Výzkumné centrum pro strojírenskou techniku a technologii

2a Obráběcí centrum pro HSC s vysokými dynamickými parametry

vedoucí Ing. Jan Smolík, Ph.D.

Cíle projektu


Navrhnout, vyrobit a vyzkoušet frézovací obráběcí centrum pro HSC s lineárními pohony s vyššími parametry osových zrychlení a rychlostí, než je dnes u špičkových světových výrobců obvyklé. 

Řešení projektu


2004

 

Cíle roku

Navrhnout, vyrobit a vyzkoušet frézovací obráběcí centrum pro HSC s lineárními pohony s vyššími parametry osových zrychlení a rychlostí, než je dnes u špičkových světových výrobců obvyklé.

Průběh řešení

V průběhu let 2000 až 2004 bylo navrženo, vyvinuto, zrealizováno a připraveno pro experimenty obráběcí centrum označené LM-2. Toto obráběcí centrum bylo realizováno ve shodě s deklarovanými cíly tohoto projektu.
Vývojem stroje LM-2 s vysokými dynamickými parametry byl motivován výzkum využitelnosti vysokých zrychlení na obráběcích strojích. Ve spolupráci projektu 2A a 2C byla provedena analýza využitelnosti vysokých zrychlení na strojích a získány z ní plynoucí nové poznatky o nutnosti zabývat se fyzikální veličinou ryv, která představuje derivaci zrychlení podle času. Byl proveden výzkum vlivu velikosti ryvu a zrychlení na vybuzení parazitních vibrací nosné struktury a byl proveden výzkum možností eliminovat tento parazitní vliv prostřednictvím nekonvenčních uspořádání pohonů a celých nosných soustav. V projektu 2A pak bylo na tomto základě studováno využití principu odpružení sekundárních dílů lineárních motorů, které umožňuje výrazně zvýšit dobu přenosu impulsu síly do nosné soustavy stroje při prudkých zrychleních a zpomaleních a tak významně snížit amplitudu tohoto impulsu.
Na základě výzkumu využitelnosti vysokých zrychlení a eliminace vybuzování parazitních vibrací nosné struktury vlivem impulsu síly při zrychlování a zpomalování byl navržen, zrealizován a experimentálně vytěžen zkušební stand STD-1 s lineárním motorem. Na tomto zkušebním standu byl konstrukčně realizován princip odpružení sekundárního dílu lineárního motoru. Ve spolupráci s projektem 2C bylo provedeno ověření teorie regulace přímého pohonu s odpruženým sekundárním dílem, a dále mnoho experimentů v oblasti využití různých principů odměřování ve zpětné vazbě kaskádní regulace. Toto studium umožnilo získání nových zkušeností a poznatků o vlivu chyb interpolace odměřovacích systémů na regulaci přímých pohonů.
Na základě výzkumu využití principu odpružených sekundárních dílů lineárních motorů pro snížení vybuzování parazitních vibrací nosné struktury stroje byl proveden návrh realizace a uplatnění tohoto principu na všech pohonech experimentálního stroje LM-2. Tento stroj jako jediný na světě (podle dostupných informací) nyní disponuje tímto unikátním systémem na všech pohybových osách.
Stroj LM-2 byl navržen a realizován s výrazně širšími technologickými možnostmi než bylo původně plánováno. Stroj tak nyní umožňuje provádět široké spektrum technologických experimentů za vysokých dynamických parametrů se suchým i různě mazaným či chlazeným obráběním, obráběním za vysokých řezných podmínek a obráběním prašných materiálů (grafit, litina). Stroj je vybaven všemi možnými dnes existujícími systémy pro chlazení a mazání místa řezu, a to jak středem nástroje, tak z vnějšku řezného procesu.
Stroj LM-2 byl navržen a realizován s výrazně širšími experimentálními a diagnostickými možnostmi než bylo původně plánováno. Realizován tak byl unikátní systém experimentální diagnostiky a měření (SEDAM), který umožňuje souvislé sledování měřených veličin (teplota, průtok, mechanické napětí, vibrace, el.proud) z více jak 250ti kanálů (čidel, senzorů, PLC výstupů atp.). Potenciál stroje pro experimentální práci byl oproti původnímu záměru výrazně rozšířen a stroj se tak stal unikátním experimentálním zařízením pro studium vlastností vysokorychlostních frézovacích strojů.
Pro stroj LM-2 byl navržen a zrealizován unikátní systém řízení pohonů se signálovým procesorem ve zpětné vazbě (DSPL), který umožňuje vlastní matematickou kontrolu rychlostní zpětné vazby všech pohonů. Tento systém je plně integrován se standardním CNC systémem Siemens Sinumerik 840Di, a na stroji je tak možné provádět experimenty obráběním při vlastní konfiguraci řízení pohonů. Pomocí speciálních funkcí je možné také zcela deaktivovat CNC systém stroje a převzít plnou kontrolu řízení pohonů signálovým procesorem a vlastními regulačními algoritmy u všech pohybových os. Díky uvedené konfiguraci systému řízení se jedná v současnosti o jediný na světě známý stroj (podle dostupných informací) s takovýmito experimentálními možnosti pro pokusy a výzkum v oblasti řízení a regulace servopohonů.
Pro stroj LM-2 bylo ve spolupráci se společností HESTEGO vyvinuto původní pohyblivé krytování osy X-Y umožňující práci při extrémních dynamických parametrech a vysokých posuvových rychlostech. Řešení bylo ochráněno užitným vzorem.

VaV výsledky

 

2003

 

Cíle roku

Navrhnout, vyrobit a vyzkoušet frézovací obráběcí centrum pro HSC s lineárními pohony s vyššími parametry osových zrychlení a rychlostí, než je dnes u špičkových světových výrobců obvyklé.

Průběh řešení

Byly provedeny konstrukční práce na stroji LM-2. V průběhu 3. - 4.Q. 2003 probíhala výroba stroje, dodávky komponentů a byla provedena jeho montáž.
Proběhly a byly dokončeny zkoušky řízené osy s odpruženým sekundárním dílem (včetně naladění regulačních parametrů při tomto uspořádání pohonu – vzniklo zde potřebné know-how v oblasti pohonů s odpruženým sekundárním dílem). Na základě těchto zkoušek byly navrženy parametry odpružení a tlumení sekundárních dílů a koncepce řízení stroje LM – 2.
Byly navrženy, vyrobeny a smontovány díly pro zabudování laserového odměřování. Byly oživeny dvě zapůjčené laserové odměřovací jednotky Renishaw. Na těchto bylo zahájeno testování vlastností ve zpětné vazbě a studium možností uplatnění kompenzačních karet a algoritmů zahrnujících nejrůznější vlivy prostředí.
Byl připraven návrh experimantu, pomocí kterého bude možné na STD-1 simulovat pohon jedné osy na stroji LM-2. Za tímto účelem byl specifikován a dodán potřebný signálový procesor a v předstihu originální pohonový měnič Simodrive 611 U.
Byl připraven a realizován exepriment ověřující možnosti nastavitelných hydraulických tlumičů ENIDINE sloužících jako viskózní tlumící prvek pro odpružení sekundárního dílu lineárních motorů. Experimenty prokázaly možnost užití těchto tlumičů pro tlumení sekundárních dílů na experimentálním stroji LM-2 namísto tlumičů ACE.
Pro realizaci vývoje otočného a naklápěcího stolu se podařilo najít realizátora. Je jím podnik Kovosvit MAS. Společností Kovosvit MAS byl přijat předložený návrh postupu prací na vývoji otočného a naklápěcího stolu pro jimi vyvíjené pětiosé obráběcí centrum a bude zohledněn v uzavírané smlouvě o spolupráci Centra a Kovosvitu MAS.

VaV výsledky

 

2002

 

Cíle roku

Navrhnout, vyrobit a vyzkoušet frézovací obráběcí centrum pro HSC s lineárními pohony s vyššími parametry osových zrychlení a rychlostí, než je dnes u špičkových světových výrobců obvyklé.

Průběh řešení

Byla dokončena studie o využití velkých posuvových rychlostí, zrychlení a ryvu při vysoce dynamických obráběcích procesech.
Byla zpracována další, v pořadí již třetí, varianta experimentálního stroje LM2. Všechny tři návrhy byly kriticky zhodnoceny se závěrem stavět experimentální stroj se základní koncepcí LM2 v1 s odpruženými sekundárními díly a s maximálními osovými zrychleními do 4g. Použití odpružených sekundárních dílů bude ověřeno předem na STD –1.
Byl proveden koncepční a konstrukční návrh tří variant zkušebního standu STD-1 s lineárním motorem. Stand (varianta 1) byl vyroben, oživen a byly na něm provedeny některé testy.
Podle prvních závěrů ze zkoušek na STD-1 byl dokončen konstrukční návrh vybrané varianty stroje LM-2.

VaV výsledky

 

2001

 

Cíle roku

Navrhnout, vyrobit a vyzkoušet frézovací obráběcí centrum pro HSC s lineárními pohony s vyššími parametry osových zrychlení a rychlostí, než je dnes u špičkových světových výrobců obvyklé.

Průběh řešení

Byla vytvořena a zprovozněna velmi kvalitní počítačová síť dovolující vykonávat všechny nezbytné výpočty, zobrazovat nákresy strojů a strojních prvků a dynamicky simulovat strojní funkce a operace. Jednotný základ počítačového systému VCSVTT tvoří v oblasti HW počítače Silicon Graphics a v oblasti SW počítačové moduly I-DEAS.
Byly využity zkušenosti získané z předchozí konstrukce a testování vertikálního obráběcího centra MCFV 5050 LM, dokončen návrh dvou různých verzí experimentální frézky s horizontálním vřetenem stroj (LM2).

VaV výsledky

 

2000

 

Cíle roku

Literární rešerše řešené problematiky (ze světové literatury).
Zjištění stavu řešené problematiky v českém průmyslu (zejména v průmyslu obráb. a tvář. strojů) a potřeby tohoto průmyslu v nejbližších letech.
Formulace cílů projektu (2001 podrobněji a celkový cíl v r. 2004).
Zapracování současných námětů z průmyslu do projektů (podle možnosti).

Průběh řešení

Úvodní studie (projekt) obráběcího centra s parametry v zadaných mezích.

VaV výsledky

 

© VCSVTT 2017
Kruhy
Technologie třískového obrábění Laserové technologie Řídicí a pohonová technika Vývoj strojů a elementů Zkoušení a diagnostika strojů Automatizace výrobních zařízení Programování CNC strojů