Cum se alege o maşină-unealtă (X)

În articolul din acest număr vom continua prezentarea unor soluții adoptate de mari companii producătoare pentru creșterea productivității mașinilor-unelte.

Pentru rectificarea pieselor de tip arbore (de diverse forme, lungimi etc) se oferă două tipuri de maşini de rectificat orizontale [22]:

• cu masă mobilă şi cap de rectificare deplasabil radial;
• cu cap de rectificare mobil, asamblat pe o sanie în cruce.

Maşinile au o serie de caracteristici comune:

• concept ergonomic, cu structură rigidă şi stabilă din fontă (perlitică, stabilizată), atât batiul, cât şi ansamblurile, pentru realizarea unei precizii înalte;
• configuraţie cu o gamă largă de capete de rectificare (cu avans normal sau unghiular), cu posibilitatea dotării cu axă B a capului de rectificare (cu două poziţii 0º/180º). Aceasta permite reglarea unui cap, în timp ce al doilea prelucrează. Arborii portpiatră pot fi cu lagăre hidrostatice sau în sistem direct-drive.
• maşinile pot fi dotate cu sisteme de măsurare în timpul prelucrării sau după prelucrare, pentru mai multe diametre.

Particularităţi:

• maşina cu masă mobilă:

1.   poate utiliza pietre convenţionale, din CBN sau diamantate;
2.   domenii de utilizare: transmisii, generatoare electrice, industria aerospaţială, laminarea la rece, căi ferate, industria de imprimare, industria automotivă şi a vehiculelor, arbori pentru diferite aplicaţii etc.

• maşina cu masă în cruce

1. are prevăzută o punte în batiu, care permite prelucrarea unor componente cu diametre (locale) mari;
2. domenii de utilizare: arbori de generatoare, role de imprimare, role pentru laminarea la rece, punţi de vehicule grele etc.

Soluţiile constructive se adaptează solicitărilor beneficiarului. Ansamblurile critice sunt proiectate şi realizate cu multă atenţie, sunt verificate cu proceduri riguroase 3D şi sunt asamblate în camere curate, cu controlul temperaturii (±1⁰C) şi a umidităţii. Toate ansamblurile mobile sunt acţionate în centrul de greutate, eliminând vibraţiile, jocul de întoarcere. Lungimile pieselor pot ajunge până la 10m, iar rectificarea se poate face cu viteze periferice de 45/60m/s.

Concepţia modulară a maşinilor de rectificat oferă flexibilitate, asigurând termene de livrare mai mici şi costuri optime pentru o maşină livrată „la comandă” [22, 24].

• maşini de rectificat exterior (LG)

1. sunt echipate cu motoare liniare, cu sisteme direct-drive  pentru acţionarea pietrei de rectificare şi batiu din granit natural;
2. se pot utiliza pietre de rectificare convenţionale sau de mare viteză (35-120m/s);
3. capul de rectificare are o axă B, care permite, simultan, prelucrarea piesei  cu una din pietre şi înlocuirea  (reglarea) celeilalte;
4. maşinile sunt ideale pentru prelucrarea componentelor în serie mare (scule aşchietoare, componente hidraulice ultraprecise, componente auto, rectificarea camelor).

• maşini de rectificat interior şi raze (ID/IRD)

1. sunt echipate cu motoare liniare şi batiuri din granit natural;
2. rectificarea razelor se realizează utilizând o interfaţă de utilizator pentru rectificarea diferitelor profiluri, cu posibilitatea calibrării/verificării în timpul prelucrării sau după prelucrare.

• maşini de rectificat de înaltă per­formanţă (CG/PG)

1. sunt echipate cu pietre de rectificare de mare capacitate de aşchiere (cu viteze periferice de 60m/s), cu alimentare automată a pieselor, cu sisteme de măsurare în timpul prelucrării sau după prelucrare, cu păpuşă mobilă comandată CNC şi cu pietre de rectificare lăgăruite hidrostatic;
2. sunt destinate prelucrării loturilor medii şi mari (industria auto).

• maşini de rectificat fără centre

1. sunt destinate prelucrării cu mare precizie şi productivitate;
2. pot încorpora echipamente periferice: sisteme de alimentare cu piese, echipamente de măsurare şi sisteme pentru lichide de răcire.

• maşini de rectificat piese de greutate medie sau mare (500-8000kg) (HG/WT)

1. sunt maşini de mare precizie pentru rect­ficări universale;
2. pietrele sunt lăgăruite hidrostatic;
3. au sistemele de măsurare în timpul prelucrării (control activ) sau după prelucrare.

• maşini de rectificat verticale (VG/IEV)

1. permit rectificări interioare, exterioare şi în coordonate;
2. au structură cu batiu independent faţă de montant şi traversă;
3. acţionările sunt cu motoare liniare;
4. sunt maşini multifuncţionale: permit strunjirea unor materiale cu duritate mare şi rectificare;
5. au axă B, cu configuraţii diferite de arbori de rectificare (4 arbori de rectificare);
6. platoul maşinii este cu sustentaţie hidrostatică;
7. prelucrează statoare pentru motoare de avion, roţi dinţate pentru centrale eoliene şi pentru transmisii navale, lagăre.

• maşini de rectificat ghidaje (SGU/SGT/SGD)

1. sunt maşini cu portal, cu traversă fixă sau mobilă, cu capete de rectificare tangenţiale şi/sau universale;
2. rectifică ghidaje de mare precizie.

• maşini de rectificat prin pătrundere (MC/MT)

1. efectuează corectarea continuă a pietrei;
2. compensează poziţia duzelor lichidului de răcire;
3. asigură interpolare simultană pe 5 axe;
4. sunt destinate rectificării paletelor de turbină cu gaz (aerospaţiale sau de la sol), a rotoarelor de pompe, a distribuitoarelor hidraulice etc.

Utilizarea motoarelor liniare asigură deplasări rapide şi precise, rezultând productivităţi şi precizii foarte înalte. La axele rotative se utilizează sistemul direct-drive. Utilizarea motoarelor liniare permite, utilizând software specializat, rectificarea unor profile ne-rotunde (figura 37 - poza deschidere [24]).

În seria de maşini de rectificat verticale se includ:

seria VG

• au montant fix şi platou rotativ deplasabil;
• maşinile mici au batiu din granit, iar cele mari din fontă
• la modelele mari se utilizează ghidaje de rostogolire;
• platoul are sistem de lăgăruire – radial şi axial – hidrostatic.

seria DVG

•     au batiu din fontă;
•     au două capete de lucru cu sanie şi culisă pentru piatră periferică şi universală;
•     unul din capete are axă B cu până la 4 arbori de rectificare;
•     platoul rotativ deplasabil are un sistem de lăgăruire hidrostatic (axial şi radial).

seria IEV

•     batiul este executat din granit natural;
•     toate axele sunt acţionate cu sistem direct-drive (motoare liniare şi rotative);
•     maşinile pot fi echipate cu un cap revolver (axă B), cu până la 4 arbori de rectificare;
•     platoul este axă C.

Maşinile sunt oferite cu o serie de opţiuni:

• posibilitatea măsurării piesei pe maşină (control activ);
• axa B (cap revolver) poate fi:

1.   cu poziţionare (cuplaje frontale HIRTH);
2.   cu poziţionare în orice poziţie (axă de pozi­ţionare).

• platoul poate fi construit pentru utilizarea paletelor portpiesă;
• lichidul de răcire poate fi livrat cu presiune înaltă;
• schimbarea pietrelor se poate face automat ş.a.

În [28, 29] se prezintă experienţe şi moduri de abordare ale unei firme din SUA, care a obţinut succese atât „acasă” (pe piaţa din SUA), cât şi în Europa, chiar în condiţiile crizei economice recente.

La realizarea primului centru de prelucrare, în 1988, s-au considerat toate elementele care să permită producătorului să poată vinde maşina la un preţ sub 50000$. Evident că au fost mulţi sceptici privind succesul acestei iniţiative. Firma a avut succes şi, la ora actuală, preţul de vânzare al maşinii, capabilă de performanţe de aproape 10 ori mai mari decât a celei din 1988, se vinde tot sub 50000$ (mai exact, cu 45995$, ceea ce la cursul/preţurile de atunci ar fi de 24190$). Performanţele mărite se referă la: turaţia arborelui principal, utilizarea de servomotoare pe toate axele, viteze de deplasare duble, magazine de scule cu capacităţi mult mărite, memorie de program şi viteză de procesare mult mai mari etc. Prin utilizarea unor opţiuni, performanţele pot creşte şi mai mult. De remarcat şi evoluţia designului maşinilor: ediţia 1988 şi 2013 (figura 38 a,b).

Figura 38a

Figura 38b

Un alt element care trebuie considerat este stabilirea de către firmă a unei reţele proprii de distribuţie, service şi asistenţă tehnică în întreaga lume (peste 170 de reprezentanţe, în peste 50 de ţări).

Rezultatele bune obţinute în Europa se datorează:

• introducerii pe piaţă, în ultimii ani, a mai multor maşini noi, accesibile ca preţ, de înaltă productivitate, de care beneficiarii au afirmat că au nevoie, pentru a concura în condiţii comerciale dure;
• concentrării producătorului pe realizarea acestor maşini (şi a celor aflate în fabricaţie) mai fiabile, mai precise şi mai rigide. Cu alte cuvinte, realizând progrese deosebite privind calitatea, atât a maşinilor-unelte, cât şi a proceselor de fabricaţie a acestora şi a asistenţei oferite beneficiarilor.

Compania şi-a dezvoltat resursele şi produsele luând în considerare aceleaşi aşteptări pe care le au cumpărătorii la investiţiile într-un nou automobil de tip Audi sau BMW: preţul este cunoscut, calitatea produsului nu implică compromisuri, fiabilitatea este intrinsecă, service-ul şi asistenţa tehnică sunt deosebite, iar preţul pieselor de schimb este transparent şi este publicat. Firma consideră că acestea sunt aşteptări la care aspiră beneficiarii, atunci când investesc în afaceri, în viaţă şi în viitor. Din aceste motive se crede că maşinile firmei nu sunt doar o alegere bazată pe preţul mic, ci, mult mai important, aceasta este o alegere pentru companii care caută cea mai bună combinaţie între valoare (preţ), fiabilitate, precizie şi productivitate.

Adăugarea unei axe de prelucrare suplimentare (rotative) este o modalitate verificată de creştere a productivităţii, de reducere a numărului şi duratei reglajelor şi de creştere a preciziei la piese cu multe operaţii [29]. Asigurarea unor viteze mari ale axelor rotative constituie un pachet de caracteristici care reduc durata ciclului, permit prelucrarea completă şi a capătului opus şi asigurarea preciziei solicitate.

La strunguri, introducerea axei Y (centre de strunjire) permite prelucrarea unor suprafeţe (prin frezare, găurire, filetare) excentrice faţă de axa de rotire/simetrie a piesei [28].

Succesul firmei se datorează şi participării, timp de 30 de ani, la peste 1000 de târguri comerciale în întreaga lume.

Beneficiarii pot afla preţul de vânzare cu amănuntul vizitând site-ul firmei, ceea ce nicio altă firmă nu oferă. Firma oferă şi posibilitatea configurării online a ofertei, care include şi preţul total.

Revenind la problema maşinilor (centre de prelucrare) verticale multioperaţionale cu 5 axe, acestea oferă o serie de avantaje:

• utilizarea mai eficientă a spaţiului din secţia de fabricaţie;
• nu există piese care aşteaptă între operaţii/maşini, nu este necesar transportul interoperaţional, iar spaţiul a două maşini este ocupat de doar o maşină;
• durate mai scurte ale ciclului de fabricaţie, prin îmbunătăţirea condiţiilor de aşchiere (se asigură o rigiditate îmbunătăţită, prin optimizarea lungimii sculei);
• precizia de prelucrare este mai mare (nu există erori de centrare, prelu­crările fiind făcute într-o singură prindere);
• timp de reglare mai mic; costuri mai mici (mai puţine piese pentru fixare,costuri mai mici ale sculelor, utilizare mai intensă a maşinii).

Un exemplu edificator privind avantajele unei astfel de maşini îl reprezintă prelucrarea completă a unei roţi dinţate conice cu dantură curbă (figura 39 [26]).

Figura 39

În mod normal, acest tip de piesă se realizează pe trei maşini-unelte diferite, inclusiv maşini speciale. Se reduc costurile privind echipamentul, spaţiul ocupat, termenul de livrare.

Prin prelucrarea simultană pe 5 axe s-au obţinut:

• precizii ale erorii de pas – clasa JIS 5;
• eroare cumulată de pas – clasa JIS 2.

Finisarea danturii s-a făcut după tratamentul termic al acesteia (duritate 60 HRC).

Maşinile de bază sunt strunguri carusel, cu următoarele precizări:

• montantul este deplasabil (axa X) pe ghidaje de rostogolire, fiind acţionat la ambele capete (extremităţi) (gantry);
• traversa (axa Z) este deplasată pe ghidaje de rostogolire, fiind acţionată la ambele capete (gantry);
• suportul de lucru, echipat cu axă B şi cu arborele de frezare înglobat, se deplasează pe ghidaje de rostogolire (axa Y);
• platoul (axa C) este fix pe batiu şi oferă o precizie de poziţionare de ±2,3 sec.

La prelucrarea prin conturare se obţine o eroare de circularitate de 2,1 µm (material aluminiu, viteză de aşchiere 326m/min, avans 1000mm/min sau 0,03mm/dinte).

Pentru a asigura stabilitatea dimensională a pieselor prelucrate firma a introdus conceptul „thermo-friendly” (prietenos din punct de vedere termic), care asigură precizia de prelucrare prin concepţia structurală a maşinii şi prin tehnologia de control a deformaţiilor termice. Maşina nu are nevoie de compensare dimensională şi nici de perioada de încălzire. Se asigură stabilitatea dimensională foarte bună, chiar la prelucrări consecutive după perioade lungi de timp şi la variaţia temperaturii mediului în secţia de producţie.

Acest principiu are la bază următoarele soluţii:

• tehnologie de comandă de înaltă precizie;
• construcţie simplă a maşinii;
• concepţia maşinii asigură egalizarea tempe­raturilor.

Aceste principii sunt materializate prin:

• TAS-S (stabilizator activ termic – arborele principal) (axele X,Y,Z controlează deformaţia termică a arborelui principal);
• TAS-C (stabilizator activ termic – construcţie) (control total al deformaţiei termice a sistemului platoului, batiului, montantului şi a turelei).

În  figura 40 [26] se prezintă modul de variaţie a dimensiunilor pe axele X şi Z, într-o perioadă de 24 de ore, la operaţii de frezare şi strunjire, prelucrarea începând „la rece” şi cu utilizarea lichidului de răcire.

Figura 40

În plus faţă de caracteristicile granitului natural prezentate în [21], acesta are şi proprietăţi deosebite de izolare a vibraţiilor [27] (figura 41.a), unde curba roşie reprezintă „răspunsul”  granitului la o solicitare dinamică şi al structurilor de oţel (curba galbenă) şi de fontă (curba maro). Rezultă avantajul evident al granitului din punct de vedere dinamic (amortizare rapidă). Acest avantaj este deosebit de important în efectuarea operaţiilor de finisare. Utilizând tehnologii de prelucrare cu laser este posibil să se obţină cele mai fine structuri (calitatea suprafeţei – rugozitate), care nu pot fi obţinute prin sisteme tradiţionale de gravare. Grosimea materialului nu este un factor decisiv pentru prelucrare. Tehnologia de prelucrare cu laser nu necesită lichid de răcire, contribuind şi sub această formă la protecţia mediului. Seria de maşini PULSARIS poate prelucra structuri delicate, gravări, structuri variate ale suprafeţelor, cu aplicaţii în baterea monedelor, insignelor, în industriile medicale şi a ambalajelor, la fabricarea matriţelor, a jocurilor pentru copii etc (figura 41.b,c,d) [27].

Figura 41 a 

Figura 41d

Figura 41b

Figura 41c

English summary

The basic manufacturing principles of the large machine tools producers include:

• a large variety of customizations, according to the requests and needs of the end-user, based on the modular concept of the machines;
• providing the end-user with a wide range of constructive and technological options to allow a significant increase of productivity and accuracy;
• the options made available to the end-user enable him to process a large range of materials, parts and surface types;
• fitting the machines with hardware and software „peripherals” allow high processing accuracies, which in most cases eliminates the need for an additional machine or connection, resulting in higher productivity, lower prices and shorter delivery periods, etc.