Stabilne parametry dla automatów wielowrzecionowych

© WZL RWTH Aachen

Udostępnij:

 

Wielowrzecionowe centra obróbkowe są wprawdzie bardzo wydajne, ale wykazują niekiedy niższą stabilność procesu w porównaniu do maszyn konwencjonalnych. Opracowano jednak metodologię, za pomocą której można efektywnie i szybko określić optymalne parametry procesu.

W celu zwiększenia wydajności skrawania w przemysłowej produkcji wielkoseryjnej na coraz większą skalę stosuje się wielowrzecionowe centra obróbkowe. Systemy maszynowe tego typu charakteryzują się zwiększoną wydajnością przy nieznacznie zwiększonych kosztach inwestycyjnych i produkcyjnych [1]. Przeprowadzone w oparciu o próby skrawalności badania wykazują jednak niższą stabilność tego procesu w porównaniu do podobnych konwencjonalnych centrów obróbkowych. Wynika to z wzajemnego pobudzania równolegle przebiegających procesów obróbkowych, co w praktyce nie pozwala uzyskać teoretycznie osiągalnej wydajności.



Krytyczne głębokości skrawania w zależności od zastosowanych parametrów
Opracowanie karty stabilności, na którą nanosi się krytyczne głębokości skrawania w zależności od zastosowanych parametrów (prędkości obrotowej, pozycji kątowej), może odbywać się symulacyjnie lub eksperymentalnie [2, 3]. W przypadku metody eksperymentalnej w celu ustalenia parametrów krytyczną głębokość skrawania ogranicza się w sposób iteracyjny (metodą wielu powtórzeń). Ze względu na dużą liczbę wariacji parametrów procesu konieczna jest duża liczba prób. To sprawia, że ustalenie optymalnych parametrów w celu zwiększenia wydajności skrawania jest wysoce czaso- i materiałochłonne.

W laboratorium obrabiarek (WZL) na Uniwersytecie RWTH w Aachen w ramach projektu badawczego „Identyfikacja optymalnych parametrów procesowych dla obróbki z zastosowaniem podwójnego wrzeciona” opracowano szybką, solidną i możliwą do wykorzystania w przemyśle aplikację, która oblicza optymalne parametry procesów i w porównaniu do metod konwencjonalnych znacznie zmniejsza liczbę prób.

Zamiast frezowania pełnego ze stałą głębokością skrawania przedmiot obrabiany dosuwany jest w taki sposób, aby frez mógł go obrabiać w położeniu skośnym. Jak pokazano na ilustracji 1, w sposób stały zwiększa się tym samym głębokość skrawania – aż do osiągnięcia krytycznej wartości i wystąpienia efektu regenerującego. Ze względu na różnicę czasu między początkiem procesu frezowania a osiągnięciem krytycznej głębokości cięcia za pomocą parametryzacji eksperymentalnej można obliczyć krytyczną głębokość cięcia. Tym samym wyeliminowane zostają przewlekłe metody kolejnych przybliżeń, co redukuje liczbę cięć niezbędnych do opracowania karty stabilności do jednego cięcia przypadającego na jedną kombinację parametru [4].



Identyfikacja wibracji podczas rezonansu
Proces stałego zwiększania głębokości cięcia opiera się na założeniu, że wibracje można wykryć już na wczesnym etapie. Celem jest identyfikacja wibracji w trakcie procesu rezonansu – mimo szumu bazowego i styku narzędzia z obrabianym przedmiotem – przez przemieszczanie wrzeciona i przedmiotu obrabianego, tak aby uniknąć uszkodzenia maszyny, narzędzia oraz detalu. Dodatkowo zastosowany algorytm musi być w stanie odróżnić przemieszczenia powstałe na skutek rosnących sił procesowych w wyniku stałego zwiększania głębokości cięcia od przemieszczeń wywoływanych przez wibracje.

Niezawodne wykrycie wibracji uzyskano dzięki zastosowaniu dostosowanego algorytmu Pointcaré. W tym celu dokonywano przemieszczeń w kierunku X i Y w czasie pełnych obrotów freza. Utworzona w taki sposób krzywa nazywa się trajektorią, a jej okresowa obserwacja jest miarą oceny stabilności. Jeśli krzywa tworzy wyraźną ostrą linię, proces jest stabilny. Jeśli krzywa jest chaotyczna, proces jest niestabilny (ilustracja 2) [4].

Zamknięte przyspieszeniomierze odczytują wartości pomiarowe
Aby umożliwić zautomatyzowany zapis kart stabilności, w laboratorium WZL opracowano sposób komunikacji między programem analizującym sygnały przyspieszenia na zewnętrznym laptopie a układem sterowania maszyny. Dzięki temu możliwe jest przerwanie cięcia w przypadku wykrycia niestabilnego procesu i rozpoczęcie nowego cięcia z nowymi parametrami procesowymi [5].

Sprzęt pomiarowy zainstalowano w szafie rozdzielczej maszyny. Aktualnie do zapisu wyników pomiarów stosuje się zamknięte przyspieszeniomierze (akcelerometry), które zakłada się na wrzeciona i przedmioty obrabiane. W następnym kroku należy zastosować przyspieszeniomierze fabrycznie wbudowane we wrzecionach.

Aby potwierdzić słuszność zastosowanej metodologii, karty stabilności zostały zapisane zarówno za pomocą metody konwencjonalnej, jak i z wykorzystaniem nowo opracowanej metodologii. Ilustracja 3 pokazuje wyniki ich porównania. Stwierdzono jedynie bardzo drobne odchylenia między automatycznie a tradycyjnie wyznaczanymi granicami stabilności. Oznacza to, że można było pomyślnie zweryfikować metodologię automatycznego opracowania karty stabilności. Przy użyciu tej metody można szybko i efektywnie określić optymalne parametry procesowe, co w rezultacie pozwala na znaczne skrócenie czasu wdrażania nowych procesów.

 

LITERATURA
[1] Brecher, C.; Epple, A.; Bäumler, S.; Trofimov, Y.: Simulation und Optimierung der doppelspindligen Fräsbearbeitung. ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 108 (2013), 7/8, s. 509-513.
[2] Weck, M.; Brecher, C.: Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme, tom 5: Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, dynamische Stabilität, wydanie 7, Springer Verlag: Heidelberg, Berlin, 2006.
[3] Brecher, C.; Hermes, R.; Sitte, B.: Virtualisierung der spanenden Bearbeitung in der Maschinenentwicklung und Prozessoptimierung, Apprimus Verlag, Aachen, 2011.
[4] Brecher, C.; Kiesewetter, C.; Epple, A.; Fey, M.: Automatisierte Erstellung von Stabilitätskarten für Fräsbearbeitungen. ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 110 (2015), 4, s. 191-195.
[5] Brecher, C.; Epple, A.; Fey, M.: Optimale Prozessparameter effizient ermitteln am Beispiel einer doppelspindligen Fräsbearbeitung. wt Werkstattstechnik online 104 (2014), 5, s. 260-265.

Udostępnij:

Drukuj



MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również