Jóslat a múltból – irányelvek a szerszámgép gyártásban

A sci-fi-nek, mint az irodalom és filmművészet egyik ágának, a szórakoztatáson felül más fontos feladata is van. Egyrészt a társadalom által előírt elvárások közlése, vagyis, az emberi kollektív tudat mit vár el a jövő technikai és technológiai vívmányaitól, másrészt egyfajta „jóslás” is. A jelen kor tudásának megfelelően megjósolni, hogy a technika milyen szinten fog állni.

Az ilyen jellegű „elvárás-közlésnek” és „jóslásnak” nemcsak a hétköznapokban, de a gépészetben, kifejezetten a gyártástechnológiában is fontos szerepe van. Egyrészt iránymutatás a fejlesztési ágazatnak, másrészt a technológiai követelmények összegyűjtése. Jelen cikk alapja egy ilyen jóslat, melyet Toshimichi Moriwaki, a japán NTN csapágygyár mérnöke készített 2006-ban. Cikkében igyekezett összegyűjteni a szerszámgépgyártás jövőbeli trendjeit, mik azok a technológiai vívmányok amik a közeljövőben meg fognak valósulni. Lássuk, 10 év múlva mik váltak valóra!

Toshimichi Moriwaki 4 jóslata a szerszámgép gyártás területén

custom_image_article

1. A szerszámgépek sebességkorlátainak folyamatos növelése (előtolások, fordulatszámok)

Az első pont, a szerszámgépek kinematikai jellemzőinek növelése véleményem szerint megállta a helyét, mint jóslat. A 2000-es évek elején a szerszámgépek előtolás értékei általában 40-50 m/perc környékén jártak, kivételes esetekben, különleges kialakítású szerszámgépeknél 60 m/perc. Manapság a 60 m/perces előtolás értékeket a legtöbb taping-center, könnyebb szerkezeti kialakítású szerszámgép tudja, továbbá már manapság, 2016-ban a 80 m/perces tengelyenkénti előtolás értékeket feszegetjük CNC szerszámgépeknél.

A másik fontos kinematikailag befolyásoló tényező, bizonyos tekintetben jelentősebb, mint az előtolás, az a szerszámgép fordulatszáma. 2006 környékén kezdtek széleskörűen elterjedni a 20.000, majd később a 32.000 fordulat/perces, built-in típusú megmunkáló központ főorsók, míg az átlagos fordulatszám tartományok 8.000-12.000 fordulat/perc körül voltak. Manapság szinte az összes szerszámgépgyártó a forma- és szerszámgyártáshoz, illetve az elektróda megmunkáláshoz tervezett szerszámgépeit 20.000-es főorsóval hozza forgalomba, alapfelszereltségként. A built-in típusú orsókat 15.000 fordulat/perces fordulatszámmal már az általános gépgyártás területén is alkalmazzák, ahol maximum IT7-es pontossági fokozat a követelmény. Jelenleg (legjobb tudásom szerint) a főorsó furdulatszám-versenyt a japánok vezetik, 120.000 fordulat/perccel, olyan CNC megmunkáló központtal, melyet kifejezetten mikro furatok megmunkálására fejlesztettek ki kerámia alkatrészekhez.

A sebesség versenynek meglátásom szerint két fő húzó ágazata van. Az egyik terület a különleges anyagok megmunkálása, beleértve a kerámia megmunkálást és az elektródagyártást. E kettő közül hazánkban főleg az utóbbi játszik fontosabb szerepet a különböző egyedi szerszámok gyártása miatt, ahol a szikraforgácsolás elkerülhetetlen. A másik terület maga a tömegcikk gyártás és a forgácsoló-szerszámipar együttes fejlődése. Az egyre anyagcsoport-specifikusabb – ha nem kifejezetten anyag specifikus – forgácsolószerszámok, melyek technológiai ablakai sokkal jobban kitolhatóak, biztosítják a lehetőséget a megmunkálási idők csökkentésére, ha a szerszámgép kinematikai tulajdonságai adottak. Remek példa erre az alumínium megmunkálása. Manapság a legtöbb forgácsolószerszám forgalmazó biztosít kifejezetten alumíniumhoz fejlesztett élgeometriát és anyagminőséget, mellyel az alkalmazható vágósebesség folyamatosan növelhető, így csökkentve a ciklusidőket, költségeket.

 

A szerszámgépek sebességkorlátainak folyamatos növelése

 

2. A szerszámgépek tengelyei számának folyamatos növelése

A második jóslata, miszerint a szerszámgépek tengelyeinek száma folyamatosan nőni fog, szintén helytálló feltételezés. Akkoriban kezdett elterjedni szélesebb körben, egyre több iparágban a szimultán öt tengelyes megmunkálás, illetve a 2000-es év elején jelentek meg a közép-kategóriás gyártóknál is az ellenorsós, hajtott szerszámos CNC eszterga központok. Manapság a 8-9 tengelyes maró-eszterga központok is elérhetőek, nemcsak a gépipar vezető országaiban, de hazánkban is. Alapvetően az alkalmazandó tengelyek számának emelkedése nemcsak, hogy beigazolódott, de túl is lépett az állításon. Eleinte megkülönböztettük a CNC szerszámgépeknél a marógépekből fejlődött megmunkáló központokat, melyek alkalmasak voltak merevszárú menetmegmunkálásra, furatkiesztergálásra, illetve az esztergákból kifejlődött CNC eszterga központokat. Manapság a két géptípus közötti határ már-már teljesen elmosódott, látva a billenő megmunkálófejes maró-eszterga központokat. Nemcsak a tengelyek száma nőtt, de a vezérelhető szerszámpályák száma (2 revolveres eszterga központok) és a főorsók száma is.

A fejlődésnek ezen a területen is két oka különböztethető meg: az univerzalitás, illetve a multi-funkcionalitás iránti törekvés, vagyis egy géppel minél több műveletet elvégezni, így csökkentve a darabcserék és átállások idejét, a cserélés okozta pontosságvesztést (tömeggyártás), illetve, hogy egy szerszámgéppel a legkülönfélébb alkatrészeket is meg tudjuk munkálni (egyedi gyártás).

 

A szerszámgépek tengelyei számának folyamatos növelése

 

3. Ultra precíziós szerszámgépek gyártása

A harmadik fejlesztési irányelv, az ultra precíziós megmunkálás szinte magától értetődő. Régebben még lehetett hallani olyan véleményeket, hogy mechanikai úton történő forgácsleválasztással a 2-3 mikronos pontosságot nem lehet átlépni. Manapság már az egy mikron alá tudunk forgácsolni, továbbá már a belépő-felső kategóriás szerszámgépgyártók palettáján is megtalálhatóak olyan szerszámgépek, melyek a 2 mikront tudják tartani hosszútávon.

Szerintem ezen a területen részletesebb igazolás nem szükséges, egyértelműen látszik ugyanis, hogy a precíziós gépek iránt szükségszerűen fellépő igényekre az iparnak választ kellett adnia. Vitathatatlan, hogy a 10 évvel ezelőtti gépekhez képest jelentősen javult a pontosság.

 

Ultra precíziós szerszámgépek gyártása

 

4. Fejlett, intelligens vezérlések alkalmazása

A negyedik ponttal, az intelligens vezérlésekkel kapcsolatban kicsit szkeptikus vagyok. Hogy érthető legyen, kezdeném az intelligencia fogalmával (személyes véleményem szerint). A klasszikus ember-gép kapcsolat úgy nézett ki, hogy a gép végzett egy adott műveletet, melyet az ember folyamatos, vagy időszakos megfigyelés alatt tartott. Ha a gépi folyamat valamely paramétere, kimeneti adata nem volt megfelelő, az ember hozott egy döntést, miként avatkozzon közbe, és közbeavatkozott. A kulcsszó itt a döntés. Az „ideális” ember-intelligens gép kapcsolat során az ember megtanítja a döntéshozatali folyamatokat a gépnek, majd a gép végzi önmaga ellenőrzését, és eltérés esetén a gép dönt a közbeavatkozás szükségességéről, módjáról, idejéről.

Manapság az összes gyártó valamilyen szoftveres és/vagy elektronikus rendszerrel szereli fel szerszámgépeit, melyet „intelligensnek” nevez. Ilyen rendszerek az ütközésvédelem, a gépváz hőtágulásából származó kompenzációs rendszerek, előtolás optimalizáló rendszerek, stb. Vegyünk egy példát. Az előtolás optimalizálása a főorsó terhelésmérésen alapul. Egy öntvény előgyártmány esetén megadunk egy nagyoló ciklust a CNC vezérlőnek, hogy egy síkba marja le a felületet. Az öntvény egy adott részén gyengítés, anyaghiány van. A főorsónak, amikor az anyaghiányhoz ér, értelemszerűen csökken a terhelése. Az előtolás optimalizálás lényegében a főorsó terhelését figyeli, és amint az az adott cikluson belül csökken, megnöveli valamilyen arányosság figyelembe vételével az előtolást. Ez egy szabályozási feladat. Van egy célértékünk, egy változó paraméterünk és egy hibahatárunk. Ha a folyamat kimeneti értéke a célérték körüli hibahatáron túl lép, a változó paramétert módosítjuk addig, míg el nem éri a célértéket (+/- hibahatár). Ez lényegében egy kibővített szervo-szabályozás. Akkor egy szervo motor már intelligens?

 

Fejlett, intelligens vezérlések alkalmazása

 

A jóslat tanulsága, az abból levonható a következtetések

Az, hogy mi intelligens és mi nem, egy olyan kérdés, melyet már rengetegen próbáltak megválaszolni, és mindegyikük kicsit zsákutcába futott. Cikkemmel nem ezt a kérdést próbáltam megválaszolni, illetve nem a szerszámgépgyártók által alkalmazott fejlesztések jelentőségét vagy helytállóságát megkérdőjelezni. Épp ellenkezőleg. A cikk megírása során egyrészt az volt a célom, hogy egy évtizeddel korábban tett „jóslatot” megvizsgáljak, másrészt, hogy – akárcsak Toshimichi Moriwaki – összegyűjtsem, hol áll a mai szerszámgépgyártás, hova szeretnénk eljutni, és ehhez mit kell még tennünk. A 2016-ban elérhető szerszámgépipari fejlesztések ténylegesen sarkalatos alapjai az „intelligens szerszámgép” koncepciónak, az elkezdett út jó, de szerintem még van mit fejlődni. Remélem tíz év múlva valaki megtalálja a cikkemet, és megcáfol engem.

 

Forrás:

http://www.ntnglobal.com/en/products/review/pdf/NTN_TR74_en_P002.pdf