Precyzyjne, często cienkościenne i przestrzenne detale wymagają szczególnego podejścia już na etapie projektowania. Miejsca mocowania, jak i miejsca bazowe są często narzucane, a przyrząd obróbkowy powinien uwzględniać te punkty i zapewnić stabilne oraz powtarzalne mocowanie detali. Aby kształt detalu był zachowany i nie został zaburzony podczas obróbki, istotna jest kolejność zamocowania.

Projektowanie przyrządu obróbkowego jest procesem złożonym. Uwzględnić należy bowiem wiele czynników, takich jak wymiary i tolerancje detalu, jego masa, możliwości maszyny, wymiary stołu czy sposób zasilania. Zamocowanie i oparcie detalu w przyrządzie obróbkowym powinno m.in. uwzględniać narzucone bazy oraz miejsca mocowania, generować siły, które pozwolą na przeniesienie obciążeń występujących w trakcie obróbki, umożliwić dostęp do miejsc obrabianych, niwelować drgania występujące w trakcie obróbki, a także zapewnić prędkości zamocowania/odmocowania na takim poziomie, aby spełnić wymogi czasowe.

Kilka obiegów czy zawór sekwencyjny?

Niezwykle istotną kwestię stanowi także sekwencja mocowania. Jest to jeden z tych czynników, który może całkowicie zaburzyć pracę przyrządu i wpłynąć na efekt końcowy obróbki. Ogólną ideą sterowania sekwencją jest wymuszenie kolejności zamocowania (lub odmocowania) poszczególnych sekcji lub komponentów mocujących. Ma to na celu wymuszenie odpowiedniej pozycji/ułożenia detalu oraz jego wstępne usztywnienie lub dociśnięcie. Zrealizować to można, stosując kilka obiegów zasilających i odpowiednio programując sterowanie kolejnymi rozdzielaczami lub – w sposób znacznie prostszy i tańszy – stosując zawory sekwencyjne.

W przypadku stosowania kilku obiegów mocujących komplikuje się układ hydrauliczny: z zasilacza do przyrządu musi być dostarczonych więcej obiegów ciśnieniowych, co wpływa na liczbę złączy hydraulicznych i wymiary przyłącza. Komplikuje się również sterowanie, które musi uwzględniać inicjację większej liczby rozdzielaczy w odpowiednim czasie. 

Drugą opcją jest zastosowanie zaworów sekwencyjnych. Zawory sekwencyjne są elementami sterującymi, w których powrót oleju jest swobodny, zaś przepływ w kierunku wykonawczym uzależniony jest od przekroczenia warunku: progu ciśnienia lub progu czasowego. Przepływ oleju jest zatem możliwy po przekroczeniu ustawionej wartości ciśnienia lub po upływie określonego czasu.

Zasada działania zaworów

Istotne jest to, że oba typy zaworów nie wymagają osobnego sterowania ani zasilania. Są to elementy mechaniczno-hydrauliczne, których czas reakcji i sposób funkcjonowania jest w większości przypadków wystarczający. Na rys. 1 przedstawiono najprostszy przykład sterowania sekwencją zamocowania z wykorzystaniem ciśnieniowego zaworu sekwencyjnego. Z założenia detal ma być dociśnięty siłownikami 1, 2 i 3 do baz a, b i c, przy czym w pierwszej kolejności ma być dosunięty do bazy a za pomocą siłownika 1, a następnie do baz b i c za pomocą siłowników 2 i 3.

Ponieważ w układzie zastosowany został ciśnieniowy zawór sekwencyjny, którego próg zadziałania ustawiono na 30 barów, olej hydrauliczny w pierwszej kolejności płynie do siłownika 1. Następuje wówczas dosuwanie detalu do bazy a i w momencie napotkania oporu – wzrost ciśnienia. W chwili przekroczenia progu 30 barów następuje otwarcie zaworu sekwencyjnego i olej dostarczany jest do odbiorników 2 i 3, dosuwając detal do baz b i c. Po osiągnięciu właściwej pozycji detalu w całym układzie i we wszystkich odbiornikach następuje wzrost i wyrównanie ciśnienia wynikające z możliwości źródła zasilania. Detal jest w pełni zamocowany. 

Szerokie spektrum działania

Zawory sekwencyjne dostępne są dla różnych progów zadziałania i pokrywają ciśnienia z przedziału ok. 7…450 barów lub czasy otwarcia regulowane w zakresach ok. 1…45 sekund (w zależności od ciśnienia zasilania). Dzięki szerokiemu spektrum zadziałania możliwe jest zastosowanie kilku zaworów jednocześnie, sterując sekwencją włączenia wielu sekcji/odbiorników. Zawory mogą być montowane równolegle, szeregowo lub w sposób mieszany, co pozwala wpływać na sekwencję, moment przełączenia, zagęszczenie zakresów lub skrócenie czasu cyklu włączeń/przełączeń. W układzie równoległym ciśnienie przełączania może być jednakowe dla wszystkich zaworów sekwencyjnych. W przypadku połączenia szeregowego ciśnienie przełączające kolejnego zaworu sekwencyjnego musi być wyższe od poprzedniego. 

Jak to wygląda w praktyce?

Na rys. 2 przedstawiono rozbudowany układ hydrauliczny wykorzystujący m.in. 5 zaworów sekwencyjnych połączonych szeregowo, których zadaniem jest etapowe mocowanie detali, jak również, w ostatniej fazie mocowania, skierowanie medium roboczego do bloku sterującego, który odmocuje jeden z docisków, zwalniając przestrzeń do obróbki. Przedstawione tu źródło zasilania posiada jeden obieg dwustronnego działania – przyrząd funkcjonuje w trybie rozłącznym. W takim przypadku po wymianie detalu następuje odłączenie źródła zasilania i dostarczenie przyrządu z zamocowanym detalem do przestrzeni obróbczej maszyny. Jednocześnie drugi przyrząd z obrobionym detalem przenoszony jest z przestrzeni obróbczej maszyny na stanowisko przezbrojenia. Tam następuje podpięcie zasilacza i wymiana detalu.

W przedstawionym powyżej układzie hydraulicznym, mimo tylko jednej linii zasilającej, możliwe jest zamocowanie detalu w 6 krokach: 
    • wstępne dociśnięcie do baz stałych,
    • centrowanie #1,
    • centrowanie #2,
    • dojazd siłowników podporowych,
    • właściwe zamocowanie z odpowiednią siłą,
    • wycofanie docisku wstępnego (odsłonięcie powierzchni do obróbki).

Poszczególne kroki następują po sobie samoistnie, bez ingerencji operatora. Zamocowanie trwa kilkanaście sekund, a czas ten w dużej mierze zależy od wydajności źródła zasilania. W przyrządzie ustawione zostały progi ciśnień co ok. 20-35 barów, co jest w pełni wystarczające i zapewnia właściwą realizację sekwencji mocowania. 

Plusy i minusy

Dzięki niewielkim rozmiarom zaworów sekwencyjnych, braku konieczności podłączenia zewnętrznych sygnałów sterujących (elektrycznych, pneumatycznych), możliwości zasilania kanałowego lub rurami oraz niskiej cenie elementy te są proste w stosowaniu, uniwersalne i dają duże możliwości rozdziału medium roboczego na poszczególne sekcje mocujące w obrębie przyrządu obróbkowego. 

Pewną niedogodnością, która nie zawsze pozwala na zastosowanie zaworów sekwencyjnych, jest możliwe wydłużenie czasu wykonania sekwencji mocowania. Widoczne jest to szczególnie w układach szeregowych, w których wykonanie kolejnego kroku uzależnione jest od realizacji poprzedniego. Powoduje to wydłużenie czasu mocowania o kilka, kilkanaście sekund. Należy też mieć na uwadze sposób działania elementów: parametry przełączania zależne są od lepkości kinematycznej cieczy roboczej, a tym samym istnieje pewna korelacja między czasem przełączania a zmianą temperatury medium. W normalnych warunkach obróbczych różnice są pomijalne, a ustawienie progów co 20-40 barów lub 2-5 s jest w pełni wystarczające do poprawnej pracy zaworów sekwencyjnych.