Esztergák automatizálása száladagolókkal I. – Szerkezeti kialakítás

A szerszámgépek világában nem igazán találni olyan gépet, melyet csupán egy másik gépegység mellécsatolásával teljesen automatizálttá lehet tenni. Ez a gépegység a száladagoló, mely feladata a rúdanyagot a főorsó áteresztésén keresztül a munkatérbe adagolni. A cikksorozat első részében a száladagolók szerkezeti kialakításairól szeretnénk néhány gondolatot megosztani.

Ezúton is köszönöm Laczkó Ádámnak, a Prevotex Hungary Kft. (az LNS száladagolók magyarországi forgalmazója) értékesítési és szerviz vezetőjének a műszaki tanácsadást jelen cikk megírásához.

A hosszesztergák a szerszámgépek egyik legkülönlegesebb kialakítású géptípusa. Bár alkalmazhatósága korlátozott mind a munkadarab méretében, gyakran akár alapanyagában is, mégis az egyik legegyszerűbben és legköltséghatékonyabban automatizálható szerszámgép. Egy CNC eszterga és egy megfelelő száladagoló segítségével egy teljesen automatizált gyártási folyamatot kapunk.

automated_bar_feeder_full

Működési elvek

Működési elvük alapján két csoportját különböztetjük meg a száladagolóknak: a manuális és az automata száladagolót. A manuális száladagoló működése egy hidraulikus munkahengerhez hasonlítható. A száladagoló egy egyik végén lezárt csőből áll. Ha a zárt cső másik végén keresztül betoljuk a rúdanyagot, a lezárt végű csövet hidraulika olajjal töltjük, majd nyomás alá helyezzük, úgy fog viselkedni, mint egy tápolajra helyezett munkahenger: kitolja a rudat a főorsón keresztül a gép munkaterébe. Működéséhez két dologra van szükség: egy ütközőre és egy rúdvég-jelre. A manuális típusú rúdadagolók csupán a szerszámgép munkaterébe képesek tolni a rúdanyagot, visszahúzni nem tudják, emellett a betolt rúdvég hosszát sem lehet adott méretre szabályozni. A szerszámgép munkaterében ezért egy megfelelően kialakított ütközőt kell elhelyezni, általában az eszterga szánjára. A manuális száladagoló betolja a rúdvéget ütközésig, a beeresztett rúdhosszt így programból lehet szabályozni (hol álljon meg a szán).

manualis_szaladagolo

1. ábra: Többcsatornás, manuális száladagoló

A manuális száladagolók nem a működtetésük miatt manuálisak, hanem a rúdanyagok adagolása miatt. Miután a rúdhosszból kitelhető utolsó munkadarabot is megmunkálta a gép, egy megfelelő helyre beépített (általában érintéses-mechanikus) szenzor leadja a vezérlő számára a rúdvég-jelet, ami azt jelenti, hogy a gép az adott rúdból nem tud munkadarabot forgácsolni. Manuális rúdadagolónál ekkor kell cserélni a rúdanyagot a gépkezelőnek. Manuális rúdadagolók átlagos tolható rúdhossza 3000 mm-től 6000 mm-ig terjed.

Manuális rúdadagolóknál, amikor betolta a rúdanyagot a főorsóba, a főorsó tokmánya zár. Amikor a főorsó forgatja a munkadarabot, az egész rúdanyaggal együtt, akkor a száladagolóban lévő hidraulika olaj végzi a rúd „kenését”, kvázi hidrodinamikus csapágyként viselkedik a száladagoló. A folyadékkenésű csapágyaknak két típusa létezik: hidrosztatikus és hidrodinamikus. Hidrosztatikus csapágyaknál a kenőfolyadékot (jelen esetben olaj) egy külső nyomás-előállító egység, esetünkben egy szivattyú segítségével állandóan nyomás alatt tartják. Így történik a rúd „megtartása”. Hidrodinamikus csapágyaknál a rúd forgása során, a rúd palástfelületének érdessége miatt az olaj tapadni, nyíródni fog. Az álló csapágyrész, a fészek palástfelületén is tapadni, illetve nyíródni fog a folyadék. A tapadás, folyadék-nyírás miatt kialakul egy nyomás a folyadékban. Ez a nyomás „tartja meg” a rudat. Ez a nyomás – értelemszerűen – csak a rúd forgásakor alakul ki, nincs szükség hozzá külső erőforrásra.

2. ábra: Manuális száladagoló töltése rúdanyaggal

2. ábra: Manuális száladagoló töltése rúdanyaggal

3. ábra: Toló szerkezet

3. ábra: Toló szerkezet

Manuális rúdadagolóknál megkülönböztetünk egy, illetve több csatornás adagolókat. Több csatornás rúdadagolók egyfajta „revolver” jellegű rendszerben működnek. A többcsatornás, manuális száladagolóknál a különböző csatornák, különböző átmérőjű szálanyag kezelésére alkalmasak. Így egy száladagolóval szélesebb, akár az eszterga teljes főorsó rúdáteresztésének megfelelő átmérő tartományt le lehet fedni. Adagolásuk manuális, egy alkatrész gyártása során, csak az adott csatornát lehet használni. Szálanyag újratöltésének módja hasonló, mint az egycsatornás manuális gépeké. A revolver száladagolók lehetnek 3, általában 6 csatornásak.

Automata rúdadagolók tárral rendelkeznek, melyek képesek automatikusan adagolni az esztergának a rúdanyagokat. Általában tálcás, vagy emelő karos-láncos tárral rendelkeznek. Automata rúdadagolók esetén a szálanyag adagolása mechanikusan történik, egy toló-szerkezet segítségével. A toló-szerkezet a száladagoló teljes hossza mentén mozog, két fő szerkezeti egységből áll: a tolószánból és a tolórúdból. A tolószán kapja a rúdadagoló hajtásától az adagoláshoz szükséges erőt. A tolórúd a végénél fogva van rögzítve a tolószánhoz. Automata száladagolóknál a rúdanyag tolása két lépésben történik. A tolószán a száladagoló végén van (az eszterga főorsótól távolabbi végében), a következő rúdanyagot a tárból a tolószán elé helyezi a gép, majd a tolószán a száladagoló teljes hossza mentén végigtolja a szálanyagot. A rúdadagolók elejébe helyezett megfogó szerkezet rögzíti a szálanyagot, majd a tolószán visszamegy az adagoló végébe. Ekkor a toló-szerkezet szintet vált, és a tolószánra helyezett tolórudat helyezi a szálanyag mögé. Ezután második lépésben a tolórúddal tolja az adagoló a rúdanyagot. A toló-szerkezet LM típusú, golyós lineáris csapágyakon van megvezetve.

4. ábra: Tolórúd végén hasított szorító-hüvellyel

4. ábra: Tolórúd végén hasított szorító-hüvellyel

Automata száladagolóknál a rúdanyag tolása két lépésben történik. A tolószán a száladagoló végén van (az eszterga főorsótól távolabbi végében), a következő rúdanyagot a tárból a tolószán elé helyezi a gép, majd a tolószán a száladagoló teljes hossza mentén végigtolja a szálanyagot. A rúdadagolók elejébe helyezett megfogó szerkezet rögzíti a szálanyagot, majd a tolószán visszamegy az adagoló végébe. Ekkor a toló-szerkezet szintet vált, és a tolószánra helyezett tolórudat helyezi a szálanyag mögé. Ezután második lépésben a tolórúddal tolja az adagoló a rúdanyagot. A toló-szerkezet LM típusú, golyós lineáris csapágyakon van megvezetve.

5. ábra: Rövid automata száladagoló

5. ábra: Rövid automata száladagoló

Automata rúdadagolóknak két altípusa van: rövid és hosszú száladagolók. A két típus esetén a rúd adagolásának módja azonos, a rudak megvezetésének kialakítása eltérő szerkezetileg. A rövid száladagolók max. 1500-1600 mm hosszú rúdanyagot képesek adagolni. Általában egy főorsó teljes szerkezeti hossza 1000 mm körül van. A rövid száladagolók is két lépésben tolják a főorsóba a rúdanyagot. Első lépésben a tolószánnal, majd második lépésben a tolórúddal. A különbség a hosszú rúdadagolókhoz képest, hogy első lépésben a főorsóba kerül a rúdanyag, teljes hossza mentén. Az első munkadarab leesztergálása után a száladagoló tolórúdja tolja beljebb a rúdanyagot, így a rövid száladagolókban a rúdanyagot nem szükséges megvezetni, hiszen nem forog benne. Rövid száladagolóknál műanyag, általában duromer (vagy erősített poliuretán) anyagú csatornákba helyeződik a rúdanyag a tálcáról. Vezetési funkciója csupán annyi, hogy hosszirányban kell megvezetnie a rúdanyagot, míg a főorsóba nem kerül.

6. ábra: Hosszú automata száladagoló

6. ábra: Hosszú automata száladagoló

Hosszú száladagolók maximális tolható rúdhossza 3000 mm-től akár 6000 mm-ig terjedhet. Mivel a rúd hossza jellemzően nagyobb, mint az eszterga főorsójának teljes szerkezeti hossza, ezért hosszú száladagolóknál a rúdanyag forog a száladagolóban. Hasonlóan duromer csatornákon fekszik fel a rúd, olajkenéssel. Hosszú automata száladagolóknál a rúd megvezetése, kenése hidrosztatikus elven működik (működési elvét lásd fentebb). A csatornák nyitottak, ezért a száladagolónak folyamatosan adagolnia kell a kifolyt olajat.

7. ábra: Rövid automata száladagoló vezetőcsatornája

7. ábra: Rövid automata száladagoló vezetőcsatornája

Automata száladagolók nemcsak tolni, de visszahúzni is képesek a szálanyagot. A tolórúd elejére egy hasított hüvelyes rögzítő kerül felszerelésre. Amikor a tolórúd a szálanyag mögé kerül, a megfogó-szerkezet rögzíti a rúdanyagot, majd a tolórúd a hasított hüvelyes végét rátolja a szálanyag végére. Automata száladagolóknál a maradvány rúdanyag eltávolítását az adagolásnál is alkalmazott megfogó-szerkezet végzi. Azért marad mindig maradvány rúdanyag, mert szükséges adott hossz meghagyása a rúdból, ami hosszon a megfogó szerkezet rögzíti az utolsó munkadarab megmunkálása után a szálanyagot. A maradvány rúdanyag minimális hossza konstrukció függő, 50-150 mm-ig terjedhet, esetenként 30-40 mm-es maradványhossz is megoldható. A maradvány rúdanyagot a száladagoló a megfogó-szerkezet alá beépített tárolóba gyűjti.

8. ábra: Rövid száladagoló szíjhajtása: a szíj egy ponton rögzítve van a lineár csapágyazott toló-szerkezeten

8. ábra: Rövid száladagoló szíjhajtása: a szíj egy ponton rögzítve van a lineár csapágyazott toló-szerkezeten

A rövid és hosszú száladagolók hajtásrendszerében is fellelhető egy-két eltérés. Mindkét szerkezeti kialakításnál szervo motorok (általában egyenáramú/DC vagy kisebb teljesítményű AC aszinkron motorok) képezik a hajtásrendszer nyomatékforrását. Rövid száladagolóknál majdnem a teljes szerkezeti hossz mentén fogas szíj van végigvezetve. A szíjhajtás a száladagolók esetében eltérő konstrukciós kialakítású, mint más hajtásrendszereknél. A szíjhajtás feladata jelen esetben a szervo motor forgó mozgásának átalakítása a toló-szerkezet, így a tolórúd egyenes vonalú mozgásává. A szíj a alsó ágában a hajtott és a hajtó tárcsa között egy ponton rögzítésre kerül a toló-szerkezettel. Így, amikor a hajtó tárcsa forog, a szíj alsó ágának egy adott egyenes vonalú mozgást végez, míg el nem éri a hajtott tárcsát. Fogas szíj alkalmazása biztosítja a csúszásmentes adagolást, így a pozíciószabályozott szervo motorok nemcsak az adott méretre adagolást, de a visszahúzást is képesek elvégezni.

Hosszú auto. száladagoló:

Rövid auto. száladagoló:

Hosszú automata rúdadagolóknál nem ritkák a 4,5 – 6 m-es szálanyag kezelésére alkalmas szerkezetek. Ilyen hosszokon a fogas szíj alsó ágának belógása túl nagy lenne, illetve anyaga nem engedné a túl nagy szíjfeszítő erő beállítását. Ezért Hosszú automata száladagolóknál a szíjat lánchajtásra cserélték. Működési elve azonos, a toló-szerkezetet egy ponton rögzítik a lánc valamelyik ágán.

Források:

www.prevotex.hu

www.lns-europe.com

www.lns-america.com

http://www.productionmachining.com/articles/the-long-and-short-of-bar-feeder-selection

http://www.mmsonline.com/articles/choosing-the-right-bar-feeder

http://www.cncindexing.com/bar-feeders/

http://www.productionmachining.com/articles/what-is-the-best-bar-feed-system-for-production-turning

http://www.breuning-irco.de/index.php/en/company/history

http://bullseyeindustrialsales.com/lns-ql-servo-s3-bar-feeder-repair-part-belt-driven-linear-actuator-slide-101017

http://www.edgetechnologies.com/micromag_20.html

http://www.haascnc.com/lathe_bar.asp?webID=BARFEEDER#gsc.tab=0