Az intelligens és okos dolgok gyorsan beférkőztek az életünkbe. És bár az emberre jellemző a szokásaihoz való ragaszkodás, a modern világgal szemben tanúsított ellenállás csekély volt.
Az okos- telefon, a televízió és a hűtő is (nem beszélve a biztonsági eszközökről stb.) elválaszthatatlan velejárója az otthonainknak.
És az okosodás a CNC forgácsolók világát sem kerülte el. Hogyan is kerülhette volna, hisz minden gép és cella működését egy vagy több számítógép irányítja.
A folyamatok fejlesztésének egy következő szintje a szerszámtartók “okosítása”, mellyel minden eddigi fejlesztés ezen a területen tovább vihető.
“…az ipari szereplők és kutatók közös munkájaként létrejött dinamométer.”
Az intelligens szerszámozás és okos megmunkálások hatalmas potenciállal bírnak, és az ipar figyelme egyre inkább efelé terelődik, különösen az ipar 4.0 fokozott elterjedésével. A forgácsolással szemben támasztott követelményeknek, (mint növekvő méret- és alakpontosság, finomabb felületi minőség) való megfelelés egyre inkább csak ezen módszerek használatával lehetséges. A forgácsoló szerszám pozíciója, stabilitása és beállítása kritikus szerepet kap a problémák megoldása során.
Ezeken felül, a nagy értékű precíziós alkatrészek megmunkálásakor fontos, hogy az ún. okoseszköz proaktív szerepet kapjon. Ez segít ugyanis megbirkózni a megmunkálási dinamika, a folyamatban bekövetkezett változások, és a feladat összetettsége okán kialakult nehézségekkel.
Az ultra pontosságú megmunkálások felületi érdessége nanometrikus léptékben mérhető, aminek megbízható és tartós elérése csak a legfejlettebb technika bevonásával lehetséges.
A kiváló felületi minőség, méret és alakpontosság elérését célzó törekvések és megfigyelések azt mutatják, hogy a forgácsolási erő változása a szerszám kopásának, vagy más körülmény megváltozásának a következménye, ami befolyásolja a kapott végeredményt.
A szerszám kopásán túl annak törése is értelemszerűen a forgácsolási erő növekedését és nem kívánatos remegések kialakulását eredményezi.
Ez pedig azzal jár, hogy a kapott forma, vagy megmunkált minőség és az elvárások között különbség képződik.
Az ilyen gyártási hibák elkerülésére olyan eszközök fejlesztése zajlik, amelyek mérik a forgácsolási erők nagyságát és a vágási dinamikát.
Ennek a fejlesztésnek az egyik eredménye az ipari szereplők és kutatók közös munkájaként létrejött dinamométer. Jelenlegi állapotában a rendszernek vannak korlátai, mint például az ára, a megbízhatósága, illetve a súlya, ami nehézkessé teszi az ipari felhasználást.
További probléma vele, hogy maga a rendszer csökkenti a befogott szerszám merevségét, ami negatív hatással van a forgácsolás kimenetelére.
Vannak alkatrészek, melyeket szennyezésmentes környezetben kell megmunkálni, ami ellehetetleníti a hűtő-kenő folyadék használatát. A forgácsolási zónában így kialakult magas hőmérséklet a szerszám fokozott kopását, és rossz felületi minőséget eredményez. A szerszám élettartama lerövidül. Vannak anyagok, ahol a kenőközeg használata nélkül a szerszám élein hamar élrátét keletkezik, ami radikálisan növeli a forgácsoló erő nagyságát, és a szerszám törését okozza.
A fejlesztés négy területe
A nagypontosságú és mikro jellegű megmunkálások továbbfejlesztéséhez, és a végbemenő folyamatok megértéséhez tehát új szenzortechnológiára van szükség.
A fejlesztések négy különböző területen zajlanak, amik a következők:
- Forgácsolóerőt figyelő intelligens szerszámbefogó,
- A forgácsolási zóna hőmérsékletét figyelő és szabályozni képes szerszámtartó,
- A nagysebességű megmunkálások további gyorsítását lehetővé tevő szerszám szervó
- Az ultraprecíziós műveletekhez szükséges intelligens megfogók.
A széleskörű ipari felhasználás, ahol az állandó vágási erő biztosítása, vagy az extra nagy sebességű mikrofúrások további gyorsítása, esetleg a teljesen szennyeződés mentes megmunkálás kulcskérdés, tovább sürgetik a fejlesztések előre haladását.
Az intelligens forgácsoló szerszámok nem csak önálló érzékelő egységekkel rendelkeznek, hanem képesek a tanulásra is. Ez eredményezi majd azt, hogy a forgácsolás teljesítménye, költséghatékonysága javulni fog, illetve rendelkezésre állnak majd mért adatok a végbement vágási történésekről.
A plug and play, autonóm működés, önállapot-figyelés jelzőkkel szokás őket illetni, és jellemző rájuk, hogy a legmagasabb szinten automatizált CNC cellákkal is kompatibilisek.
Az ébredő erők , a hőmérséklet, a szerszám pozíció mérésekre külön, és kombináltan is képesek az eszközök.
Az erőket figyelő okos szerszám piezo alapú fóliákat alkalmaz erő visszafordítás és indirekt erőmérés technikával. Ennek egy alternatívája a felületi akusztikus hullám érzékelők használata.
A hőmérséklet alapú intelligens forgácsolószerszám fejlesztésének célja, a szerszám belsejének hűtésével történő hőmérséklet szabályozás a szerszám vágó élein. Ezzel megnövekedett szerszámélettartam érhető el, és az elkészült munkadarab felületi minősége is javul.
A forgácsolási zóna hőmérsékletének mérése sok egyéb fejlesztéshez szolgálhat hasznos információval.
Az FTS (Fast Tool Servo) alkalmazása a szerszámok gyors pozícionálásához használt fejlesztés. Jellmzője a rendkívüli működési dinamika és a nagy pontosság, amit bonyolult geometriák pontos megmunkálásához használnak elsősorban.
Az intelligens patronok és okos készülékek használata elengedhetetlenek az FTS használatához.
Az intelligens gyártás előnyei a következők:
- Szerszám út és megmunkálási idő minimalizálása
- Jobb felületi minőség.
- Szerszámélettartam és teljesítmény maximalizálás.
- Komplex geometriák megmunkálása pontosabban kivitelezhetők. (vékony faló alkatrészek, vékony tengelyek stb.)
- Folyamatoptimalizálás.
- Okos rendszerek tanulása és az ebből adódó teljesítmény növekedés.
- A forgácsolás folyamatának dinamikus figyelése szenzorokkal. (erők, hőmérsékletek, forgács)
Hatékonyságnövelés és adatelemzés
A hatékonyság növelés a forgácsolás, illetve a gyártás minden területén megfigyelhető. Egy vállalat akkor a legeredményesebb, ha egyszerre, az összes területet fejleszti. Ehhez óriási mennyiségű adatot kell gyűjteni, elemezni, ami alapján a fejlesztés irányai meghatározhatók.
A forgácsoló gépek és vezérlőik az elmúlt években hatalmas átalakuláson mentek át. Többek között lehetővé teszik a gyártási adatok tárolását, elemzését akár valós idejű megfigyelését.
A szerszámok és szerszámtartók fejlesztése új léptéket jelent a hatékonyság maximalizálásának területén. Egyrészt, mert olyan információk is kinyerhetők, amik eddig csak közvetett módon voltak elérhetők. Például a szerszám kopás képéből, vagy az elkészült alkatrész felületéből, esetleg a keletkezett forgácsból.
Másrészt az erők, hőmérsékletek stb. figyelése nem csak a gyártást teheti produktívabbá, vagy költséghatékonyabbá, hanem a szerszám fejlesztéséhez is szolgálhat hiteles és hasznos adatokkal.
Egyre több a rendelkezésre álló adat, a kérdés most már az, hogy ezeket milyen hatékonysággal dolgozza fel a rendszer.
Szerző: Sipos Ádám
