MODERNIZACJA, REMONT I RECYKLING W BUDOWIE OBRABIAREK · 2018. 12. 16. · Fanuc B-65270/EN, 5.4.8...
Transcript of MODERNIZACJA, REMONT I RECYKLING W BUDOWIE OBRABIAREK · 2018. 12. 16. · Fanuc B-65270/EN, 5.4.8...
2/2014TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu
18
MODERNIZACJA, REMONT I RECYKLING W BUDOWIE OBRABIAREK
Tadeusz KOWALSKI, Leszek WALKIEWICZ, Andrzej WOJTULEWICZ
S t r e s z c z e n i ePracaprzedstawiawytycznepracykadryinżynierskiejzeszczególnymuwzględnieniemwymogówstawianychobecniekon-strukcjomobrabiarekorazokreślaterminymodernizacji,remontuirecyklinguwodniesieniudoobrabiarek.Zawieraopismo-dułowejkonstrukcjiobrabiarekikryteriawyborumodułówmożliwychdopowtórnegozastosowaniawkonstrukcjiobrabiarek.Jakoprzykładopisywanajestprzebudowastrugarkiwzdłużnejnafrezarkę,azdobytedoświadczeniapodanesąwewnioskach.
S ł o w a k l u c z o w eocenaobrabiarek,modularyzacja,automatyzacja,recyklizacja
1. Wstęp
Procesprojektowaniaikonstruowaniapoleganasta-wianiupytańiodpowiadaniunanie.Konstruktorwybie-rajednorozwiązaniespośródwielurozwiązańmożliwych inaogółznanych.Następniedokonujeocenyipodejmu-jedecyzje,jakdalejdziałać,czyuzyskanosatysfakcjonu-jącerozwiązanie,czynależyproceswyborurozwiązaniapowtórzyć.Koniecznejestwyznaczeniekryteriówocenytychdziałań,doktórychzaliczasię[1]: – bezpieczeństwo–spełnieniewymogówokreślonych
przepisami,
– niezawodność–pewnośćdziałania,
– technologiczność – zakład produkcyjny przystoso-wanydowykonaniadanegourządzeniaorazmożli-wośćzmontowaniadanegozespołu,
– ekonomicznośćprodukcjiieksploatacji,
– ergonomia–przystosowaniedoanatomiiczłowieka,
– estetykakonstrukcji–główniewyglądzewnętrzny.Racja ekonomiczna to zbiór wskaźników i zaleceń
uzyskanianajwiększejefektywnościekonomicznej i jestto stosunekuzyskiwanychefektówdonakładówponie-sionych na powstanie środka technicznego i jego eks-ploatację.Istotneznaczeniemająkryteriaoszczędnościtworzywa i oszczędności energii. Ze względu na racjeekonomiczne należy rozpatrywaćmożliwość powtórne-goużyciazespołówielementówdemontowanychobra-biarek.Należypodjąćdecyzjezwiązanez recyklingiemobrabiarek.
Szacujesię,żenakładyponiesionewwynikudziałańprojektowych i konstrukcyjnych producenta obrabiarekwynoszą: – opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej na pod-
stawie wcześniej przyjętych założeń – 20% nakła-dów,conależyuznaćzawartośćwzględniewysokązewzględunaużywaniezaawansowanychprogra-mówtypuCAD,
– wykonanieprototypu–30%nakładów,
– próbyibadanieprototypu–10%nakładów,
– opracowanie dokumentacji technologicznej – 10%nakładów,
– zmianykonstrukcyjne,opracowanieWOT–5%na-kładów,
– wykonanieoprzyrządowaniadoprodukcjiseryjnej–25%nakładów.
W przypadku budowy obrabiarki recyklingowanejmożnabędziezmniejszyćnakładywykonaniaprototypu,jesttodziałanieonajwiększejkosztochłonności,bo30%,zmniejszą się znacząco również wskaźniki określającenakładynawykonaniedokumentacjikonstrukcyjnej.
2. Modernizacja, remont i recykling obrabiarek
Istnieje związek pomiędzy modernizacją, remontem i recyklingiemobrabiarek.Wszystkie tedziałaniawcho-dząwzakresprojektowaniaikonstruowaniaobrabiarek.
Modernizacja jest to unowocześnienie, uwspółcze-śnienie produktu [2]. Polega na trwałym ulepszeniuistniejącego obiektu, prowadzące do zwiększenia jegowartości użytkowej. Obejmuje również prace związane zpodnoszeniemwalorówestetycznychiużytkowychpro-duktu.W ramachmodernizacjimoże zostać zmienionaarchitekturaobiektu, prowadzącdonadaniaobrabiarcewyrazuodpowiadającepanującymaktualnietrendomwewzornictwieprzemysłowym.
Remont jest to przywrócenie wartości użytkowej –funkcjonalności, sprawności techniczno-ekonomicznej–obiektu,jakimjestobrabiarka.Należyodróżnićremont inaprawę.Naprawajestremontemnieplanowanym,któ-ry równieżpoleganaprzywróceniuwartościużytkowej,ale obiektu uszkodzonego. Racjonalna gospodarka re-montowamazazadanieniedopuszczaćdouszkodzeniaobiektu poprzez stosowanie systemu remontów plano-wo-zapobiegawczych.Prowadzisięprzeglądymiędzyre-montowe,polegającenasprawdzaniustanutechniczne-go,połączonezregulacjąiusuwaniemdrobnychusterek.Prace remontowe realizowanesąwcyklu remontowym idzielisięjena:remontbieżący,remontśredniiremontkapitalny.Nakłady,jakieponosisięnaremontkapitalny,wynosząponad50%wartościnowejmaszyny.Rodzisię
TiAM_2_2014.indd 18 2014-05-13 12:21:24
TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu2/2014
19
pytanie,czynależyprzeprowadzaćremontczydokonaćwtejfazieeksploatacjiobrabiarkimodernizacjęiwjakimzakresie. Fazy technologiczne remontu to: demontaż,weryfikacjaczęściizespołów,naprawazespołów,rege-neracjaczęści,montażibadania.Tunastępujepowtórneużycieczęściizespołówpodobniejakwrecyklinguma-szyn.
Recykling,recyklizacja(recycling)[3]jestjednązme-todochronyśrodowiskanaturalnego.Jejcelemjestogra-niczeniezużyciasurowcównaturalnychorazzmniejsze-nieilościodpadów.Recyklingjestsystememorganizacjiobiegumateriałów,któremogąbyćwielokrotnieprzetwa-rzane.Wskładtegosystemuwchodząelementy: – właściwapolitykaustawodawczapaństwasprzyjają-
carecyklingowi,
– rozwój technologii przetwarzania odpadów, przedewszystkimwceluwykorzystaniajaknajwiększejilo-ściczęści,
– projektowaniedóbrzmożliwienajszerszymwykorzy-staniemwnichmateriałówpodatnychnarecykling,
– projektowaniedóbrmożliwiejednorodnychmateria-łowo,coupraszczaichpóźniejszydemontażisegre-gacjęodpadów,
– projektowaniedóbrbędącychpołączeniemróżnychmateriałów w taki sposób, aby ich późniejsze roz-dzielenie na elementy zbudowane z jednorodnychmateriałówbyłomaksymalnieułatwione,
– projektowaniedóbrwtakisposób,abyjaknajwięcejichczęściskładowychnadawałosiędopowtórnegowykorzystaniabezprzetwarzania lubprzyminimal-nych nakładach na doprowadzenie do postaci peł-nowartościowej,
– systemoznaczania zarówno opakowań produktów,jakielementówskładowychtychproduktów,wceluułatwieniarozpoznawaniaisegregacjiodpadów,
– edukacja proekologiczna społeczeństwa oraz pro-mowanieiorganizacjazachowańproekologicznych,
– logistyka sortowania, gromadzenia i odbioru zuży-tychdóbrorazichelementówskładowych,
– przetwarzanie (uprzednio przygotowanych) odpa-dówiodzyskiwanieznichsurowców.
Zasadą działania recyklingu jest maksymalizacjaponownego wykorzystania tych samych materiałów, z uwzględnieniemminimalizacji nakładów na ich prze-tworzenie,przezcochronionesąsurowcenaturalne,któ-resłużądoichwytworzenia,orazsurowcesłużącedoichpóźniejszegoprzetworzenia.
Recykling odbywa się w dwóch obszarach: produ-kowania dóbr oraz późniejszego powstawania z nichodpadów. Założenia recyklingu zakładają wymuszanieodpowiednich postaw producentów dóbr, sprzyjającychprodukcji materiałów jak najbardziej odzyskiwalnych,oraz tworzenie odpowiednich zachowań u odbiorcówtychdóbr.
Zasada3R:(Reduce, Reuse, Recycle),promujezdro-wydlaśrodowiskastylżycia,konsumpcjidóbritraktowa-niaodpadów.Spolszczone:zasada3u–unikajkupowa-niazbędnychrzeczy,użyjpowtórnie,utylizuj.
Recyklingobrabiarekwystąpizawsze,niezależnieczypodejmiemynastępnekrokitakiejakremont,szczególniekapitalnyczymodernizacja.Jeżeliobrabiarkabędziere-montowana,tonaogółwystąpijejunowocześnienie.Jesttylkokwestią,jakgłębokiebędzietounowocześnienie.
3. Kryteria oceny obrabiarek
Najważniejszegrupykryteriówocenyobrabiarekskra-wającychdometalito: – kryteria działania: dokładność obróbki, wydajność
obróbki,sztywność,trwałość,sprawność,
– kryteria użytkowania: wymiary przestrzeni robo-czych, zakres zadań obróbkowych, niezawodność,pracochłonność przygotowania programów sterują-cychiuzbrojeniaobrabiarki,kryteriaergonomiczne,pracochłonność i materiałochłonność utrzymania inapraw,
– kryteriaekonomiczne:oszczędnośćtworzywaiener-gii,kosztwytwarzaniaikoszteksploatacji,zajmowa-na powierzchnia, atrakcyjność i konkurencyjnośćprzezwprowadzenienowychrozwiązań,
– kryteria wytwórcze: technologiczność konstrukcji,możliwośćwykonaniaprzyużyciudostępnychśrod-ków technicznych, udział zespołów i części goto-wych,normalnychitypowych.
Współczesneobrabiarkimająbudowęskładaną,na-zywanąklockowąlubmodułową(rys.1).Projektowanieobrabiarek o różnorodnych zadaniach obróbkowychuwzględnia gotowe, typowe, łatwo wymienne zespoły,stanowiąceokreślonączęśćfunkcjonalnąwukładzieob-rabiarki.Tametodabudowyjestszczególnieprzydatna,gdyżobrabiarkiwytwarzanesąwniewielkichseriachlubpojedynczo, w różnych odmianach dostosowanych doróżnorodnychwymagań użytkownika.Mając do dyspo-zycji zestaw gotowych zespołówmontażowych,możnabudowaćznichobrabiarkiprzeznaczonedoróżnychza-dańobróbkowych.
Sklasyfikowanezespołydomodułowejbudowyobra-biarekto: – jednostkiobróbkowe:np.zwysuwnymwrzecionem,
saniowe, – zespołyruchugłównego:napędowe,wrzecionowe, – zespołyruchówposuwowych:prostoliniowych,obro-
towych, – zespoły ruchów przestawczych: stoły podziałowe
prostoliniowe,krzyżowe,obrotowe,bębnypodziało-we,
– zespoły korpusowe: podstawy, stojaki, wsporniki,wkładki,
– zespołysterowania,
TiAM_2_2014.indd 19 2014-05-13 12:21:24
2/2014TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu
20
– zespołypodajnikoweiprzenośnikowe, – zespołyzmianynarzędzi, – zespołypomocnicze:usuwaniawiórów,chłodnicze,
smarowania,zasilaniawenergię, – zespołyspecjalne.Projektowanieukładukonstrukcyjnegoobrabiarkipo-
lega na: – określeniu struktury geometryczno-ruchowej obra-
biarkinapodstawiedanychtechnologicznych, – określeniustrukturyprzestrzeniroboczejobrabiarki, – projektowaniuukładukonstrukcyjnegoobrabiarki, – projektowaniuukładunośnegoobrabiarki, – projektowaniu pozostałych układów i zespołów ob-
rabiarki.ProjektowanieukładukinematycznegoobrabiarkiNC
poleganawyznaczeniuwszystkichmechanizmówobra-biarki służących przeniesieniu ruchu ze źródła napędudozespołówwykonawczych,orazprzekształceniuruchu,zazwyczajobrotowegociągłegona:prostoliniowy,obro-towyokresowylubruchzłożony.
Obecnieprzyjmujesię,żekażdaośsterowaniaobra-biarkimożemiećswójwłasnynapęd.Rolarozdzieleniaruchów narzędzia i przedmiotu obrabianego w czasieprzypadanaukładsterującyobrabiarki.
4. Wybrane możliwości modernizacji napędu posuwu ob-rabiarek
Obrabiarkiznacznieszybciejstająsięprzestarzałeniżulegajązużyciufizycznemu,np.stająsięmałowydajne,natomiastmajądobre łoże,stojaki,prowadniceczy teżwrzeciennik.Obserwujesięwówczaswyposażanieobra-biarekwbardziejnowoczesnezespołyorazwdodatko-weurządzeniakonstrukcyjneitechnologiczne,takiejak:podajniki, stoły obrotowe, głowice narzędziowe i urzą-dzeniadoaktywnejkontroli.
Miarądokonanejautomatyzacjimożebyćpoziomau-tomatyzacjiizakresautomatyzacji.Poziomautomatyzacji
tostosuneksumyczasówczynności,którezostałyzauto-matyzowane i zmechanizowane,doczasu trwaniacałejoperacji.Zakresautomatyzacjitowskaźnik,którycharak-teryzujestopieńzbliżeniadoautomatyzacjipełnej[5].
Kolejnysposóbunowocześnieniakonstrukcjiobrabia-rektozmianamałowydajnejmetodyobróbki,np.struga-nianafrezowanie.Wówczasobrabiarkagrupystrugarekstajesięobrabiarkągrupyfrezarek.Małowydajnaobra-biarka nie ulega likwidacji, lecz jest w sposób twórczyprzekonstruowana na obrabiarkę pracującą w sposóbwydajniejszy.Itupojawiasięrecyklingobrabiareknadro-dzemodernizacji nie tylkosamejobrabiarki, leczprzezzmianęgrupyobrabiarek.
Rys.2.Suportfrezarki[6]Fig.2.Slideofmillingmachine
Jakoprzykładocenyeksploatowanejobrabiarkiidal-szychpracmodernizacyjnychposłużyprzykładstrugarkiprzekonstruowanej w Centrum Badawczo-Konstrukcyj-nymObrabiarekSp.zo.o.Jeszcze jakostrugarkabyłaużywanadoobróbkim.in.korpusówwwieluprojektachzarówno skierowanych na rynek krajowy, jak i zagra-niczny. Jako informację można podać przykład wyko-rzystaniaobrabiarkidoobróbkiwykańczającejkorpusówskrzyni160-wrzeciennikowejmaszynyQAT-160H.Wra-mach prowadzonych prac zostałwykonanymodele 3DwybranychzespołówobrabiarkiwprogramieSolidWorks (rys. 2), a następnie dokumentacja wykonawcza nowozaprojektowanychdetali.
Rys.1.Zasadabudowymodułowej[4]Fig.1.Ruleofconstructionfolding
TiAM_2_2014.indd 20 2014-05-13 12:21:24
TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu2/2014
21
Przeniesienienapędustołumodernizowanejobrabiarkiopartejestozestawkółzębatych,przezcopomiędzywa-łemsilnikaapozycjąstołuwystępujeznaczącyluzzwrot-ny.Wtakimprzypadkuzastosowaniesilnikaserwobezdo-datkowegoodczyturzeczywistejpozycjistołuniepozwoliuzyskaćdostatecznejdokładnościpozycjonowania.
Sprzężenie wykorzystujące tylko przetwornik silnikaserwo określane jest mianem półzamkniętego, ponie-ważnieobejmujeono luzówzwrotnych i rzeczywistegopołożenia stołu. Możliwe jest zastosowanie sprzężeniazamkniętego,któredziękiodczytowirzeczywistejpozycjistołu pozwala znacząco poprawić dokładność pozycjo-nowania.Niestetywtymprzypadkumożedochodzićdosilnychdrgańiwibracjispowodowanychbrakiembezlu-zowegopołączeniamiędzysilnikiemserwoastołem.
Powyższeproblemyrozwiązujezastosowaniespecjal-nej struktury sprzężenia zwrotnego, które oferuje firmaFANUCpodnazwą„dualpositioningfeedback”(rys.3).Jest to hybrydowe sprzężenie zwrotne wykorzystującejednocześnie informację o rzeczywistympołożeniu sto-łuoraz informacjęopołożeniuwałusilnika.Natejpod-stawie możliwe jest uzyskanie precyzyjnej dokładnościpozycjonowania, a także skutecznej eliminacji drgań iwibracjiobrabiarki.
5. Wnioski
Analiza przedstawionego rozwiązania przekonstru-owaniapozwalastwierdzić,żekorzyściekonomicznesąznacznewodniesieniudokosztunowejmaszyny.Istnie-ją jednak ograniczenia związane z zużyciem pewnychzespołów, nie zawsze możliwym do stwierdzenia. Nie-
zbędna jestwówczasdoświadczonakadra inżynierska.Niestwierdzonoproblemówzdoboremizakupemukładusterowania oraz innych zamawianych części, np. śrub,nakrętekprecyzyjnych.
LITERATURA
1. StupnickiJ.:PodstawyKonstrukcjiMaszyn.WydziałMEiL.,PW,Warszawa(wykład).
2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Modernizacja_(technika).3. http://pl.wikipedia.org/wiki/Recykling.4. WrotnyL.T.:Projektowanie obrabiarek. Zagadnienia
ogólne i przykłady obliczeń.Wyd.III,WNT,Warsza-wa1986.
5. KosmolJ. i inni:Automatyzacja obrabiarek i obrób-ki skrawaniem. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice2001.
6. Dokumentacja konstrukcyjna strugarki CBKO Sp. z o.o.
7. Fanuc B-65270/EN, 5.4.8 Dual Positioning Feed-backFunction.
______________________Dr inż. Tadeusz Kowalski – Instytut Technik Wytwa-rzania, Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obrób-ki Skrawaniem, Politechnika Warszawska, ul. Na-rbutta 86, 02-524 Warszawa, tel. 22 234-86-53, e-mail:[email protected] inż.LeszekWalkiewicz–CentrumBadawczo-Kon-strukcyjneObrabiarekSp.zo.o.,ul.Staszica1,05-800Pruszków,tel.2258-75-31,e-mail:[email protected]ż.AndrzejWojtulewicz–CentrumBadawczo-Konstruk-cyjneObrabiarekSp.zo.o.,ul.Staszica1,05-800Prusz-ków, tel. 22 758-75-31, e-mail: [email protected].
Rys.3.Schemathybrydowejpętlisprzężeniazwrotnego[7]Fig.3.Schemaofhybridloopfeedback
MODERNISATION, REFIT AND RECYCLING IN BUILDING OF MACHINE TOOLS
A b s t r a c tThearticledescribesasetofrulesforengineerworkerswithaparticularconsiderationofdemandsrequiredinmachinetoolsconstruction,togetherwithmodernization,refit,andrecyclinginmachinetoolsbuilding.Thearticlepresentsadescriptionofmodularmachinetoolconstructionandchoicecriteriaformodulesandthepossibilityoftheirre-useinmachinetoolsconstruc-tion.Asanexample,theauthorsgiveadescriptionofrebuildingatraverseplanerintoamillingmachine.Experiencegainedfromthisprocessisdescribedinconclusions.
K e y w o r d smachinetoolsassessment,modularization,automation,recycling
TiAM_2_2014.indd 21 2014-05-13 12:21:24