Szerszámgépek szerkezeti felépítése 3. – Vízszintes megmunkáló központok

A függőleges megmunkáló központokkal ellentétben ezek a szerszámgépek általában 4 tengellyel rendelkeznek. Itt a negyedik tengely egy forgó tengely, mely az Y- tengely körül képes elfordulni (szokásos elnevezése B- tengely). A horizontális szerszámgépeket főleg tömeggyártásban alkalmazzák. Egyrészt a B- tengely miatt a paletta munkaterét minden oldalról el lehet érni a szerszámmal, másrészt az ilyen típusú szerszámgépek magas ára miatt csak tömeggyártásban térül meg igazán az alkalmazásuk.

Horizontális megmunkáló központ

Horizontális megmunkáló központ

A vízszintes megmunkáló központok szerkezeti felépítésüket tekintve hasonlítanak a függőleges megmunkáló központokhoz. Azokhoz hasonlóan itt is egy gépvázra kerül az oszlop, mely a főorsót tartja és mozgatja. Általában a tengelyek szétosztását e géptípusoknál is alkalmazzák, X- és Y tengely mentén a szerszám mozog, míg Z- tengely mentén a paletta mozog, illetve B- tengely mentén forog. Az Y- tengelyt tartó oszlopot az X- tengely mozgatja általában. Gyakori konstrukciós kialakítás, hogy az X- tengely vezetékei nem egy síkban helyezkednek el, a hátsó vezeték magasabban van, így csökkentve a főorsó tengelyének irányában ébredő erő erőkarját, és ezzel növelve a szerszámgép merevségét.

Nyomatékmotor felépítése

Nyomatékmotor felépítése

Külön kitérnék a forgó tengelyek hajtásrendszerére, mivel itt két konstrukciós megoldást is szoktak alkalmazni. Az egyik megoldás a lineáris tengelyeknél alkalmazott szervo motorok, amiket csiga hajtóművel lassítva a megfelelő fordulatszámra. Ez a régebbi konstrukciós kialakítás. Előnye, hogy a csigahajtómű nagy áttétele miatt a hajtásrendszer önzáró, így amikor a B- tengelynek nem kell fordulnia a motornak nem szükséges nyomatékot leadnia. Áramot a hajtás csak akkor fogyaszt, ha forgatni kell a tengelyt. Hátránya a kopó mechanikus alkatrészek száma, illetve a csigahajtómű a fogaskerékhajtások között a legrosszabb hatásfokú (körülbelül 60  70 %-os hatásfok). Alkalmaznak (ritkán) hengerkerekes hajtóműveket is, a csigahajtóművek alternatívájaként.

Nyomatékmotor beépítése

Nyomatékmotor beépítése

A legújabb konstrukciós kialakítása a forgó tengelyeknek a nyomatékmotoros hajtás (torque motoros hajtás). Ezek szinkron motorok, jellegzetességük, hogy nagy nyomatékot képesek leadni, alacsony fordulatszámon. Ezért nem szükséges további mechanikus lassítás a hajtásrendszerben. Másik jellegzetességük, hogy magában a motorban nincsenek kopó lakatrészek, mivel a rotor (forgórész) és a sztátor (állórész) nem érintkezik. A forgórészt a paletta tengelyéhez rögzítik, míg az állórészt a gépváz szerkezeti egységében helyezik el. A paletta a motorhoz csatlakozó tengelyen elhelyezett csapágyakon támaszkodik meg. Tárcsa jellegű méretei miatt csökken a beépítésre szükséges hely, tömörebb szerkezetek alkalmazhatóak. Ugyanakkor a nyomatékmotoros hajtások hátránya a magas költség.

Hengeres fogaskerekes hajtás elvi kiépítése

Hengeres fogaskerekes hajtás elvi kiépítése

A horizontális megmunkáló központok értelemszerűen a 4-tengelyes kialakítás miatt összetettebb megmunkálási feladatokra is alkalmasak, de leginkább nagy darabszámú termelési folyamatokban hatékonyak. Mivel tömegtermelésre használják, ezért horizontális megmunkáló központoknál kritikus kérdés a szerszámgép merevsége a hosszú távú használhatóság miatt. Arányaiban, egy hasonló mozgástartományú függőleges és vízszintes megmunkáló központ között a horizont gép gépvázába körülbelül 1-2 tonnával több öntöttvas kerül beépítésre.

A vízszintes tengelyű megmunkáló központok tervezése során kulcsfontosságú kérdés az Y- tengely hajtásrendszere is. Itt a főorsót az Y- tengely golyósorsója mozgatja a függőleges irányban. Ezt a főorsót valahogy rögzíteni kell a mozgó szánrendszeren úgy, hogy a golyósorsó ne legyen útban. Erre három konstrukciós megoldás létezik:

  1. A főorsót behúzzák az Y- tengely vezetékei közé (így csökkentve a főorsó kilógását), a golyósorsót a főorsó mellett vezetik. Előnye: merev kialakítás, hátránya: vezetékek jelentősen egyenlőtlen terhelése (az orsóhoz közelebb eső vezeték terhelése sokkal nagyobb). Ez a leggyakoribb kialakítás.
  2. Kilógatják a főorsót, így a vezetékek szimmetria síkjában tudják végigvezetni a golyósorsót. Előnye: legegyszerűbb kialakítás, így a legolcsóbb is. Mivel a főorsót tömegközéppontjának a síkjában hajtják (középen), a legjobb kinematikai jellemzőkkel bír. Hátránya: főorsó kilógása miatt gyengébb merevség. Ritkán alkalmazott, főleg színes és könnyűfém megmunkálásnál javasolt, ahol nem olyan kritikus szempont a gépválasztásnál a merevség.
  3. Az első kettő kombinációja. Két orsóval hajtják az Y- tengelyt, a főorsó mindkét oldalán végigvezetnek egy-egy orsót. Előnye: merev kialakítás (itt is behúzzák a főorsót a vezetékek közé), jó kinematikai jellemzők (egyenletes hajtás a golyósorsók szimmetriája miatt). Hátránya: kimagaslóan magas ár. A két orsós hajtásrendszer nagy követelményeket támaszt mind a mechanikus-, motorikus- és vezérlő rendszerrel szemben.

A horizontális megmunkáló központok főorsó és vezetékezési rendszerei is különbözhetnek. Hajtóműves főorsójú horizont gép acél és öntvénymegmunkálásra alkalmas, csúszóvezetékkel párosítva a szükséges merevség miatt. Direkt hajtású főorsó, lineáris- szerelt vezetékekkel alumínium megmunkálásra javasolt. Lágyacélok esetén is használható, hengergörgős vezetékekkel.

Összehasonlítva a függőleges és vízszintes megmunkáló központokat, a fent feltüntetett szempontokon kívül, szerkezettani szempontból nincs más különbség közöttük. A magas különbség, mint említettem az árukból fakad. Egyrészt, kevés szerszámgépgyártó tervez és gyárt horizontális megmunkáló központot, ezért a kínálat jobban befolyásolja a piacot. Ellentétben a függőleges megmunkáló központokkal, ahol főleg a kereslet irányítja a piacot (1000 mm-es X- mozgástartományú megmunkáló központot körülbelül minden negyedik-ötödik gyártó forgalmaz). A plusz B-tengely mechanikus, motorikus kiépítése is értelemszerűen többletköltségekkel jár.

Szerző Juhász Miklós

Képek forrása:

[1]http://www.mmkchuck.com/english/product/table.html
[2]http://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-why-swiss/
[3]http://www.productionmachining.com/articles/the-evolution-of-the-y-axis-on-turn-mill-machines
[4]http://pdf.directindustry.com/pdf/hermle/c-32/16486-516625.html
[5]http://www5.matsuura.co.jp/english/topics/5ax/matsuura.shtm
[6]http://www.hwacheon.com/
[7]http://www.doosanmachinetools.com/
[8]https://brother-ms.secure.force.com/
[9]http://www.hyundai-wiamachine.com/home/products/vertical_machining_centers/f410d-series.html
[10]http://www.tvb-gmbh.de/technologie/hsc-fraesen/