Szerszámgépek szerkezeti felépítése 5. – Eszterga központok, összefoglalás

Vízszintes, revolver fejes CNC esztergák

A leggyakoribb CNC eszterga a revolver fejes, vízszintes főorsójú kialakítás, ahol X- és Z- tengely mentén a revolver fej mozog. Mind csúszóvezetékes, mind lineáris szerelt vezetékes kialakításban gyártják ezeket az esztergákat, igen széles mérettartományban: 300 mm-es csúcstávtól, akár 3 000 mm-es csúcstávolságú méretig.

Klasszikus CNC eszterga központ

Klasszikus CNC eszterga központ

Színes- és könnyűfém, szerkezeti acél megmunkálásra LM- vezetékes esztergákat alkalmaznak leggyakrabban, szíj hajtású főorsó kialakítással. Magas ötvöző tartalmú acélok, szerszámacélok megmunkálására a szükséges merevséget csúszóvezetékes konstrukció biztosítja. Ilyen jellegű megmunkálásoknál nem szükséges a technológiailag magas fordulatszám, inkább a nagy nyomaték, ezért itt főként a hajtóműves főorsó kialakítású esztergák használata javasolt. 2-tengelyes esztergáknál a kinematikai játéka a szerszámgépeknek nem olyan bonyolult, Y- tengelyes kiviteleknél már érdekesebb a felépítés. Mint a cikkem legelső fejezetében említettem, az Y- tengelyes esztergák hajtásrendszere különbözik bármely megszokott kialakítástól. 450 –al szögbe helyezik a konstrukciós tengelyt (hajtásrendszer-golyósorsó). Így, ha csak Y- tengely mentén szeretnénk mozgatni a szerszámot, a vezérlő automatikusan kiszámítja, hogy X- tengely mentén mennyit kell eltolnia. Programkészítés során ezzel nekünk nem kell számolni, a mai vezérlők elvégzik a számításokat. Így nem technológiai, inkább konstrukciós szempontból érdekes a kialakítás.

X- és Y- tengely 45 fokos szöget zár be

X- és Y- tengely 45 fokos szöget zár be

Általában az revolver fejes esztergák gépvázait szögbe döntött ágyazással készítik, melyre felszerelik a főorsó szekrényt, a vezetékeket és a szegnyerget/ellenorsót. Ha megnézzük a mellékelt ábrát a talajhoz képest így az X- tengely 450-al szögben áll. Ha erre merőlegesen helyeznénk fel az Y- tengelyt, rá a revolver fejet, akkor könnyen észrevehető a lehetséges instabil pozíció. amikor a revolver fej Y- tengely mentén a véghelyzetébe állna (gép ágyazásához képest felfelé mozdulna), akkor túlságosan belógna a munkatérbe, ami a használható megmunkálható átmérőt csökkentené, illetve a túl nagy erőkar miatt növelné a hajtás- és vezetékezési rendszer terhelését. Ezek oknál fogva az X- tengelyhez képest adott gépágy dőlésszöggel hátrafelé építik ki az Y- tengelyt. Ha utána számolunk, így 3 tengely kerül konstrukciósan egymásra, mely a gép pontosságának rovására mehet, de növeljük a gép stabilitását. A pontosságvesztést megfelelő támszélességű vezetékezéssel lehet csökkenteni.

Függőleges tengelyű esztergák

Egyre ritkábban alkalmazzák ezt a gép konstrukciót, manapság leginkább az autóipar alkalmazza még. A függőleges esztergáknál is a szerszám mozog (gyakran itt is revolver fej). A vízszintes esztergákhoz képest – adott mozgástartományokat vizsgálva – nagyobb tömegű alkatrészek munkálhatóak meg rajta. Ennek oka a főorsó terhelésében rejlik egyrészt, másrészt a gép pontosságában. Egy nagy tömegű munkadarab forgatása esetén mindig lesz excentricitása a forgó tömegne). Ha vízszintes tengely körül forgatom a munkadarabot, annak az önsúlya (tömege) mindig növelni fogja a forgás excentricitásából származó tehetetlenségi erőket (az erő, mely kifelé rántaná a tokmányból a munkadarabot). Ha függőleges tengely körül forgatom, a munkadarabra ható gravitációs erő a tokmány felé mutat, így az önsúlyból adódó hatás jelentősen mérséklődik. A másik ok a főorsó csapágyak terhelése, hogy a fenti részletezésnek megfelelően a tehetetlenségi erőket a főorsók csapágyai veszik fel. Így a vízszintes esztergáknál alkalmazható maximális munkadarab tömeg korlátozottabb a függőleges esztergákhoz képest. A jobb erőjátékok miatt így a vertikális esztergákra ható erők is kedvezőbbek a gépváz deformációjának szempontjából. Továbbá, nagy átmérőjű (tárcsa jellegű) alkatrészek gazdaságosabban gyárthatóak rajtuk. Vízszintes esztergáknál a maximálisan megmunkálható hossz mindig vagy egyenlő, vagy nagyobb, mint a maximálisan megmunkálható átmérő. Ha vízszintes esztergán gyártanánk nagy sorozatban tárcsa jellegű alkatrészt, az azt jelentené, hogy kihasználatlan mozgástartományai lennének a gépnek, mely hosszútávon a gyártás költségeit növelnék (gép tényleges kapacitásának kihasználatlansága, valamint a hajtásrendszer egyenlőtlen terhelése és kopása miatti értékcsökkenés).

Függőleges CNC eszterga központ

Függőleges CNC eszterga központ

Mégis az alkalmazott esztergák csak töredéke függőleges tengelyű. Ennek oka egyrészt a magas költség. Vízszintes esztergáknál szinte minden mozgás egy síkban történik, a talajhoz képest adott magasságban (Y- tengely esetén nyilvánvalóan ez megváltozik, de általában ilyen gépeknél az Y- tengely mozgástartománya: körülbelül + 100 – 120 mm – elhanyagolható). Függőleges esztergáknál a revolver fej a maximálisan megmunkálható hossz teljes tartományán képesnek kell lennie mozognia. Így a mozgó szerkezeti egységet tömegközéppontja gyakran a talajhoz képest magasan vannak (akár 2 – 2,5 m magasan is), mely a megmunkálás stabilitásának megőrzése érdekében merevebb oszlopszerkezetet és szélesebb gépváz kialakítást követelnek meg. Mely több öntvény beépítését követeli meg, mely a gép árát növeli.

Függőleges tengelyű esztergák általában csúszóvezetékes kialakításúak, a fent említett merevség és stabilitás érdekében. Főorsó hajtásrendszerük kisebb esztergáknál szíjhajtású, nagyméretű gépeknél hajtóműves.

Hosszesztergák

Egy igazán különleges kialakítású szerszámgép a hosszeszterga. A hosszesztergákat angolul Swiss-type lathe elnevezéssel illetik. Neve onnan ered, hogy a műszerész ipar számára fejlesztették ki ezt a konstrukciót. A probléma, mely a fejlesztés hátterében ált, hogy hogyan esztergáljanak meg igen kisméretű alkatrészeket, kiemelkedő pontossággal.

Hosszeszterga elvi működése

Hosszeszterga elvi működése

Felépítése a következő. Ellentétben a klasszikus vízszintes esztergákkal itt a szerszám csak a munkadarab sugarával párhuzamosan mozog (X- tengely), míg a munkadarabot a főorsó tengelyével párhuzamosan mozgatják siklócsapágyakon megtámasztva. A pontosságuk kiemelkedő a konstrukciós kialakításuknak köszönhető. Ennek két oka van.

Hosszeszterga szerkezeti felépítése

Hosszeszterga szerkezeti felépítése

Egyrészt a munkadarabot általában a siklócsapágy közelében munkálják meg, így jelentősen csökkentve a távolságot az esztergálási pont és a támpont között, így jelentősen csökken a munkadarab lehajlása. Másrészt (ami igazán jelentős), a vezetékezési rendszerek teljesen szét vannak osztva, az X- tengely mozgása nem befolyásolja a Z- tengely mozgását. Mivel kisméretű alkatrészekről van szó, így a mozgástartományok és vele együtt a hajtásrendszerek is sokkal kisebbek. A tengelyek szétosztásából származó pontosság igy fajlagosan jobban jelentkezik, mint más szerszámgép konstrukcióknál.

Kisméretű alkatrészek gyártására tervezték, ezért alkalmazási területe korlátozott. Vezetékezési rendszerük LM- típusú, szerelt vezetékes, hogy kis mozgástartományokon pontosan le tudják követni a vezérlő parancsait (CNC hosszesztergák esetén).

Összefoglalás

„Melyik a legjobb szerszámgép?” Az első cikkemet ezzel a kérdéssel kezdtem. Mint már akkor is fejtegettem, véleményem szerint nincs olyan, hogy „legjobb szerszámgép”, csak „legjobban alkalmazott szerszámgép”. Nem kifejezetten műszaki jellegű hasonlat, de ez a kérdés egyenlő a „ki a legszebb nő?” kérdéssel. A válasz egyszerű: kinek mi a szép. A szerszámgépek esetén is hasonló válasszal tudnék élni. Minden gyártónak, vállalkozónak egyéni feladata megtalálni a termelésébe, alkatrész palettájának leginkább megfelelő szerszámgépet. A szerszámgép hatékonysága nemcsak a gép szerkezeti kialakításától függ. Függ a szerszámtól, készülékezéstől, de leginkább az embertől! Véleményem szerint ezek a gépek nem az ember helyett dolgoznak, hanem az emberért! Bár első olvasásra/látásra nem tűnik fel a két fogalom között a különbség, szerintem mégis jelentős. Nemcsak az a kötelességünk, hogy „ne törjük össze a gépet”, hanem a gép vásárlásakor megfelelő körültekintéssel járjunk el, hogy a szerszámgép a kialakításának megfelelő alkatrészen és anyagon, megfelelő szerszámmal és készülékkel dolgozzon, így többet tudjon dolgozni értünk. Ehhez szükséges ismernünk a CNC szerszámgépek tényleges műszaki tartalmát, hogy a megfelelő döntést hozzuk meg, amikor válaszolnunk kell a „ melyik a legjobb szerszámgép” kérdésre.

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/