Obrábění II

Obrábění tvarových ploch prof. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Výrobek – tvarová plocha 2 Zvýšení funkčních vlastností obrobeného povrchu: vyloučení/snížení podílu dokončovacích metod broušení ekonomické / ekologické aspekty Zvýšení přesnosti výroby Snížení energetické náročnosti - topografie povrchu - 2D/3D drsnost -zbytkové napětí vysoce přesné VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 3www.vsb.cz VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 4 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Obrábění tvarových ploch - simulace a verifikace obráběcího procesu 5 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Soustružení tvarových ploch oNa NC a CNC strojích Dříve využívané metody: a) Sdruženými posuvy b) Tvarovými noži c) Kopírováním VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 7 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 8 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Dráhy nástrojů 9 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. c) frézování kopírováním •v sériové výrobě, např. při výrobě zápustek, vaček, apod. • vysoká přesnost, • možnost výroby velmi složitých tvarů, • relativně levné a jednoduché frézovací nástroje, • po seřízení stroje mohou práci vykonávat i méně kvalifikovaní pracovníci. 16 Frézování obrysové Frézování prostorové VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. d) pomocí otočného stolu • u tvarových ploch, které bývají určeny středovým úhlem, poloměrem, případně tam, kde je veliký poloměr zaoblení, otočný stůl je kruhová otočná deska, otočná kolem svislé osy, která má upínací drážky pro upínání obrobků. 17 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. • obrábění forem, zápustek a jiných tvarově složitých součástí otvářecích zápustek -forem pro lití, ostřižných nástrojů, onástrojů pro lisování plastů, atd. •vrůzných odvětvích strojního průmyslu -převážně pro automobilový a letecký průmysl snímek 18 Na NC a CNC strojích VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 19 Frézovací centrum 3osé a 5osé VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 20 Obrábění 3osé a 5osé VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 21 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění 22 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Základní rozdělení konstrukce víceosých obráběcích strojů • stůl-stůl (Víceosé stroje vyvozují rotační pohyby dvojitým otočným stolem. Primární otočný stůl nese sekundární.), •hlava-stůl (Víceosé stroje vyvozují rotační pohyby stolem, který nese obrobek a vřeteníkem s naklápějícím nástrojem.), •hlava-hlava (dochází k pohybu obráběcí hlavy stroje (vřetene) - jak v úhlu azimutu, tak elevaci. Obrobek je stacionární). 23 Zhlediska rozdělení pohybu mezi obrobkem-stolem a vřetenem-nástrojem: VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Kinematika stůl-stůl rotace náklon VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Kinematika stůl-stůl-kolébka rotace rotace VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 32 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 33 Popis os a pohybů určuje norma ČSN ISO 841 (ON 20 0604). • vychází se z pravotočivého pravoúhlého souřadného systému, • pravidla pravé ruky, (konečky prstů ukazují kladný smysl os) osa Z je osou hlavního vřetene Souřadnicový systém NC / CNC strojů Červená x Zelená y Modrá z VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 34 Víceosé obrábění •X, Y a Z hlavni osy pravoúhlého souřadného systému. •U, V a W přídavné osy, jsou rovnoběžné s hlavními osami. •A, B a C rotační osy VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 35 Příklad: 5osé frézovací centrum MCU 630 – 5x VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění 36 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění https://transform.dmgmori.com/en/why transformation-processintegrationmillturn?utm_source=dmgmori_produ ct&utm_medium=referral&utm_campa ign=mx-2023 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění 39 https://transform.dmgmori.com/en/why transformation-processintegrationmillturn?utm_source=dmgmori_produ ct&utm_medium=referral&utm_campa ign=mx-2023 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění 40 https://transform.dmgmori.com/en/why transformation-processintegrationmillturn?utm_source=dmgmori_produ ct&utm_medium=referral&utm_campa ign=mx-2023 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklady 5-osého obrábění https://transform.dmgmori.com/en/whytransformation-processintegration-millturn?utm_source=dmgmori_product&utm_medium=referral&utm_campaign=mx-2023 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 49 Obecný postup při tvorbě pracovního postupu v CAD/CAM systému Přiklad: a další VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. obrábění výrobek vstřikování plastu do formy Technologická příprava výroby – CAD – CAM systémů VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Standardní obrábění – 3osé a 5osé ae d ap Rth VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 52 Frézovací nástroje VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 53 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Steel and hardened steel Parts that become more and more complex with increasingly deep cavities as well as moulded and reinforcement ribs in plastic injection moulds and pressure die casting moulds necessitate the use of extra long tools with diameters that can be very small. Complex part geometries and various material characteristics place the highest demands on machining and tool life. Application examples: •Plastic injection mould •Pressure die casting mould Cast iron For designing, engineering and constructing mediumand large-sized cold forming tools, cast iron is often used due to material properties such as compressive strength and easy machinability. The main components here are mould plates and mould inserts. Here, MAPAL has a lot of experience with milling (2D and 3D) and drilling operations (drilling, reaming, thread cutting). Application examples: •Mould plates •Mould inserts Aluminium When it comes to pre-series or prototype moulds, it is not unusual to use materials that are easy to machine. Aluminium alloys or uriol (plastics) are often used. In these cases, solid carbide tools with positive and partly polished cutting edges, or better still, PCD-tipped tools ensure high productivity and short machining times. Application examples: •Pre-series moulds •Prototype moulds Components and workpiece material VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 55 Components and workpiece material Copper Manufacturing of electrodes for EDM processes requires machining of copper alloys and graphite materials. The selection of the electrode material depends on the requirements of the mould to be created. Copper alloys are comparatively expensive and are generally used for finishing the electrodes, when it comes to high surface quality and shape accuracy. Solid carbide end mills with special geometries by MAPAL guarantee highprecision machining results here. Application example: •Electrodes for spark eroding (EDM) Graphite Graphite has a highly abrasive effect on the tool and causes strong wear on the cutting edge. The profiles to be machined tend to burst with increasing wear. Therefore, a tool with suitable geometry and optimum cutting material is required. For machining graphite, MAPAL uses diamond-coated solid carbide tools or PCD-tipped tools. Application example: •Electrodes for spark eroding (EDM) VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Ukázky forem text 57 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 64 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Problematika frézování forem a zápustek 65 A) Tradiční proces. Nekalený polotovar (1), hrubování (2), předdokončení (3), kalení na požadovanou tvrdost (4), elektroerozivní proces (5), elektrodové frézování malých rádiusů a rohů, dokončování v místech s dobrou přístupností (6), ruční dokončení nepřístupných míst (7); B) Stejný průběh jako A), ale zde je elektroerozivní proces nahrazen dokončovacím frézováním v režimu HSC (5), úspora procesního kroku; C) Polotovar je rovnou zakalen na požadovanou tvrdost (1), hrubování (2), předdokončení (3) a dokončení (4). HSC lze zpravidla použít u všech obrábění (speciálně u nástrojů s malým průměrem). Úspora dvou procesních kroků. Ve srovnání s procesem A) činí časová úspora přibližně 30-40%. Nahrazeno plně automatickým dokončováním VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Opravy forem a zápustek • Odjehlování tvarových součástí a čištění návarů 66 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Volba nástroje pro obrábění podobných dílů 67 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Typické příklady obrábění tvaru kulovou frézou a) b) c) d) e) f) VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 69 Kopírovacího frézování na svislé a rovinné ploše VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Frézování kulovou frézou vs. toroidní frézou 70 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Použití vysokorychlostního frézování 71 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 72 Kónické frézy -frézy kruhového segmentu VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Použití frézy kruhového segmentu 73 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 80 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Výroba – přesnost -stopkové frézy KSF firmy Emuge Franken 81 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Teoretická drsnost povrchu při kopírovacím frézování příčný profil podélný profil VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 83 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Výpočty teoretické drsnosti u kopírovacího frézování 53 Rz Ra   a-d2 ppe aa  R a Rz e  8 2 1) e AA a R Ra )2sin2(10 23                  2 2 24 42 arcsinarccos e ee e AaR R a R a a R  kde: 2) 4 - - 2 22 e ad d Rz  3) kde: Ra průměrná aritmetická odchylka [µm], Rz největší výška nerovností profilu [µm], aphloubka řezu [mm], βnúhel náklonu [°], d průměr frézy [mm], aešířka řezu [mm], R poloměr frézy [mm],                      R a arc a R R a arc a R Ra e e e e2 arcsin 2 arcsincos 2 1 arccos2 2  1000 2 arcsin 2 arcsincos 2 1 arccos2sin                   R a arc a R R ae e e VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 85 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Tabulka výpočtu kroku a posuvu frézy průměru 8 mm D a fh p z p za D hf  Tloušťka třísky D a fh p z Posuv na zub VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Tabulka výpočtu šířky řezu a posuvu frézy průměru 25 mm průměr frézy hloubka řezu délka měřené plochy šířka měřené plochy d apl b [mm] [mm] [mm] [mm] 25 0,3 20 20 šířka řezu (posuv na zub) procent z průměru frézy Parametr drsnosti povrchu počet přejezdů na ploše max. tloušťka odebírané vrstvy ae (fz) - Rz Ra i hmax [mm] [%] [µm] [µm] - [mm] 0,10 0,4 0,10 0,02 200 0,011 0,12 0,5 0,14 0,04 167 0,013 0,14 0,6 0,20 0,05 143 0,015 0,16 0,6 0,27 0,07 125 0,018 0,18 0,7 0,32 0,08 112 0,020 0,20 0,8 0,40 0,10 100 0,022 0,25 1,0 0,62 0,16 81 0,027 0,30 1,2 0,90 0,23 67 0,033 0,39 1,6 1,56 0,40 51 0,043 0,40 1,6 1,60 0,41 50 0,044 0,50 2,0 2,50 0,64 40 0,055 0,56 2,2 3,12 0,80 36 0,061 0,60 2,4 3,60 0,92 34 0,066 0,70 2,8 4,90 1,26 29 0,077 0,79 3,2 6,23 1,60 26 0,086 0,90 3,6 8,10 2,08 23 0,099 1,00 4,0 10,00 2,57 20 0,110 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Optimální posuv pro daný obráběný materiál a hloubku řezu se určí z doporučeného rozsahu tlouštěk třísky VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 101 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. 102 VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Obrábění s náklonem nástroje VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. Příklad obrábění turbínových lopatek na stroji DMU 100 monoBLOCK VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. snímek 105 vose frézy je nulová řezná rychlost nástroj zatlačuje materiál obrobku pěchování třísky, zvyšování teploty řezání, zvýšená tvorba nárůstku. ozhoršení jakosti povrchu, osnížení trvanlivosti nástroje vyštípnutí deff d ap n Proto přichází do úvahu změna polohy osy nástroje – náklon nástroje, nebo obrobku. 3osé frézování při obrábění kulovým nástrojem VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D. ve směru posuvu 5osé frézování při obrábění kulovým nástrojem -naklopení ve směru kolmém na posuv snímek 106 kombinace náklonů nabízí se otázka…. Jaký úhel polohy osy nástroje vzhledem k obrobku je tedy vhodný? Transformace formy a obsahu vysokoškolského vzdělávání na VŠBTUO NPO_VŠB-TUO_MSMT-16605/2022 Děkuji za pozornost prof. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D. A 1009, tel: 4475 marek.sa[email protected] http://www.346.vsb.cz/ Toto dílo je licencováno pod CC BY 4.0