Fókuszban a szerszám homlokfelület felfekvése

A kifogástalan homlokfelület-felfekvés meghatározza a szerszám illeszkedését, és a jó minőségű forgácsolási folyamat alapfeltétele. Ha szennyező részecskék kerülnek az orsó és a szerszámbefogó közé, akkor nem lesz megfelelő a befogás, ami költséges következményekkel járhat. A megoldást az orsóegységbe integrált, rendkívül pontos érzékelő-rendszerek jelenthetik.

Az egyre intenzívebb verseny és az automatizálás rohamos fejlődése miatt a munkadarabok megmunkálása során maximális termelékenységre kell törekedni, kiváló megmunkálási és eredményminőség mellett. Elvileg már ma sem hagyatkozhatunk a véletlenre a munkadarab megmunkálásakor, hiszen a szerszám-homlokfelület szerszámbefogó rendszerben való felfekvésekor akár a legapróbb forgács is sokba kerülhet.

Már egy apró forgács is döntő lehet

A munkadarabok forgácsoló megmunkálásánál a lemunkált anyagforgács a hűtő kenőanyag maradványokkal elegyedve a megmunkálási térben lévő szerszámokra és alkatrészekre tapadhat. Különösen kritikusak az ilyen szennyeződések a szerszám felfekvési felületeken, mivel már akár néhány század milliméter nagyságrendű idegen testek is megakadályozzák a kifogástalan homlokfelület-felfekvést. Ez pedig a szerszám ferde helyzetéhez, illetve tengelyeltolásához vezethet. Következményként említhetők a nem kielégítő megmunkálási eredmények, valamint szélsőséges esetben a selejt keletkezése és a gépleállás.

1. ábra: A homlokfelületen lévő idegen testek a szerszám kibillenéséhez vezetnek.

1. ábra: A homlokfelületen lévő idegen testek a szerszám kibillenéséhez vezetnek.

A tisztítás nem elegendő

A legapróbb szennyeződéseknél elengedhetetlennek bizonyultak a felfekvési felületek tisztításának hagyományos módszerei, mint a tisztítógépek, tisztítólevegő vagy a hűtő-kenőanyag körbe integrált részecskeszűrők. A megmunkálás során a megfelelő folyamatbiztonság szavatolásához nagy felbontású érzékelőket szükséges beépíteni a szerszám-homlokfelület felfekvésének folyamatos ellenőrzéséhez. A vizsgálatot ideális esetben orsófelfutáskor kell végezni, hogy a felügyeleti funkció ne menjen a fő megmunkálási idő rovására.

Az ilyen szenzorokkal szembeni követelmények sokrétűek és szigorúak. Az orsó vagy az adapter gyártásakor a köszörülési folyamatból adódó károkat ugyanúgy ki kell zárni, mint a szenzorok felmerülő felületi nyomás okozta tönkremenetelét. Ráadásul a forgó elemeken az elektronikus alkatrészek használata már eleve tabunak számít a nagy mechanikai igénybevétel, valamint az egy darabból álló orsótengelyeknél a problémás integráció miatt. A követelmények széles körét a legkisebb alkatrészméretek és a nagy költséghatékonyság teszik teljessé.

A jelenlegi módszerek elérték határaikat

Az orsó- és gépgyártók az elmúlt években már kidolgoztak különböző koncepciókat eltérő típusú szenzorokkal és mérési technológiákkal a homlokfelület-felfekvés ellenőrzéséhez és felügyeletéhez. Az alkalmazott mérési elvek alapján a jelenleg forgalomban lévő rendszereket a torlónyomásmérés, az erőfelügyelet és a tengelyre merőleges billenés mérése kategóriákba sorolhatjuk.

A homlokfelület-felfekvést a torlónyomás mérése alapján felügyelő, ma rendelkezésre álló rendszerek 30 µm-es nagyságrendtől képesek felismerni a forgácsrészecskéket, és ezzel a pontosság tekintetében csupán a középmezőnybe tartoznak. Emellett kiviteltől függően a nyomásnövelés és a nyomáscsökkenés miatt hosszú mérésidők adódnak, ami összességében meghosszabbítja a megmunkálási ütemidőt. Így ez a módszer nem jön szóba a nagypontosságú megmunkálásnál, mivel ezen a területen a megmunkálási minőség mellett kiemelt jelentőségű az idő szempontjából optimalizált gyártás.

Az erőt vagy tágulást érzékelő szenzorok felismerik az orsótengely szennyeződéskor fellépő, részleges tágulását. Az orsóorr szükséges nagy rendszermerevsége, a szabvány szerinti geometriai szerszámmérettűrés hatása, valamint a megmunkálási folyamatban a szerszáméltartam során fellépő szerszámkopás közvetlenül kihat a radiális orsóerő-eloszlásra, amely meghatározza a szenzorérzékenységet. A szennyeződések megbízható felismerése csak nagy kalibrálási ráfordítással érhető el. Emellett a szükséges konfigurációs és kötéstechnika az elektronikai alkatrészek orsótengelyen szükséges használata miatt költségessé teszi a rendszer egészét.

A merőleges billenésmérésnél a szerszámtengelyre merőlegesen egy távolságmérő szenzorrendszert szerelnek fel a szerszámbefogó-pozíció területén, amellyel detektálható a szerszám dőlése. Az ideális szerszámhelyzettől való kisebb eltérések ennél az eljárásnál csak az egyes szerszámok előzetes kalibrálásával állapíthatók meg, mivel a megengedett gyártási tűrés a mérési pozíció területén kedvezőtlenül nagy. Emellett a felszerelés kihat az orsókontúrra az orsóorr területén, ami korlátozza a szerszámbefogó-pozíció kialakításának rugalmasságát.

Ígéretes új megoldási elgondolás

Az OTT-JAKOB a PLANKO szenzorrendszerrel teljesen más úton jár. Nagyfrekvenciás technológia használatával ellenőrzi a szerszámfelfogató felületen történő szerszámbefogás minőségét. Az eddigi megoldásokkal szemben ez az elgondolás egyszerűbb és olcsóbb előállítás mellett nagy felbontású passzív távolságmérést tesz lehetővé egy forgó rendszerelemen.

2. ábra: A PLANKO az orsóorrba van beépítve

2. ábra: A PLANKO az orsóorrba van beépítve

A rendszer alapja egy kompakt szenzoregység, amely rezonátorból, kábelből, dugaszolható csatlakozóból és antennából áll, és amelyet az orsóorrba integrálnak. Az olvasófej magában foglalja a teljes mérési funkciót, így nem kell további kiértékelő elektronikát felszerelni a kapcsolószekrényben. Ezáltal a mikrorendszer technológia bevonul a szerszámgép alkalmazási területére, és felszámolja az információhiányt a jövőbeni fejlesztésekhez a motororsórendszereknél, az Ipar 4.0 témájához kapcsolódóan.

A homlokfelület-felfekvés meghatározása a szenzorok forgás közbeni sorozatos lekérdezésével történik. Az olvasófej összeveti az aktuális mérési eredményeket egy előzőleg meghatározott és a belső memóriában tárolt referenciaértékkel. A referenciaértéktől való eltérés esetén a mérési adatokat analóg feszültségjellé konvertálva továbbítja a gépvezérlésnek további feldolgozás és elemzés céljából.

3. ábra: A PLANKO rendszer felépítése

3. ábra: A PLANKO rendszer felépítése

A szerszámbefogás-technikai szakcég az EMO 2011-en mutatta be első alkalommal a nyilvánosságnak a PLANKO elvi működési módját. A rendszert az elmúlt években ipari és kutatási projektpartnerekkel szoros együttműködésben termékéretté optimalizálták, és időközben kiválasztott OEM-vevőknél már a tesztelése zajlik.

Saját kísérletsorozatokban már hatásos eredmények születtek. Egy átfogó, hosszú távú tesztsorozatban 20.000 1/min orsófordulatszámig ismételten sikerült igazolni a szerszám felfekvési felületen lévő, 10 µm-es forgácsdarabok forgás közbeni megbízható észlelését. A PLANKO jó piaci esélyeit már a kezdetekben is sejteni lehetett az álló helyzetből 1100 ford./s2 fordulatra gyorsuló orsónál elérhető kb. 30 ms-os mérésidőből.

További információ

A magyarországi forgalmazó SKF Svéd Golyóscsapágy Zrt. weboldalán.

Az OTT-JAKOB hivatalos honlapján.