Cum se alege o maşină-unealtă (serie nouă) (IV)

În episodul anterior specificam faptul că în întreaga lume, în toate domeniile industriale (şi nu numai), se dă o luptă continuă pentru eficienţă, care include şi economia de energie, de timp etc. Strădaniile sunt „în dublă partidă”: şi furnizorii de echipamente de producţie (în cazul de faţă - maşini-unelte) şi utilizatorii acestora încearcă să ofere/utilizeze sisteme tot mai eficiente, inclusiv din punct de vedere energetic.

1.5 Acţionarea capetelor de frezare

Teoretic și practic, capetele de frezare fac parte din categoria accesoriilor (opționale), cu care un producător de mașini-unelte poate să-și echipeze mașina-unealtă, pentru a-i mări posibilitățile tehnologice (de prelucrare): dimensiuni (diametre, lungimi, distanțe), poziții diferite (orientări) ale suprafețelor de prelucrat față de sistemele de axe de coordonate (ale piesei sau mașinii-unelte), efectuarea de prelucrări speciale (rectificări, danturări) etc într-o singură prindere a piesei pe mașina-unealtă.

Pentru a putea efectua variate prelucrări ale suprafețelor orientate după diverse unghiuri în spațiu, capetele de frezare complexe au, în principiu:

• două axe de rotație, care orientează axa arborelui portsculă în spațiu;
• un arbore principal de antrenare a sculei

1.5.1 Capete de frezare birotative cu roţi dinţate

În [31] se prezintă câteva tipuri de capete de frezare birotative cu axele de rotire independente, acționate cu roți dințate (compania F. ZIMERMANN GmbH):

• figura 15: cap birotativ ușor și compact, destinat prelucrărilor cu viteză mare (HSC), cu moment mare;

•  figura 16: cap birotativ deosebit de precis, destinat prelucrărilor complete prin frezare;

• figura 17: cap birotativ în construcție grea și robustă, pentru prelucrări în regim greu (degroșare);

•  figura 18: cap birotativ, una din cele mai noi soluții ale acestei familii, destinat tuturor aplicațiilor HSC.

Din analiza acestor figuri rezultă următoarele:

• arborele portsculă este cu acționare directă (arbore motorizat) sau este acționat prin intermediul unui reductor cu roți dințate;
• acţionarea axelor de rotaţie se face cu motoare independente, prin intermediul unor me canisme ce includ transmisii cu curele dințate, cu angrenaje cilindrice sau melcate.

Fără a fi evidente în aceste figuri, aceste capete de frezare implică sisteme de alimentare a motoarelor și a traductoarelor prin cabluri electrice, furtunuri hidraulice (pentru ungere, pentru blocarea axei, pentru deblocarea sculei).

Toate acestea pun în evidență complexitatea construcției, prezența unor potențiale surse de defectare, probleme majore la întreținerea și la repararea mecanismelor etc.

1.5.2 Capete de frezare birotative cu arbori motorizaţi

Evoluția, perfecționarea sistemelor de arbori motorizați a condus la utilizarea lor și la alte componente de mașini-unelte – capete de frezare. Din punct de vedere mecanic, cinematic structurile s-au simplificat extraordinar de mult.

Dacă se compară realizările care folosesc principiul arborelui motorizat – figura 19 [5], 20 [26],21.a [31], 21.b [71], 21.c [72] cu soluțiile cu antrenare mecanică (figura 15 – 18) sunt evidente multe avantaje ale soluțiilor cu arbori motorizați.

La aceste capete de frezare, care înglobează arbori motorizaţi

• alimentarea cu energie electrică (motoare, traductoare, senzori) se face prin cuple;
• alimentarea cu fluide (ulei, lichid de răcire) se face cu distribuitoare rotative (ungere, blocări/ deblocări ale sculelor/axelor, răcirea sculei);
• motoarele de acționare a axelor rotative (A și C, plus B la capetele prezentate în figura 21.b şi 21.c) sunt motoare de cuplu, folosite la rotirea/ bascularea axei sculei așchietoare;
• răcirea sculei se poate face fie direct prin scula așchietoare, fie prin fața frontală a flanșei arborelui de frezare.

Poziția unghiulară pe axele de rotație (A, C și B, în două exemple) se controlează cu traductoare rotative (incrementale sau absolute).

Sunt firme care oferă diverse tipuri de capete de frezare cu două axe de rotație [17]:

• ambele cu acționare continuă, care pot fi utili­zate pentru operații de frezare continuă 5D;
• cu o axă de poziționare (care utilizează un cuplaj frontal de tip HIRTH sau GLEASON), iar cea­laltă cu acționare continuă.

Un accesoriu deosebit este un cap de freza­re dublu – figura 21.a [31], caracterizat prin următoarele particularități:

• are doi arbori principali – unul de degroșare și unul de finisare;
• în timp ce unul lucrează, celălalt este în repaus;
• poziția lor reciprocă este la 90o și, împreună, asigură deplasarea pe două axe de rotație, permi-țând prelucrarea simultană pe 5 axe; acestea pot fi axe de poziționare sau de conturare (rotire con­tinuă);
• acționarea sculelor se face cu arbori motori­zați, ca și cea a axelor de rotație.

 Capetele de frezare prezentate în figura 21.b și în figura 21.c sunt capete de frezare cu 3 (trei) axe de rotație! Pentru evidențierea unor avantaje deosebite ale acestor soluții, voi prezenta, pe scurt, câteva particularități ale acestora.

La capul de frezare din figura 21.c arborele de frezare (portsculă) este cu arbore motorizat. Cele trei axe de rotație (A: ±110o; B: ±15o ; C: ±360o) sunt acționate cu motoare de cuplu (tot un sistem de arbore motorizat).

 Utilizarea unor ghidaje circulare speciale, foarte rigide și de înaltă precizie face posibilă utiliza­rea unor regimuri de așchiere de 4 (patru) ori mai intense decât cele permise cu celelalte tipuri de capete birotative. Acest aspect oferă, în plus, o altă serie de avantaje:

• chiar la prelucrarea colțurilor și a buzu­narelor, la utilizarea capetelor de frezare birota­tive (axele A și C), deplasările pe aceste axe sunt aproape nule, pe când la prelucrările cu acest cap de frezare se asigură o viteză de avans constantă și ridicată, ceea ce are ca efect o uzură mult mai mică a sculei așchietoare;
• poziționarea axei sculei pentru prelucrări la diferite unghiuri necesită rotiri minime și economii de timp; nu este necesară retragerea în rotație a axei C la terminarea unui ciclu de prelucrare.

Performanțele acestui cap de frezare sunt simi­lare celor care se pot obține cu structuri de tip hexapod/tripodă (platformă STEWART), cu mici neajunsuri, din cauza unghiurilor de rotire limi­tate. Prelucrarea se poate face cu viteze optime de așchiere, cu orientarea corespunzătoare a axei scu­lei în raport cu suprafața de prelucrat. Se obține o calitate (rugozitate) foarte bună a acesteia. Capul de frezare are o putere de 60 kW și o turație maximă de 22.000 rot/min.

Capul de frezare din figura 21.b are și el tot 3(trei) axe de rotație. Unghiul dintre axele A și C este de 50o, fiecare din ele având unghiuri de rotire de ±360o, iar axa B are un unghi de rotire de ±90o, dar are un unghi suplimentar de rotire de -10o, adică este posibilă efectuarea unor prelucrări prin „subtăiere” (unghiul de -10o înseamnă că scula este îndreptată cu partea așchietoare în sus). Acest cap de frezare poate fi echipat cu un arbore portsculă cu puteri de 33/26 kW, cu un moment maxim de 128/105 Nm și are turații maxime de 18.000/22.000 rot/min.

Existența ghidajelor speciale ale capului de frezare din figura 21.c îi conferă acestuia avantaje certe privind capacitățile de așchiere, precizia de prelucrare.

Pentru a putea utiliza eficient, la întreaga capacitate a posibilităților acestor capete de frezare s-au elaborat software-uri speciale care să permită prelucrarea simultană pe 3 la 6 axe simultan (3 liniare și maximum 3 rotative).

O soluție hibrid este prezentată în figura 22 [39]. Axa basculantă a capului de frezare este acționată de două motoare de torsiune, cu turații mici, care, prin intermediul a două pinioane antrenează o coroană dințată.

Utilizând două motoare de puteri mici se economisește până la 20% din energie față de utilizarea unui arbore motorizat. Cele două motoare sunt comandate astfel încât să mențină un moment constant de tensionare a coroanei dințate, elimin#nd, asfel, jocul și mărind rigiditatea necesară în timpul prelucrării.

Soluția se aplică ambelor axe: de rotire - A și de basculare – C, cu momente capabile de 2000 și, respectiv, 2500 Nm. Turațiile axelor comandate sunt de 60 rot/min, iar capul de frezare este realizat pe principiul arborelui motorizat, cu o putere de 30 kW și o turație de max. 12.000 rot/min.

Aplicaţiile acestei tehnologii s-au extins la turelele (capete revolver) centrelor de prelucrare, care au posibilitatea antrenării sculelor aşchietoare la turaţii corespunzătoare condiţiilor de prelucrare ale tipului de material etc. În figura 20 [26] este prezentată o secţiune printr-o astfel de turelă. Statorul arborelui motorizat este răcit cu ulei termostatat. Faţă de modelele anterioare de turele, acestea prezintă o serie de avantaje:

• creșterea temperaturii turelei este de 10 ori mai mică [25;26];
• s-a mărit puterea disponibilă operațiilor tehnologice [25];
• s-a îmbunătățit precizia de frezare, deformațiile termice fiind de cca. 10 ori mai mici [25];
• se reduc pierderile de energie (frecări, mase inerțiale în mișcare de rotație mai mici), deci crește randamentul [25].

Indiferent de tipul capului de frezare, scula este acționată cu un arbore motorizat. Pentru satisfacerea diverselor necesități ale beneficiarilor, firmele pot livra o gamă variată de capete de frezare, cu diverse puteri și momente de torsiune, cu diferite turații maxime, pentru prelucrarea diferitelor materiale (feroase, aliaje de cupru, aluminiu, titan), pentru diferite tipuri de operații (frezări, strunjiri – alezări, rectificări).

BIBLIOGRAFIE

1-             BECKER, Sylke- Press release: EMO Hannover 2013 will showcase „Intelligence in Production”;

2-             SCHÄFER, Marlies- VDMA: „Producing more intelligently” boosts the competitivenes of German industry;

3-             *** DSEI: Setting a new benchmark; PRODUCTION ENGINEERING SOLUTIONS, August 2013;

4-             *** German quality at the right price; PRODUCTION ENGINEERING SOLUTIONS, August 2013;

5-             *** CyteC SYSTEMS: CyMill; flyer 38.2011;

6-             *** GROB motor spindle; GROB International Trade Fair Edition; EMO 2013 Production highlights;

7-             *** Vertikal – Drehzentren; One stop solution for metal cutting; HURON; cat. 2013-09:

8-             *** MAZAK: HCN –Horizontal center VEXUS; cat. 99J324705 E0

9-             *** MAZAK: MAZATECH FH-680 Horizontal machining center; cat. FH680 99J306696E1;

10-          *** MAZAK: Touch the future;

11-          *** MAZAK: Horizontal center NEXUS II series; cat. 99J325506E3;

12-          *** MAZAK: QUICK TURN 6G; cat. 99J114996E2;

13-          *** MAZAK: QUICK TURN 6T; cat. 99J115296E2;

14-          *** MAZAK: QUICK TURN 10; cat. 99J109595E2;

15-          *** MAZAK: INTEGREX 30&35; cat. 99J108194E1;

16-          *** YCM: TOTAL SOLUTION; cat. 062012 NE03-2000;

17-          *** EDEL : ROTA MILL-High Performance mit 6 Achsen, Ausgabe 09/2013;

18-          *** EDEL : 5 Axis Performance MULTI MILL; Edition 03/2013;

19-          *** FAHRION PRÄZISION – Press release EMO 2013;

20-          *** SKF: SKF Life Cycle Management: Expert support-for the lifespan of a machine; Press information;

21-          *** SKF: Maintenance and optimization: SKF spindle service ensures more efficient machine tools; Press release;

22-          *** SKF: Energy Efficient Microdosage Lubrication system for High-Speed Spindles; Press release;

23-          *** SKF: SKF ECONOMOS presents intelligent sealing solutions for longer machine up-time at EMO; Press Release;

24-          *** SIGMA: FLEXI-Simultaneous 5-axes vertical machining centres; cat. MOD.04-E;

25-          *** DMG MORI SEIKI : NLX 1500/NLX 2000; cat. NLX 1520-EA05-1ABD;

26-          *** DMG MORI SEIKI : NL Series; cat. NL-EG10-1ABD;

27-          *** DMG MORI SEIKI : NHM Series, cat. NHM-ED01-1ABD;

28-          *** ZF: Presseinformation: Higher Performance: ZF Develops new Duoplan Hollow Shaft Drives for Machine Tools;

29-          *** ZF: Presseinformation: High Speed or High Torque? Both!

30-          ALBERELLI, Laura: La potenza nascosta delle macchine; In Motion; 1, settembre-ottobre 2013;

31-          GORNIC, Corneliu: Târgul de maşini unelte Hannover 2005; Raport Tehnic (document intern, nepublicat).

32-          GORNIC, Corneliu – Parameters constancy-much more important than their values; Proceedings in Manufacturing Systems, vol. 9, Issue 1,2014; Romanian Academy;

33-          HURON: One Stop Solution for metal cutting; cat. 01k-3;2013-09;

34-          *** VIGEL: PLATFORM 5 – 5 Axes Multispindle Horizontal Machining Centers; TW.TR.QD 500/SP;

35-          *** DMG MORI SEIKI: DMU/DMC monoBLOCK® series;

36-          *** CyteC Systems: CyTurn (04/2008);

37-          *** DMG MORI SEIKI: NMV 5000 DCG/NMV 8000 DCG; cat. NMV-ECO 1ABV;

38-          *** Chiron: 24 series (09/13);

39-          *** ITRI (Industrial Technology Research Institute): Fation Design;04-22338796;

40-          *** MAZAK-Vertical center SMART 430A (07/2000); cat. S99J252710EO;

41-          *** MAZAK-High-Precision, High-Efficiency Integrated Mill Turn Center NT 6600 DCG; cat. NT6600-ECO 5 ABV;

42-          *** DMG MORI SEIKI: SPRINT 50/60 Next Generation; cat. PRO.05 992-071 UK;

43-          *** press.danobatgroup.com/vertical-lathes-hydrostatic technology/

44-          *** www.hilgert.ch

45-          *** www.elha.de

46-          *** www.zollern.de

47-          *** youtube.com

48-          *** SKF-Super-precision angular contact ball bearings: High capacity 719...D(SEB) and 70...D(Ex) series;

49-          *** HYDROQUIL – Arbore de alezare cu sustentaţie hidrostatică FPT;

50-          *** LBH-LAZATTI hydrostatic; www.lazatti.eu/index.php/products/floor-type;

51-          *** HYPROSTATIC – Hydrostatic Spindles;

52-          *** CyMill; G30 UNIVERSAL;flyer g30-45-2010;

53-          *** CyMill: M21 GABEL/FORK; flyer m21-2010;

54-          *** DMG MORISEIKI: MAX3000; cat. EAO3-1ABD;

55-          *** DMG MORISEIKI: NT6600 DCG; cat. ECO5 ABV;

56-          *** STAUFF: Reliability that pays for itself; Press Release; June,6,2013;

57-          *** STAUFF: Early identificationof contamination; Press Release; August,19,2013;

58-          *** LOSMA: Losma takes part at EMO Hannover;

59-          GORNIC, Corneliu: Bearing area – what it means and how to handle it; Proceedings in Manufacturing Systems; vol.6, issue 1, 2011, Editura Academiei Române, pp.53-59;

60-          *** MAZAK: INTEGREX  eII series; cat. T99J154705EO;

61-          *** MAZAK: NEXUS II series; cat.T99J325506E3;

62-          *** DMG MORI SEIKI: NVX 5000 II series; cat. EBO4-1ABD;

63-          *** DMG MORI SEIKI: NLX 2500; cat. EB14ABV;

64-          *** ETP Transmission AB: ETP HYDRO-GRIP Hydraulic high precision toolholders;

65-          *** FAHRION Vertriebs GmbH; The collet chuck- on all-rounder for milling applications; Press Release EMO 2013;

66-          *** CyTec Zilindertechnik GmbH:Spantechnik; Ausgabe 9/2007;

67-          *** www.Vortec.com: Cold air guns;

68-          *** www.exair.com : Cold gun aircoolant systems;

69-          *** www.nex-flow.com/tool-cooling.htm;

70-     *** TIMKEN: Where you turn (e-catalogue).

CORNELIU GORNIC este Preşedinte PROFEX, Centru de Dezvoltare Tehnologică