sily lisu na obrobok, teda aj na dynamometer, sa vytvára
elektrický náboj, ktorý vedie do zosilňovača typu 5006. Elektrický náboj zosilňuje
pre každú zložku zvlášť a tiež sa zvlášť vyhodnocuje. Takto zosilnený náboj sa
privádza na analógový indikátor typu 5506, kde sa odčíta príslušné zosilnené
napätie, ktoré sa po kalibrácii prekonvertuje na silu v [N]. Po odčítaný výsledkov
z grafu(viď. Graf 6.8) optickou metódou a urobení aritmetického priemeru nám
vyšla deformácia dosky 1 μm pri pôsobení sily 36 N. [5]
46
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr.6.7 Schéma zapojenia na meranie zložiek síl pôsobiacich pri upnutí do zveráku
Obr. 6.8 Graf závislosti pôsobenis sily a deformácie
Obr.6.9 Obrázok merania deformácie obrobku
47
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
6.5 Vyhodnotenie priamej metódy merania
Pri vyhodnocovaní výsledkov merania sme použili softvér ballbar od firmy
renishaw. Vyhodnocovali sme odchýlku kruhovitosti pri nezaťaženom stroji. Softvér
obsahuje etalóny, podľa ktorých vyhodnocujeme chyby stroja. Chyby sú vyjadrené
percentuálnym pomerom. Pre porovnanie s nepriamou metódou merania sme chceli
urobiť harmonickú analýzu, ale softvér od ballbaru neumožňuje urobiť takúto analýzu
a ani číselné hodnoty zo súborov, ktoré zapisuje ballbar sa nám nepodarilo previesť na
harmonické zložky sme museli samostatne vyhodnotiť priamu a samostatne nepriamu
metódu merania. Pri priamej metóde sme hodnotili chyby stroja na základe grafu
odchýlky kruhovitosti ktorý nám vykreslil softvér od ballbaru.
Obr. 7. Graf kruhovej interpolácie s nameranými hodnotami
Ako vidíme z obrázku najväčší percentuálny podiel na má mŕtvi chod v smere Y.
Axiálna vôľa v smere osi Y je kladná 5,6µm a 2,9µm. Táto chyba môže byť zapríčinená
vôľou v pohone osi stroja. Tá býva obvykle zapríčinená pohybom voľného konca
guľkovej skrutky alebo opotrebením pohybovej matice. Vo vedení stola môže byť vôľa,
ktorá pri zmene smeru pohybu spôsobuje omeškanie v pohybe. Relatívna chyba
odmeriavania môže byť spôsobená tým že u jednej z osí stroja dochádza vzhľadom
k inej osi k predbehnutiu alebo nedobiehavosti. Stroj môže mať bočnú vôľu, ktorá pri
pohybe u osi X alebo u osi Y spôsobuje bočné hádzanie v rovine testu. Dôvodom je
nepriamosť alebo nedostatočná tuhosť vedení osí. Dôsledkom relatívnej chyby
odmeriavania je , že súčiastky obrábané na obrábacom stroji budú vykazovať rozmerové
48
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
chyby. Nezhoda servopohonu stola stroja má veľkosť 0,21ms. Táto hodnota vyjadruje
predbiehanie jedného serva osi stroja voči druhému. Nezhoda servopohonu stola
nastane v prípade nezhody zosilnenia polohovej slučky interpolujúcich osí. Dôsledkom
je predstih jednej osi pred druhou, čo spôsobuje oválny tvar grafu. Dôsledkom je
nezhody servopohunu stola je, že interpolované kruhy budú oválne. Obecne platí že so
vzrastajúcim posuvom bude narastať oválnosť interpolovaného kruhu. Oneskorenie
servopohonu stola stroja má hodnoty záporné v osi x a ich velkosti sú – 1,4µm a - 3µm.
Táto chyba môže nastať vtedy ak dochádza k pohybu osi v jednom smere, po ktorom
má nastať obrat a pohyb v opačnom smere, môže v bode obratu namiesto plynulej
zmeny chodu dôjsť k chvíľkovému zastaveniu. Amplitúda cyklickej chyby v osi x má
kladne hodnoty 2,9µm a 1,5µm. Táto chyba môže byť zapríčinená celým radom
možných príčin:
•
Stúpanie závitu guľkovej skrutky je nerovnomerné , čo namiesto rovnomerného
pohybu spôsobuje cyklický pohyb osi.
•
Odmeriavací systém môže byť uchytený excentricky.
•
Guľková skrutka môže byť uložená excentricky.
Pokiaľ sa cyklická chyba vyskytne u vertikálnej osi iba v jednom smere, je
pravdepodobné, že chyba je vo vyvažovacom mechanizme stroja. Ďalšie chyby ktoré sa
vyskytli na stroji sú znázornené na obrázku 7.1
49
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr. 7.1 Graf odchýlky nekruhovitosti
6.6 Vyhodnotenie nepriamej metódy merania
Vyhodnotenie nepriamej metódy prebiehalo na meracom zariadení TALYROND
73 v metrologickom laboratóriu. Vyhodnocovali sme vzorky po obrábaní, na ktorých
sme merali odchýlku kruhovitosti na obrobku do ktorého sa vyfrézoval otvor o priemere
200 mm. Meralo sa šesť vzoriek z toho tri vzorky boli obrobené pri rýchlosti pohybu
nástroja 500 mm/min a pracovným posuvom 0,2 mm a ďalšie tri vzorky boli obrobené
pri rýchlosti nástroja 1000 mm/min a pracovným posuvom 1mm. Výsledky z talyrondu
73 sme spracovali tak aby sme mohli matematicky vyjadriť odchýlku kruhovitosti.
Výstupom z talyrondu sú polárne grafy pri ktorých sme analyzovali odchýlku
kruhovitosti, a tieto polárne grafy sme ďalej spracovali do harmonickej analýzy aby sme
vedeli porovnať vplyv rezných podmienok na presnosť obrobkov.
Ako prvú vzorku sme merali obrobok, ktorý bol pri obrábaní uchytený v čeľustiach
zveráka. Pri vyhodnocovaní vzorky nám vyšiel veľký ovál, kde bolo zrejmé, že sa jedná
o stlačenie vzorky (obr. 7.1.1). Podľa výsledkov, ktoré nám vyhodnotil program je ovál
dva krát väčší ako u ostatných vzoriek, čo sme potvrdili aj pri meraní na dynamometri.
50
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
S dynamometrom sme tieto výsledky potvrdili a uistili sa, že všetky testované vzorky
treba upnúť do úpiniek, aby sme eliminovali ovál vzorky.
Aby sme zistili do akej miery ovplyvňuje tuhosť konštrukcie vretena odchýlku
kruhovitosti, zmerali sme jeho tuhosť. Z výslednej tuhosti sme určili podiel aký má na
nepresnosti obrobených vzoriek. Tuhosť vretena stroja sme namerali posunutie 5μ pri
pôsobení 100N. Táto sila pôsobí pri zaťažení stroja, teda táto zložka sa nám neprejavila
pri priamom meraní. Preto pri meraní nepriamou metódou treba počítať i s ďalšími
vplyvmi, ktoré ovplyvňujú celkový výsledok merania.
Ako vidieť na obr. 7.6 meraná vzorka s nižším posuvom nám vyšla presnejšie ako
vzorka s vyšším posuvom. Toto porovnanie pre väčšiu prehľadnosť sme uviedli aj do
tabuľky (viď tab.3)
V tomto tvrdení nás uistili aj harmonické zložky ktoré sme
usporiadali do grafu. Na vyhodnocovaných obrázkoch obr. 7.2 a 7.4 v hornej polovici
máme zobrazené maximálne výstupky, ktoré predstavujú nábeh nástroja pred
obrábaním. V dolnej polovici týchto obrázkov sme nábeh nástroja odstránili v programe
ROFORM ktorý sa dodáva k diagnostickému zariadeniu TALYROND 73 aby sme
zmenšili maximálnu odchýlku kruhovitosti a výsledky celkovej odchýlky kruhovitosti
boli presnejšie.
Obr. 7.2 Odchýlka kruhovitosti pri posuvoch 0,2 mm a 1 mm
51
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr. 7.3 Graf harmonických zložiek pri posuvoch 0.2 mm a 1 mm
Obr. 7.4 Graf harmonických odchýlky kruhovitosti po odstránení druhej harmonickej
52
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Obr. 7.5 Graf harmonických zložiek od tretej po deviatu harmonickú
Obr. 7.6 Graf odchýlky kruhovitosti vzorky uchytenej vo zveráku
Tab. 3 Základné parametre odchýlky kruhovitosti
53
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
Posuv
∆Z
Zp
Zv
φv
O
KAVS
0,2mm,
1mm,
500mm/min 1000mm/min
17 µm
34,3 µm
10 µm
20,7 µm
6,94 µm
13,6 µm
239 45
232 33
24,5 µm
47,2 µm
amplitúda harmonickej zložky
3
1000mm/min posuv
1mm/min
2,5
500mm/min posuv
0,2mm/min
2
1,5
rozdiel
1
0,5
0
-0,5
-1
3
4
5
6
7
8
9
harmonické zložky kruhovitosti
Obr. 7.7 Porovnanie harmonických zložiek posuvov
amplitúda harmonickej zložky
3
1000mm/min posuv
1mm/min
2,5
500mm/min posuv
0,2mm/min
2
1,5
rozdiel
1
0,5
0
-0,5
-1
3
4
5
6
7
8
9
harmonické zložky kruhovitosti
Obr. 7.7 Porovnanie harmonických zložiek posuvov po odstránení druhej harmonickej
54
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Výrazný podiel na veľkosti druhej harmonickej ako sme predpokladali má veľkosť
posuvu. Na obr. 7.4 Sme odstránili druhú harmonickú zložku kvôli tomu aby sme
podstatne znížili oválnosť grafu. Ako vidíme z grafu po odstránení druhej harmonickej
sa nám podarilo znížiť nepresnosť v obidvoch posuvoch. Druhá harmonická zložka je
výsledkom nábehu nástroja, preto je potrebné pri diagnostike sa venovať druhej
harmonickej zložke, pretože tá časť oválu je dominantná. Na obr.7.7 vidíme
dominantnú štvrtú harmonickú zložku, ktorá až tak výslednú odchýlku kruhovitosti
neovplyvnila ako druhá harmonická. Druhá harmonická nám ovplyvňuje nielen
maximálnu odchýlku kruhovitosti, ale aj maximálny výstupok a ovál, teda hodnoty,
ktoré sú pre správne vyhodnotenie pre nás dôležité. Preto sa musíme snažiť čo najviac
eliminovať druhú harmonickú. Táto eliminácia by mala spočívať v tom, že by sa zlepšil
nábeh nástroja do obrobku. V našom prípade boli súčiastky obrábane spôsobom kedy
nástroj prišiel do miesta obrábania, vnútorného priemeru vzorky, kde zastavil a začal
obrábať. Vtedy nástroj vtiahne a vznikne nábeh nástroja, ktorý nám nepriaznivo
ovplyvňuje celkovú odchýlku kruhovitosti, teda aj harmonické zložky. Preto
najideálnejší spôsob ako nabiehať nástrojom do obrobku je plynule, kde nástroj nabieha
do obrobku plynule a pri vychádzaní vystupuje na inom mieste, ale spôsobom ako do
obrobku vchádzal. Túto metódu nazývame trochoidný nábeh. Ďalšie harmonické zložky
nám ďalej potvrdzujú, že jednotlivé odchýlky sú natoľko malé že ich môžeme
považovať za totožné. Pri pohľade na tab vidíme že základné parametre odchýlky
kruhovitosti sú pri posuve 1mm približne dvojnásobne väčšie ako pri posuve 0,2 mm.
Z toho vyplýva že veľkosť posuvu výrazne ovplyvňuje presnosť obrábacieho stroja,
preto by sa malo obrábať pri nižších rezných posuvoch.
55
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Záver
Cieľom mojej diplomovej práce bolo zistiť vplyv rezných podmienok na presnosť
obrobkov. Na záver môžeme zhodnotiť, že pri analyzovaní presnosti stroja pri rôznych
veľkostiach posuvov, sme došli k záveru, že pri väčších posuvoch stroj pracuje menej
presne ako pri posuvoch menších, čiže aj presnosť obrobku je nižšia. Pri vyššom posuve
sa nám odchýlka kruhovitosti zväčšila približne dvojnásobne čím sa zväčšila výsledná
chyba vzorky. Aj keď sa nám chyba zväčšila, nevieme posúdiť či je táto chyba natoľko
veľká, aby sme vedeli povedať že na stroji treba vykonať neplánovanú opravu, alebo
stroj ponechať v prevádzke, pretože nemáme k dispozícií etalóny podľa ktorých by sme
to vedeli posúdiť.
Pri priamej metóde merania sme zistili rôzne chyby na stroji ako je napríklad
axiálna vôľa v smere osi y, chyba polohovania stola, nezhoda serva, ktoré sa nám
prejavili aj pri meraní nepriamou metódou, kde sme merali vplyv rezných podmienok
na presnosť obrobkov na meracom zariadení TALYROND 73. Na výslednej chybe sa
podstatne prejavila aj chyba polohovania stola, ktorá bola naklonená o proti osi y o 45
, čo znamená predbiehanie jedného serva voči druhému. Toto tvrdenie nám potvrdili
aj etalóny z ballbaru. Zo zvyšovaním posuvu sa nám zhoršuje aj drsnosť obrobenej
súčiastky. Pri nepriamej metóde sme zamerali na druhú harmonickú zložku. Táto bola
spôsobená zlým nábehom nástroja do obrobku. Pri nepriamej metóde sme tiež zistili, že
pri obrábaní súčiastok pri ktorých sa obrába vnútorný priemer je vhodnejšie použiť
úpinky a nie zverák, čo sme si overili aj meraním na dynamometri, nám spôsobuje ovál
vnútorného priemeru. Kedže sme zistili chybu polohovania na stroji, tak pre budúcnosť
by som odporúčal pravidelne kontrolovať stroj na meracom zariadení ballbar QC 10,
ktorý slúži na rýchlu a jednoduchú diagnostiku a dáva nám približnú predstavu o stave
stroja.
Vízia do budúcnosti je namiesto bežných CNC obrábacích strojov použiť HSC
CNC obrábacie stroje, pretože pri HSC obrábaní môžeme použiť väčšie
a vyššie rýchlosti obrábania pri zachovaní požadovanej presnosti obrobkov.
56
posuvy
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Zoznam použitej literatúry
[1] BOROVIČKA, M., JANÁČ, A., GÖRÖG, A.: Metrológia. STU Bratislava, 2005.
65-71 s. ISBN 80-227-2198-0.
[2] BRENÍK, P., PÍČ, J.: Obráběcí stroje (základy konstrukce a výpočty). SNTL
Praha, 1970.
[3] BRYCHTA, J., NESLUŠAN, M., TUREK, S. et al.: Experimentálne metódy
v trieskovom obrábaní. EDIS Žilina, 2007. ISBN 978-80-8070-711-8.
[4] BUDA, J., BÉKÉS, J.: Teoretické základy obrábania kovov. Bratislava Alfa, 1977
[5] ČIERNY, M.: Hodnotenie efektívnosti brúsenia a identifikácia reznosti SG
brúsnych kotúčov. ŽU Žilina, 2002. 62–63 s. Dizertačná práca.
[6] GÖRÖG, A., CHARBULA, J., JANÁČ, A., LIPA, Z., PETERKA, J.:
Technológia obrábania a Metrológia – návody na cičenia. STU Bratislava, 2002.
ISBN 80-227-1711-8
[7] DEMEČ, P.: Presnosť obrábacích strojov a jej matematické modelovanie. Vienala
Košice, 2001. ISBN 80-7099-620-X
[8] ĎURICA, I.: Multiparametrická diagnostika CNC obrábacích strojov. ŽU Žilina,
2009. Dizertačná práca.
[9] NESLUŠAN, M., ČILLIKOVÁ, M.: Teória obrábania. EDIS Žilina, 2007. ISBN
978-80-8070-790-3
[10] PILC, J. ,STANČEKOVÁ, D.: Základy stavby obrábacích strojov.Žilina:EDIS,
2004.ISBN 80-8070-281-0
[11] http://www.sjf.tuke.sk/kvtar/1/files/11_Nosne_a_Vodiace_Systemy_Vyrobnych_
Strojov.pdf
[12] http://www.kvt.sjf.stuba.sk/WEB/prednaskyVS/02_prednaska_VyrStroje_2_3_09.
pdf
[13] http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/1-1999/pdf/96-99.pdf
[14] http://ccdec.tuke.sk/~terpak/Vyucba/Meranie_a_systemy_merania/denni/Pr_01.pd
57
Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita
KAVS
Prílohy
Príloha A:
CD médium – diplomová práca v elektronickej podobe pdf, prílohy v
elektronickej podobe výstupy z Talyrondu 73 a Ballbaru QC10
58
Download

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH