Predavanje-11 Višeoperacijski Cnc Os i Fps (1)

11. VIŠEOPERACIJSKI CNC OBRADNI STROJEVI I FLEKSIBILNE PROIZVODNE STRUKTURE

11.1. Višeoperacijski CNC obradni strojevi

11.2. Fleksibilne proizvodne strukture

Automobilska industrija.Proizvodni procesi u automobilskoj industrijimoraju udovoljiti složenim zahtjevima:raznolikost modela, kratki proizvodni ciklusi,različite veličine serija, visoka kvaliteta, ...

11.1.1. Uvod

11.1.2. Prednosti i nedostaci

11.1.3. Klasifikacija

11.1.4. Obradni centar

11.1.5. Tokarski centar

11.1.6. Brusni centar

11.1. Višeoperacijski CNC obradni strojevi

3

U posljednjih nekoliko godina, povećani su zahtjevi u obradi teško obradivihmaterijala i dijelova složene geometrije. Veličina serije proizvodnje postaje manja, aizratci složene geometrije moraju biti proizvedeni na jednom stroju i bez probnihpokušaja. Kako bi se zadovoljili takvi zahtjevi, od alatnih strojeva se očekuje daimaju više funkcija s modularnom i rekonfigurabilnom arhitekturom.

Višeoperacijski CNC obradni strojevi su visoko-automatizirani strojevi na kojima seobrađuje obradak u jednom stezanju bez prekida automatskog rada nizomrazličitih postupaka obrade.

Automatski ciklus rada obuhvaća:

izbor i izmjenu alata, odnosno pribora, u zoni glavno vreteno – spremište alata,

izmjenu obradaka, odnosno paleta,

pozicioniranje obratka i alata te

stalnu kontrolu frekvencije vrtnje, posmaka i pomoćnih funkcija.

11.1.1. Uvod

4

Višeoperacijski CNC obradni strojevi sunajpogodniji za obradu složenih rotacijskihi prizmatičnih izradaka u malim i srednjimserijama, prvenstveno operacijama:tokarenja, bušenja, upuštanja, razvrtanja,urezivanja navoja, glodanja i brušenja.

Široko polje primjene i vrlo visoki stupanjautomatizacije čine ih pogodnima zarealizaciju fleksibilnih obradnih stanica isustava, odnosno predstavljaju osnovnufleksibilnu obradnu jedinicu (modul) kojamože raditi samostalno ili u sustavu.

11.1.1. Uvod

Primjer istovremene obrade na jednom stroju:tokarenje i glodanje (izvor Mazak)

5

Osnovne prednosti višeoperacijskih CNC obradnih strojeva su povišenagospodarstvenost i fleksibilnost što se odražava kroz:

znatno smanjenje ciklusa proizvodnje;

znatno smanjenje pomoćnog vremena;

znatno smanjenje glavnog vremena obrade, osobito primjenom visokobrzinskihobrada (VBO);

znatne uštede jer nisu potrebne šablone i profilni alati za obradu složenihkontura;

znatno smanjenje troškova zbog smanjenja otpada;

znatno smanjenje radne površine i broja operatera;

znatno povećanu tehnološku, kapacitivnu i prostornu prilagodljivost.


6

Osnovni nedostaci višeoperacijskih CNC obradnih strojeva su:

vrlo visoka početna ulaganja (visoka nabavna cijena);

potreba pogonske reorganizacije u smislu opsežne i kvalitetne pripreme rada;

potreba obuke kadra na svim razinama;

povišena osjetljivost na kvar i visoki troškovi kod "ispada" stroja iz pogona.


7

Osnovna klasifikacija - prema obliku obratka:

obradni centri – za obradu prizmatičnih obradaka glodanjem, bušenjem ibrušenjem

tokarski centri – za obradu osnosimetričnih obradaka tokarenjem, bušenjem,glodanjem i brušenjem

brusni centri – za brušenje složenih brusnih površina

Prema položaju glavnog vretena:

horizontalni

vertikalni


8

Prema vrsti glavnog gibanja:

s okretnim glavnim gibanjem

s pravocrtnim glavnim gibanjem

Prema broju radnih vretena:

jednovreteni

dvovreteni

viševreteni

Prema načinu smještaja alata:

s revolverskom glavom (radijalnom ili aksijalnom)

sa spremištem alata

Prema broju istovremeno numerički upravljanih osi:

od 2 do 8


9

(AIO)

(AIA)


Horizontalni obradni centar - 4-osni

10


Horizontalni obradni centar - 5-osni

izmjenivač

paleta

Napomena:

AIA nije prikazana.

11


Vertikalni obradni centar s četiri vretena

12


Vertikalni obradni centar (VOC) s jednim, dva i četiri vretena

13


Vertikalni obradni centar (VOC): 1, 2 i 4 vretena3, 4 i 5 osni VOC

Zakretanje radnog stola za 180°

Obradni centar s modularnomkonstrukcijom omogućuju potpunuslobodu u individualnomprojektiranju proizvodnih procesa sdinamičnom i preciznom obradom,prihvat alata HSK A100.

Odvajanjematerijala

Skidanje izratka i stezanjesirovca za vrijeme obradena suprotnoj strani.

14


Obradni centar: horizontalni – vertikalni

Paleta (400 × 500 mm) do 500 kg mase obratka, izmjena za 23 sekunde.

Izmjena alata u 6 sekundi uz pomoć manipulatorske ruke koja dobiva alat iz spremištapreko koordinatnog robota.

15


Tokarski centar se uglavnom koristi zaobradu malih ali geometrijski zahtjevnihdijelova iz šipke, međutim postoje itokarski centri za velike obratke.Kompletna obrada na jednom mjestuzahtijeva pogonjene alate i C-os radnogvretena (slično okretnom stolu kodglodanja). Rezultat toga je točnopozicioniranje alata u bilo kojoj točki naobratku.

16


Tokarski centar: pripremak iz šipke

MT – Milling & Turning: automatska dostava šipke, okretna stezna glava, suprotnoradno vreteno.

17


Višeoperacijski tokarski centar namijenjenobradi izradaka složene geometrije.Primjena u automobilskoj, avionskoj iindustriji proizvodnje kalupa za obradudeformiranjem i lijevanjem.Visoka fleksibilnost, implementacija uCAPP/CAM sustave s ekspertnim sustavom zaodređivanje strategije obrade. Kako bi seminimiziralo vrijeme izrade uzimajući u obzirtehnološka ograničenja izratka, ekspertnisustav na bazi pravila dodjeljuje alat ioperacije različitim nosačima alata, definiraparametre obrade, strategiju obrade iizračunava vrijeme izrade.

Visokofleksibilni CNC tokarski centar

18



Prikaz obrade na tokarskom centru MC 526/MT

19



Prikaz obrade na obradnom centru firme STAMA

20


Tokarski centar: operacije obrade

Operacije obrade na tokarskom centru:

(a) izradak (operacije: tokarenje, glodanje, bušenje)

(b) pojedine operacije: (1) tokarenje na zadani promjer,

(2) čeono glodanje, (3) izrada provrta, i (4) odrezivanje

Tokarski nož GlodaloSvrdlo

Nož za odsijecanje

21


Višeosno istodobno upravljanje sa i do osamnumeričkih osi omogućava obradu geometrijskisloženih obradnih površina u jednom stezanju,kao što su rezne oštrice profilnih alata, zupčanici,lopatice turbina itd. Uz ekonomičnu obradupostižu se vrhunske točnosti završnog brušenja ioštrenja.Primjena suvremene tehnike brušenja omogućavabrušenje alata od brzoreznog čelika i tvrdogmetala.Mogućnost pozicioniranja pravocrtnih numeričkihosi je ±0,5 µmm, a kružnih: od ±0,0442 μrad do±1,768 μrad.

22


Za brušenje postolja alatnih strojeva koriste se brusni centri kao što je portalna brusilicas automatskom izmjenom alata.Brusni obradni centar je sličan portalnoj glodalici, s razlikom što umjesto glodaćeg imabrusno vreteno. Brusno vreteno se može zakretati oko horizontalne osi, ostvarujućitako različite položaje rezne površine brusa prilagodivo obliku obradne površine.

23


Na slici je prikazana brusilica za brušenje vrha lopatica kod rotora turbine. Kod ulaganjalopatica u utore za lopatice na rotoru, može doći do razlike u radijalnoj duljini lopatice,koja je dovoljna da uzrokuje nedovoljnu točnost rotacije rotora. Vrhove lopatica trebabrusiti, nakon ulaganja, da bi se postigla dozvoljena zračnost između labirinata kućišta ivrhova lopatica.

Postoje izvedbe brusilicakombinirane sa strojem zauravnoteženje rotora turbineili kompresora.Nakon brušenja slijediuravnoteženje rotora zajednos lopaticama.

24


PLOČA

KREVET STROJAKREVET STROJA

PLOČA

25


5-osna alatna brusilica s automatskom izmjenom brusnih alata

11.2.1. Osnove fleksibilne proizvodnje

11.2.2. Fleksibilne proizvodne stanice

11.2.3. Fleksibilni proizvodni sustavi

11.2.4. Fleksibilne transfer linije

11.2.Fleksibilne proizvodne strukture

http://www.fabricatingandmetalworking.com/wp-content/uploads/2012/09/rollomatic-2.jpg

http://www.fabricatingandmetalworking.com/wp-content/uploads/2012/09/rollomatic-2.jpg


30%50%

15% 5%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

pojedinačna maloserijska velikoserijska masovna

Zastupljenost pojedinih tipova proizvodnje

5%

zauzećestroja

3,5%

neproizvodni

rad zauzetogstroja

1,5%

odvajanječestica

95% čekanje i u kretanju

Zauzetost klasičnih obradnih

strojeva

Zahtjevi suvremene proizvodnje:

kratki ciklusi osvajanja novih proizvoda;

JIT (Just in Time) proizvodnja (bez zaliha sirovaca i gotovih proizvoda);

smanjenje ukupnog vremena proizvodnje;

povećanje proizvodnosti malih serija;

povećanje kvalitete proizvoda i pouzdanosti rada bez otpada.


Fleksibilnost – osposobljenost za brze promjene proizvodnje zbog uvođenja novogproizvoda ili brza promjena operacija na postojećim (suvremenim) strojevima iproizvodnim linijama.

Temelj fleksibilnosti je procesorsko upravljanje proizvodnje i korištenje robora(automatizacija)

Uvjet automatizacije i robotizacije: stabilnost tehnološkog procesa i postupka.

29

Razvitak fleksibilne tehnologije vodi bitnom povećanju proizvodnosti i gospodarstvenostiproizvodnje.

Da bi se ovo ostvarilo potrebne su potpuno automatizirane proizvodne strukture kao štosu:

fleksibilne proizvodne stanice (FMC),

fleksibilni proizvodni sustavi (FMS),

fleksibilne transfer linije,

koje omogućuju najveću koncentraciju operacija obrade i automatsko posluživanje.

Da bi bio fleksibilan, proizvodni sustav mora biti u mogućnosti izvoditi:

identifikaciju različitih proizvodnih jedinica kako bi operacije bile korektno izvedene,

brze izmjene operativnih instrukcija na CNC obradnom stroju,

brze izmjene fizičkih postavki stezanja obratka, alata i drugih elemenata u obradnomsustavu.


30

Fleksibilna proizvodnja može se podijeliti ovisno o značajkama:

A. Vrsta operacije

1. Operacije obrade

2. Operacije montaže

B. Broj strojeva

1. Jedna obradna stanica (eng. Single Machine Cell – SMC), to je potpunoautomatizirani stroj za nenadzirane operacije za vremenski period dulji nego štoje jedan obradni ciklus, obrada se izvodi po sekvencama.

2. FMC, sastoji se od dvije ili tri radne stanice i sustava za rukovanje obratcima uzmogućnost istovremene obrade različitih dijelova.

3. FMS ima četiri ili više obradnih radnih stanica spojenih zajedničkim sustavomrukovanja obratcima i automatiziran je pomoću distribuiranog sustava računala.Također uključuje i neproizvodne radne stanice kao što su stanica za pranjepaleta, mjerni sustavi itd.


31

11.2.2. Fleksibilne proizvodne stanice

Jedna obradna stanica s jednim CNC obradnim centrom i jedinicom za skladištenje izradaka (Single Machine Cell – SMC)

Spremište alata

CNC obradni centar

Glavno vreteno

Transportna košara - prazna

Prijevozna staza

Transportna košara –s paletom i izratkom

Paleta - prazna

Paleta – s obratkom

Nosač palete - prazan

Stalak za palete

32

11.2.2. Fleksibilne proizvodne ćelije

Fleksibilna proizvodna stanica s tri identična obradna centra, postrojenjem za pretovar obradaka i sustavom za rukovanjem obratcima (Flexible Manufacturing Cell – FMC)

Radne stanice – CNC obradni centri

Prijevozna staza

Transportna košara

Pretovarna stanica

33


Fleksibilni proizvodni sustav sa sedam radnih stanica (Flexible Manufacturing System – FMS)

Radne stanice

Skladišni sustav

Radne stanice

Spremište paletaStanica za pranje paleta

Kontrolnastanica

Koordinatni mjerni stroj

Obradak

Transport

34

Ovisnost proizvodnje, fleksibilnosti i troškova o broju strojeva


Fleksibilni proizvodni sustav

Fleksibilna proizvodna stanica

Jedna obradna stanica

Bro

j str

oje

va

Godišnja proizvodnja, fleksibilnost, troškovi

35

C. Razina fleksibilnosti

1. Određena fleksibilnost (eng. Dedicated flexibility) Dizajn proizvoda je fiksan,međutim sustav može biti projektiran s izvjesnom količinom usavršavanjaprocesa kako bi operacije bile učinkovitije.

2. Slučajna fleksibilnost (eng. Random flexibility) Mogućnost izrade značajnorazličitih proizvoda s visokim stupnjem složenosti.


36

FMC i FMS mogu biti projektirani za nekoliko različitih proizvodnih postupaka:

obrada odvajanjem čestica;

obrada deformiranjem;

površinske obrade;

testiranje;

montaža i

zavarivanje.

Uglavnom se radi o sustavima za obradu odvajanjem čestica (91% od ukupno dosada projektiranih i realiziranih FMC i FMS).


37

=

=

=

Obradni centar

FMC

FMS

+ AIA

+ AIO

+ višestranična obrada (4/5)

+ višeosna obrada

+ proširena programska memorija

+ spremište obradaka ili paleta

+ prošireno spremišta alata

+ uređaj za ulaganje i odlaganje obradaka

+ povezivanje svih funkcija računalom

+ sustav za nadzor

+ uređaj za pranje, sušenje i hlađenje

+ integrirani mjerni sustav

+ višestrojni koncept

+ transportni sustav obradaka

+ logistika alata

+ automatska obrada vođena vodećim računalom i DNC-om

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE

CNC obradni stroj

Samostojeći obradni stroj

Pojedinačna i serijska proizvodnja

Ručna izmjena obradaka

Intenzivno posluživanje operatera

Male do srednje serije

Višestruko ponavljanje serije na godinu

Često mijenjanje asortimana

Organiziranje pogona

Ograničeni asortiman

Srednje serije

Raznolika obrada

Taktni protok

Rad u tri smjene

Sigurnost

Minimalna intervencija operatera

Izmjena naloga bez zastoja

Beztaktna obrada

Neovisnost o veličini serije

Samozapošljavanje sustava

Samoorganiziranje sustava

Fleksibilna automatizacija

PROIZVODNE KARAKTERISTIKE

Tri stupnja gradnje

fleksibilne automatizacije od

CNC strojeva do FMS


38


39

Broj radnika Broj strojeva Podna površina

Iskorištenje strojeva

Broj zahvata

po obratku

Protok

FMS Klasični pojedinačni strojevi

Usporedba klasične obrade na pojedinačnim strojevima i obrade na odgovarajućem FMS


40

Područja fleksibilnosti u proizvodnji je moguće definirati kako slijedi:

strukturna fleksibilnost

sloboda izbora slijeda obrade

mogućnost obrade na nekom drugom modulu ako zakaže modul početnogrješenja

mogućnost proširivanja sustava na principima modularne gradnje

tehnološka fleksibilnost

oprema sustava treba imati mogućnost provođenja nekoliko različitihtehnoloških zadataka

sposobnost sustava da zahtijevane količine proizvoda obradi različitimtehnološkim postupcima

organizacijska fleksibilnost

mogućnost brzih promjena u dnevnim i mjesečnim planovima proizvodnje

kalendarsko planiranje i upravljanje centralnom raspodjelom rada


41

FMC je proizvodna struktura koja ovisno o tehnološkom zadatku može raditiautonomno ili u sastavu FMS kao njegova osnovna konfiguracija.

Osnovne komponente FMC:

jedan ili više obradnih modula – CNC obradnih strojeva od kojih je obično barjedan višeoperacijski (obradni, tokarski ili brusni centar);

sustav posluživanja (AIA i AIO);

spremište obradaka, paleta, alata (reznog i mjernog) i pribora;

uređaj za pranje, sušenje i hlađenje obradaka;

mjerni stroj ili uređaj;

sustav nadzora stanja alata (nadzor istrošenja ili loma s automatskim pozivomza izmjenu);

ćelijsko računalo (DNC).


42

FMC

OBRADNI STROJ

SUSTAV

POSLUŽIVANJADNC

SPREMIŠTA MJERNI SUSTAV

STROJ ZA PRANJE I

SUŠENJE I HLAĐENJE

Osnovne komponente FMC


43

CNC tokarilica


44

Fleksibilna laserska stanica


45


FMS u Vought Aircraft – tvornica dijelova

zrakoplova

Pretovarna stanica (2)

Automatski vođena vozila AGV (4)

CNC obradni centri (8)

Automatska kontrolna stanica (2) Manualna kontrolna

stanicaUpravljačka stanica, centrlno računalo

Održavanje AGV

Sustav za automatsko odvođenje odvojene čestice

Stanica za pranje izradaka

Parking za automatska vozila

46

Mnoštvo kombinacija FMS omogućuje i različito definiranje, međutim zajedničko imje sljedeće tumačenje naziva kompleks numerički upravljanih obradnih strojeva,višeoperacijskih centara i fleksibilnih stanica međusobno povezanih zajedničkimtransportnim te upravljačkim sustavom.

Može se također reći da FMS predstavlja integraciju tokova informacija, materijalai energije.


47

Osnovne komponente suvremenih FMS su sljedeći standardizirani moduli:

obradni moduli;

transportni moduli;

spremnički moduli (ručna i automatizirana spremišta alata, sirovaca i izradaka,te pomoćnog materijala);

alati, naprave i pribori;

mjerni moduli i uređaji;

upravljački moduli, računala i mreže;

montažne stanice.


48

fleksibilna ćelija

Osnovne komponente FMS


49

Transportni sustav unutar FMS

Transportni sustav materijala prilagođen je konceptu FMS, tj. automatski tokmaterijala omogućava simultanu obradu različitih obradaka koji prolaze kroz sustav.

Podjela transportnih uređaja prema načinu transporta materijala kroz pogon:

različite vrste konvejera (valjkasti, lančasti, viseći),

automatizirana vozila vođena tračno, indukcijom, optički ili softverom.


50

Konfiguracije FMS-a

Linijska konfiguracija

a)

b)


Sirovac Izradak

Transportni sustav obradakaUtovar manipu

lator

Istovar manipu

lator

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Djelomično gotovi obratci

Tijek obrade

Tijek obrade

Sirovac

Izradak

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Transportna košara

Primarna linijaPretovar manipul

ator

Sekundarni sustav

rukovanja

51

Linijska konfiguracija

Obradni i sustavi za rukovanje su raspoređeni pravocrtno. Na slici a) prikazan je tijekobrade od jedne radne stanice do druge s točno definiranim sekvencama tako da seobradak uvijek pomiče prema naprijed bez vraćanja.

Fleksibilnost je povećana instaliranjem dvosmjernog linijskog transportnog sustava,slika b). Sekundarni sustav rukovanja osigurava na svakoj radnoj stanici odvajanjeobradaka iz primarnog transportnog sustava. Oprema korištena za transportmaterijala: linijski transfer sustavi, konvejeri ili tračno vođena vozila.


52

Konfiguracija FMS-a

Petlje

c)

d)


Sirovac

Pretovar manipu

lator

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Petlja za transport obradaka

Tijek obrade

Autom.obrada

Autom.kontrola

Izradak

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Sirovac

Utovar ručno

Istovar manipulator

Povratne palete

Povratna petlja

Petlja prema naprijed

Izradak

53

Petlje

Radne stanice su raspoređene u pelju. Na slici c) obratci se najčešće gibaju u jednomsmjeru po petlji s mogućnošću zaustavljanja i transfera na bilo koju radnu stanicu-Svaka radna stanica ima sekundarni sustav transporta. Stanice za pretovar susmještene na jednom kraju petlje.

Alternativa kružnoj petlji je pravokutna petlja. Ovakav raspored omogućavapravocrtni povrat paleta u startnu poziciju.


54

Konfiguracija FMS-a

"Ljestve"

Petlja ima izgled ljestvi s “poprečnimletvicama” između kojih se nalazeradne stanice. “Poprečne letvice”povećavaju broj mogućih putanjaizmeđu radnih stanica te eliminirajupotrebu za sekundarnim sustavomtransportna. Tako se smanjujeprosječna udaljenost i minimizirazagušenje u sustavu rukovanja te seu konačnici smanjuje vrijemetransporta između radnih stanica.


Sirovac

Pretovar manipul

ator

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Tijek obrade

Izradak

Autom.obrada

55

Konfiguracija FMS-a

Otvoreno polje

Sastoji se od više petlji, “ljestvi” tekolosijeka. Ovakva konfiguracija seopćenito koristi za obradu velikog brojasličnih izradaka. Broj različitih vrstaobradnih strojeva može biti ograničen,pa se obratci usmjeravaju na prveslobodne strojeve.


Sirovac

Pretovar manipul

ator

Izradak

Autom.obrada

Čišćenje aut

Kontrolaaut

AGV AGV putanja

Održavanje AGV

Održavanje AGV

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

Autom.obrada

56

Konfiguracija FMS-a

Robotizirani

Ovakve konfiguracije koriste jedan ilivoiše robota kao sustav za rukovanjeobratcima i izratcima.


Radni stol Alatni stroj

Robot

Karusel sa sirovcima

57


58

Kod fleksibilnih transfer linija više različitih ili istovrsnih numerički upravljanihobradnih strojeva izvodi sve zahtijevane operacije na obradi jedne skupinetehnološki sličnih dijelova u automatskom slijedu.

Tijek materijala je taktni kroz unutarnje povezivanje, tj. kroz obradni prostorobradnog modula, bez mogućnosti zaobilaženja obradnog modula.

Predstavlja gospodarsko rješenje kod proizvodnje u malim i srednjim serijama.

Primjenom numerički upravljanih obradnih strojeva moguće je jednostavnomijenjati konstrukciju nekog dijela i tehnologiju obrade bez neizbježnog gubitkavremena zbog preuređenja stroja kako je to slučaj kod klasične transfer linije.


59

Fleksibilna transfer linija

za prizmatične obratke


Predavanje-11 Višeoperacijski Cnc Os i Fps (1)

Documents