TEMA 2.2
MONITOROVANI FUNKCI
A PROCESŮ
V dílčím projektu Měření a diagnostika
obráběcích strojů probíhaly v roce
2010 tyto činnosti:
Praktická měření - simulace vibračních
poruch na SDV
Během měření se zjistilo, že vnější
kroužek zadních ložisek v některých
režimech prokluzuje, a proto nejsou
signály ze snímačů jednoznačné. Přesto
byly realizovány dlouhodobé testy
běhu vřetene bez mazání jednotlivých
ložisek a byl sledován vliv zapnutí/
vypnutí profuku vřetenových ložisek
a zapnutí/vypnutí chlazení.
Integrace jednotky Vibro 2 do diagnostiky
obráběcího stroje
Bylo navrženo a odzkoušeno robustní
provedení snímače (duralové pouzdro,
zalévací hmota, kovová ochranná
hadice). Kladl se důraz na dlouhodobé
zkoušky v agresivním prostředí uvnitř
pracovního prostoru, na vřeteni obráběcího
stroje. Dále byly vytipovány alternativy
konstrukce tříosého snímače
zrychlení (digitální čip na místo analogového).
Vliv nevyváženosti na kvalitu obráběného
povrchu
Uskutečnila se celá řada měření
s různými nástroji a různými otáčkami.
Kvalita povrchu se vlivem nevývahy
mění nepatrně. Mění se však geometrie
obrobku (viz obr. 8). Realizoval se
rovněž koncepční návrh na zlepšení
vlivu nevyváženosti na kvalitu obráběného
povrchu.
Teoretická a experimentální příprava
na ChA (Chatter Avoidance
- vyhnutí se chvění - jeho eliminace)
Byly připraveny podmínky testů
ověřujících novou hypotézu nestability,
vysvětlující mechanismus vzniku
chvění při hladicím řezu. Proběhla první
měření. Plánované ověření koncepce
zkouškami obráběním bylo odloženo
na příští rok, neboť byly objeveny nové
možné přístupy. Náhradou za zkoušky
byla provedena rešerše problematiky
v podstatně větším rozsahu.
Ve druhém dílčím projektu tohoto
tématu se řešilo Monitorování funkcí
a vlastností tvářecích strojů.
Postup při zpracovávání zadané problematiky
je metodicky uspořádán tak,
aby byly provedeny nejdříve studie
samotné problematiky monitorování,
nebot’ monitorování tvářecích strojů
doposud není v technické praxi běžné.
Teprve později se přikročilo ke zkoumání
základních funkčních závislostí
strojů, jmenovitě mechanických
kovacích lisů a také k monitorování
prováděných technologií na tvářecích
strojích. Nejdříve byl proveden sběr
a studie statistických dat ohledně používaných
technologií na kovacích
mechanických lisech a seřazení základních
technologických operací dle
četnosti jejich využívání na klikových
kovacích lisech. Dále bylo pokračováno
ve zkoumání vlivu četnosti výskytu
jednotlivých technologických operací
na zatěžování klikového kovacího lisu
a jeho komponent a stanovení vlivu
nejčastěji používaných technologií
na procesu zatěžování klikového kovacího
lisu. Spolu s tím se zkoumala
závislost opotřebovávání stroje od jednotlivých
technologických zatížení.
Dále byl prováděn sběr a studie statistických
dat o závislosti a souvislostech
jednotlivých činností mechanického
kovacího lisu a vyhodnocován vliv četnosti
činností a funkcí mechanického
kovacího lisu na konstrukci stroje.
Na provedené práce navazuje analýza
zjištěných údajů o technologickém
zatěžování mechanického kovacího
lisu a zjišt’ování, jak ovlivňují obdržené
výsledky samotný technologický
proces. Závěrem bylo provedeno
zhodnocení provedeného monitorování
mechanického kovacího lisu
a z toho vyplývající doporučení pro
konstrukci stroje. Provedené práce
lze hodnotit jako jeden z prvních
přínosů do systematického způsobu
monitorování tvářecích strojů. Jako
jeden z nejzajímavějších přínosů pro
výrobní i konstrukční sféru v konstrukci
tvářecích strojů je provedené
konkrétní monitorování, a to formou
průzkumu ohledně prací na mechanických
kovacích lisech. Překvapivé
výsledky z tohoto monitorování jsou
cenným poznatkem jak pro výrobce,
tak pro uživatele těchto strojů.
TEMA 2.3
VYKONNOST
V tomto tématu probíhal v roce 2010
zejména výzkum Nových metod provozního
měření dynamických vlastností
obráběcích strojů, který se
ubíral několika směry. V prve řadě se
testovaly různé druhy čidel (snímačů)
kmitání z hlediska vhodnosti nasazení
při provozní identifikaci dynamických
parametrů. Následně proběhlo testování
frézováním na obráběcích strojích.
Nakonec byly provedeny pokusy normování
vlastních vektorů na standech.
Při testování snímačů, pro měření
na rotujícím nástroji, byl zkoušen dopplerovský
laser a eddy-current sonda
(vířivé proudy). Ukázalo se, že eddycurrent
sonda, i když je mechanicky
robustní, neměří dobře válcové dílce.
Při testování frézováním se ukázalo,
že kmitavý signál získaný poklesem
otáček při frézování obsahuje rezonanční
frekvence. Tyto frekvence se
shodují s těmi, které byly naměřeny
při nestabilním frézování. Normování
vlastních vektorů (=nalezení amplitud
dynamické poddajnosti) proběhlo pouze
na standech. Zde byly zjištěny uspokojivé
výsledky. Byla k tomu použita
metoda známá z literatury. Je otázkou,
zda tato metoda bude použitelná na reálném
obráběcím stroji.
TEMA 2.4
BEZPEČNOST OBRABĚCICH
A TVAŘECICH STROJŮ
V roce 2010 se práce zaměřily na Využití
3D - virtuální reality v analýze
rizik a bezpečnosti strojů.
Byla provedena rešerše současného
stavu technologií VR (virtuální reality)
a vytipováno vhodné SW vybavení
naší laboratoře virtuální reality. V návaznosti
na to byl zaveden SW Conduit
a optický tracking. Pro tvorbu a práci
s 3D modely v laboratoři virtuální reality
byl vybrán software Pro/ENGINEER
Wildfire. Dále byla realizována
SW vazba Conduit - Pro/ENGINEER
Wildfire ve virtuálním systému Powerwall
a experimentálně ověřována
funkčnost uvedeného VR systému
na 3D modelech různého stupně složitosti.
V rámci projektu byla provedena
rozsáhlá rešerše SW produktů z hlediska
možností predikce kolizí ve virtuálním
modelu stroj / nástroj / obrobek
a byly zahájeny práce na implementaci
VR do metodiky analýzy rizik (např.
virtuální prohlídka stroje, zjišt’ování
nebezpečných míst pro obsluhu atd.).
TEMATICKY OKRUH Č. 3:
Vyzkum perspektivnich,
vykonnych a ekologickych
vyrobnich procesů
(zejmena obraběcich)
Řešená témata:
3.1. Řezné nástroje
3.2. Perspektivní, výkonné
a ekologické výrobní procesy
3.3. Programovací a optimalizační
metody pro obrábění
na CNC strojích
3.4. Hybridní technologie - kombinace
více druhů technologií
TEMA 3.1
ŘEZNE NASTROJE
Při řešení projektu v roce 2010 jsou
splněny veškeré cíle, které byly pro
tento rok stanoveny. V některých částech
řešení byly provedeny i práce
navíc. Samotný výzkum byl rozdělen
na dva hlavní směry řešení. Prvním
směrem bylo řešení základních přístupů
ke zdokonalování řezných nástrojů,
výzkum možnosti využití simulace
řezného procesu pro praxi a realizace
řezného nástroje s patentovaným řešením
chlazení řezného procesu. Druhou
částí výzkumu byly práce spojené
s problematikou detekce a sledováním
stability řezného procesu. Cílem řešení
první části výzkumu bylo porovnání
výsledků experimentů, získaných
při reálném obrábění s výsledky dvou
odlišných typů simulačních softwarů
založených na „geometrickém“ a FEM
přístupu k modelování řezných sil. Výsledky
ukázaly jak na dobrou shodu,
tak i některá omezení a zjednodušení
obou typů softwarů, přičemž je možné
pracovat na dalším zdokonalení
softwaru používajícím „geometrický“
přístup. Realizovaná modifikace řezného
nástroje s inovovaným systémem
chlazení řezného procesu byla úspěšně
experimentálně ověřena. Byly řádně
zdokumentovány příznivé účinky modifikace
chlazení/mazání na trvanlivost
břitu nástroje při obrábění korozivzdorné
oceli. Byly zárověň zpracovány
podklady pro Úřad průmyslového
vlastnictví k zahájení řízení o udělení
užitného vzoru a patentové ochrany.
V rámci řešení projektu byla dále zpracována
rešerše nejmodernějších trendů
v oblasti řezných nástrojů, řezných materiálů
a ochranných povlaků.
Druhá část výzkumu byla zaměřena
na realizaci softwarové aplikace
pro identifikaci stability/nestability
řezného procesu v reálném čase, tedy
v okamžiku obrábění. Byl zpracován
a experimentálně ověřen algoritmus
pro měření, stejně jako byla připravena
softwarová aplikace pro realizaci algoritmu.
Funkce algoritmu a SW aplikace
byly ověřeny experimentem. Zjištěné
výsledky ukazují na správnou funkci
algoritmu i SW. Průběh změřené
závislosti velikosti akustického tlaku
na otáčkách nástroje si však v příštím
roce vyžádá realizaci dalších ověřovacích
měření. Část těchto měření již
byla realizována s předstihem již v samotném
konci roku 2010.
TEMA 3.2.
PERSPEKTIVNI, VYKONNE
A EKOLOGICKE VYROBNI
PROCESY
V roce 2010 zde byla řešena problematika
Obrábění materiálů se
zhoršenou obrobitelností. Jednalo se
o obrábění konkrétní titanové slitiny
a korozivzdorné oceli s ohledem na trvanlivost
břitu nástroje a jakost obrobku.
V první části prací byly vytipovány
vhodné pracovní podmínky (řezné
podmínky, typ nástroje, typ a způsob
chlazení řezného procesu, obráběcí
stroj, měřicí metody a techniky) pro
realizaci výzkumu. Na základě těchto
podmínek byly ve spolupráci s průmyslem
(TGS, s.r.o.) definovány dva
moderní nástroje (inovovaná geometrie
břitu, řezný materiál a povlak nástroje
pro obrábění těžkoobrobitelných materiálů)
pro realizaci výzkumných prací.
V rámci výzkumu byl pro tyto dva
moderní nástroje sledován vliv pracovních
podmínek na trvanlivost břitu nástrojů
při obrábění materiálu Ti6Al4V
a na jakost obrobeného povrchu při
obrábění konkrétních obrobků (typ víko)
z korozivzdorné oceli AMS5645.
Dosažení těchto výsledků si vyžádalo
další zdokonalení realizovaných experimentálních
technik. Hlavním výsledkem
výzkumu je stanovení vhodného
typu nástroje (kombinace řezného materiálu,
nové geometrie břitu a nového
povlaku) a pro něj pracovních podmínek
pro dosažení optimálních výsledků
obrábění z hlediska trvanlivosti břitu
nástroje (s ohledem na dobu nástroje
v řezu a na objem odebraného materiálu
v rámci trvanlivosti břitu nástroje) a dosahované
jakosti povrchu. Výsledky
výzkumu obrábění těžkoobrobitelných
materiálů byly rovněž využity při spolupráci
s průmyslem. Jednalo se o realizaci
obrábění korozivzdorných ocelí.
Dále zde bylo řešeno Zvyšování přesnosti
a jakosti broušených povrchů.
V roce 2010 nejprve proběhlo studium
doposud známých teoretických poznatků
z oboru broušení a jejich kritický
rozbor. V rámci těchto prací vznikla
výzkumná zpráva v podobě kritické rešerše.
Ta mimo jiné obsahuje také naznačení
konkrétních směrů a cílů, které
je třeba v oboru broušení nadále řešit,
a to je především broušení tvrdých
ocelových materiálů a broušení neželezných
materiálů (především titanových
a hliníkových slitin). Hlavní části
experimentálních prací v projektu byly
s ohledem na závěry rešerše a na realizaci
konkrétní průmyslové aplikace
zaměřeny na zvyšování jakosti obrobeného
povrchu při broušení ocelového
návarového materiálu UPT A DUR 600
o tvrdosti přibližně 62 HRC. Pro broušení
byly vybrány moderní a doposud
nedostatečně testované brousicí materiály.
Při broušení těmito materiály byl
určen vliv řezných podmínek na minimální
možnou dosaženou drsnost obrobeného
povrchu (viz obr. 10), a posléze
také na příkon obrábění v případě
realizace hrubovacích operací broušením.
Posléze byly navíc ještě vypočteny
ekonomické ukazatele u jednotlivých
testovaných variant. Hlavním výstupem
prací v roce 2010 bylo určení
nejvhodnějšího materiálu brousicího
kotouče a pro něj nejvhodnějších řezných
podmínek tak, aby byly splněny
požadavky zadání úkolu - vysoká
předepsaná jakost povrchu obrobku
a minimální náklady při broušení uvedeného
materiálu. Výsledky broušení
kalených ocelových materiálů s cílem
dosažení vysoké jakosti povrchu byly
rovněž aplikovány ve spolupráci
s AV ČR při přípravě speciálních vzorků
pro povlakování.
Prof. Ing. Jaromír Houša, DrSc.
vedoucí VCSVTT
Pokračování v příštím čísle
