s

Budowa maszyny do obróbki metali nieżelaznych

27 marca 2018 0

Autor:

Zazwyczaj grupa tych maszyn ma budowę zwartą. Rzadko spotyka się wielkie formaty stopów aluminim do obróbki kształtowej. Prędzej jest to blacha do cięcia konturowego.

Natomiast wszelkie kształty i podzespoły stosowane w przemyśle, wykonane ze stopów aluminium, brązu czy tez miedzi, ie potrzebują większego pola roboczego niż 1000x1000mm w płaszczyźnie xy i 200 – 300mm w osi pionowej. A jeszcze częściej pole robocze 800×400 lub 600×600 i różne wariacje wokół tych wymiarów. Zależnie od producenta, który może sobie ustalić jakiś obszar bazowy, od którego później tworzy większe lub mniejsze obrabiarki. Nie ma tutaj reguły.

Natomiast sama obrabiarka – czy to frezarka prosta czyli ploter frezujący, czy bardziej złożona jak np. centrum obróbkowe mają z reguły budowę zwartą w celu uzyskania jak największej sztywności kinematyki maszyny.

Przeanalizujmy sobie prostą frezarkę – ploter do obróbki aluminium i jego stopów. Podobnie jak w maszynie do drewna wyróżnimy tutaj trzy podstawowe osie XY i Z. Podstawa bazowa, brama najczęściej sztywna zespolona z podstawą i oś pionowa przesuwna na belce bramy. Ponadto obróbka wiórowa ma to do siebie, że wióry odrywane narzędziem mają tendencje do rozpryskiwania się na wszystkie strony, więc nasza obrabiarka powinna być również osłonięta od otoczenia obudową zapobiegającą nie tyle rozsiewaniem wiórów gdzie popadnie, ale też potencjalnemu wydłubywaniu ich z klawiatury komputera sterującego, czy z włosów.

Obróbkę metali prowadzimy również często na mokro, więc pod podstawą winien znajdować się zbiornik na chłodziwo podawane poprzez układ pompy chłodziwa i przewody rurowe do końcówki z wężykiem nastawnym na narzędzie. A pod stołem maszyny również szuflada na wióry, które po odsączeniu po obróbce można zwyczajnie usunąć.

Tak więc patrząc z zewnątrz możemy naszą maszynę podzielić na trzy segmenty – podbudowa dolna ze zbiornikiem chłodziwa i szufladą na wióry, na tym wszystkim właściwa maszyna i na koniec wokół niej obudowa anty odpryskowa.

Jakkolwiek podbudowa ze zbiornikiem, czy obudowa zewnętrzna nie wymagają jakichś specjalistycznych przemyśleń a zarazem technologii do ich wykonania, to nad samą maszyną trzeba się już zastanowić.

Podstawa jako oś Y

Można tu wyróżnić kilka kombinacji w tworzeniu podstawy. Najprostsza to konstrukcja z profili stalowych zimnogietych z naspawanymi nakładkami pod prowadnice, stopy bramy czy bloki łożyskowe śruby pociągowej. Inna to kombinacja elementów wyciętych z blach stalowych spawanych krzyżowo. Zwykle muszą to być blachy o grubościach co najmniej 12mm, aby uzyskać pożądaną sztywność tak uzyskanej konstrukcji. Podobnie konstrukcja wykonana również z blach ciętych, czy to metodami plazmowymi czy laserowymi, ale z blach cienkościennych, tworząc zamkniętą bryłę. I jeszcze jedna to kombinacja blach ciętych zespawanych z profilami zimnogiętymi.

Nie zawsze najprostsze rozwiązanie jest najlepsze, ponieważ ma swoje wady.

Zalety i wady wymienionych wyżej podstaw

– Konstrukcja spawana z profili zimnogiętych

Zakładamy że jest to płaska rama bez konstrukcji przestrzennej z nogami, czyli nie tworzy nam swego rodzaju sześcianu, ale jest płaską konstrukcją. Prostota wykonania takiej konstrukcji polega na tym, że docinamy sobie profile stalowe, rozmieszczamy na stole montażowym i spawamy wszystkie elementy wg określonej metody. Obróbka takiej podstawy nie należy do skomplikowanych, jest to prosta obróbka powierzchni umieszczonych zwykle w jednej płaszczyźnie. Czasem można wyfrezować podcięcia dla łatwiejszego ustalania prowadnic.

Wadą może być prześwit właściwego stołu przesuwnego nad bazą bloku łożyskowego, gdyż montując śrubę pociągową, może się okazać, ze nakrętka lub też sam gwint śruby kolidują na wysokość ze stołem roboczym maszyny. Wówczas powstaje konieczność frezowania rowka w tymże stole, lub kieszeni na obudowę nakrętki. Nierzadko stół roboczy w maszynie jest płytą o określonej grubości. Spotkać można tez konstrukcje przestrzenne stołu roboczego. Ale jakby na to nie patrzeć, podczas rozrysowywania konstrukcji maszyny trzeba to brać pod uwagę – jakie zastosujemy prowadnice i ile będziemy mieć miejsca na śrubę, jak zabezpieczymy maszynę przed wiórami i cieknącym chłodziwem.

– Podstawa spawana z blach grubych ciętych plazmą lub laserem

Podstawa spawana z blach grubych ciętych plazmą lub laserem daje możliwość zastanowienia się, gdzie umieścić śrubę pociągową, jak ustalić przestrzeń dla obudowy nakrętki, gdzie umieścić bazy pod prowadnice, stopy bramy itp.

Wadą takiego rozwiązania jest mnogość spoin pachwinowych pomiędzy blachami, co przy nieumiejętnym spawaniu, lub słabym docisku całości na stole montażowym, może zwyczajnie zwichrować konstrukcję tak, ze żadna obróbka cieplna i mechaniczna nie pomoże w wyprowadzeniu płaszczyzny pod prowadnice i bloki łożyskowe, a jeśli na domiar tego zastosujemy w przedniej i tylnej ścianie otwory dla bloków montowanych od czoła, to już w ogóle nie będziemy w stanie uzyskać równoległości osi śruby z prowadnicami.

– Podstawa spawana z blach cienkościennych, ciętych laserowo

Podstawa spawana z blach cienkościennych, ciętych laserowo z dodatkowymi wpustami i wczepami składa się jak klocki Lego, a spawanie ogranicza się do przerywanego łączenia elementów krótkimi odcinkami spoin. Zaletą może być utworzenie bryły o określonym kształcie, gdzie zarówno prowadnice można ukryć tak, aby stół roboczy wystawał kilka mm nad górną powierzchnię bryły, a do stołu zamiast obudowy nakrętki mocować jedynie blachy tworzące odwróconą literę C, której boki wpuszcza się w cienkie rowki w górnej powierzchni naszej bryły. Kolejną zaletą tegoż jest ograniczenie spadania wiórów do dolnej przestrzeni bryły, chłodziwem zaś można umiejętnie pokierować tak, aby spływało do określonego miejsca i tam skapywał do szuflady na dole maszyny i stamtąd do zbiornika z chłodziwem.

Wadą takiego rozwiązania jest jego skomplikowana konstrukcja, w której należy przemyśleć wszystkie elementy, zarówno składające się ze sobą na wczepy i wpusty, jak również wszelkie wzmocnienia i udogodnienia, a jeszcze trzeba to umiejętnie pospawać. Poza rozrysowaniem wszystkich elementów do wycięcia laserem, wypadałoby również stworzyć model 3d, aby uniknąć błędów, które przy rysunku płaskim mogą nam umknąć.

– Podstawa spawana w kombinacji profili zimnogiętych wraz z blachami ciętymi

Przy podstawie spawanej w kombinacji profili zimnogiętych wraz z blachami ciętymi metodą czy to plazmową czy laserową, czy nawet wycinarką wodną możemy wprowadzić pewne uproszczenia, czyli podobnie jak w konstrukcji spawanej z profili zimnogiętych, umiejscowić podpory pod śrubę pociągową w jakimś obniżeniu skośnym, dodatkowo wspawać sobie blachy wprowadzające jakiś ukos dla spadających wiórów czy spływającego chłodziwa.

Wadą podstawową takiej podstawy poza jej masą, mogą być błędy spawalnicze.

Ponieważ profil zimnogiety, obojętnie czy cienkościenny, czy grubościenny, nie lubi gdy wprowadza mu się naprężenia cieplne w strukturę.

Jeśli spawanie ograniczymy tylko do pachwin pionowych pomiędzy blachą a profilem, wówczas tak zmontowana struktura na stole montażowym, nie będzie miała tendencji do wichrowania się. Jeśli jednak pokusimy się dla tak wpuszczonego profilu, który na wierzchniej warstwie ma przyspawane płaskowniki pod bazy prowadnic – od spodu pachwinowo łącząc z blachami, w które to ten profil wpuściliśmy, wówczas wyspawamy pięknego, zwichrowanego banana, którego obróbka może pochłonąć znaczne ilości nakładek pod prowadnice, a czasem czyniąc tę obróbkę zupełnie nieopłacalną.

Przy tworzeniu maszyn, a w szczególności ich podstaw, należy bezwzględnie unikać wyrobów hutniczych gorącowalcowanych, ponieważ z reguły są krzywe i podatne na odkształcenia przy spawaniu.

Wyżarzać czy nie wyżarzać?

Tu opinie są podzielone. Ogólnie chodzi tu o odprężenie konstrukcji, a wyżarzanie to jedna z metod pozbycia się nadmiernych naprężeń powstałych wskutek spawania konstrukcji.

Przy pierwszej konstrukcji z profili stalowych z nakładkami, gdzie ilość wprowadzonych naprężeń, gdzie połączyliśmy profile ze sobą poprzez pachwiny na skrajniach, czy też od góry i napawaliśmy płaskowniki z przerwami np. co 150mm wyżarzanie takiej konstrukcji to przerost formy nad treścią, gdyż wprowadzone naprężenia są znikome i szybko gasnące, wskutek czego całkowite ich wyeliminowanie powstanie już w trakcie obróbki baz, gdzie wprowadzimy miarowe wibracje czy to głowicą frezarską czy frezem palcowym, zależnie od metody obróbki.

Wyżarzać należałoby wszelkie konstrukcje spawane w z dużą ilością spoin, spawane np. z samych grubościennych blach itp. No ale jeśli wykonawca maszynki się uprze i będzie chciał zawieźć swoją konstrukcję z profili do pieca, to niech nie zapomni o otworach w każdym profilu, najlepiej jakieś rewizyjne np. fi 10mm na środku i skrajniach każdego profilu. Pytanie po co? Ponieważ podczas nagrzewania ramy do temperatury około 400 stopni Celsjusza, czyli do koloru czerwonej wiśni całej konstrukcji, zgromadzone wewnątrz profili powietrze rozszerza się. Więc szczelna konstrukcja nam zwyczajnie spuchnie i zdeformuje się.

Tym którym nie chce się jeździć na koniec świata w poszukiwaniu pieca, a mimo tego chcą odprężyć jakąś metodą swoją ramę, zalecam wrzucić ją w trawę pomiędzy myszy, węże i inne jaszczurki na jakieś 3 – 4 miesiące. O zabezpieczeniu przed korozją chyba wspominać nie trzeba. Można też zlecić odprężanie wibracyjne, ma ono zastosowanie przy smukłych konstrukcjach, przy zagmatwanych spawanych przekrojach może zaistnieć problem zamocowania źródła wibracji. Co bardziej pomysłowy budowniczy wykopie w ogródku dół i zrobi z niego prowizoryczną dymarkę. Wątek takiej metody wyżarzania był szerzej opisany na forum CNC – https://www.cnc.info.pl

Co prawda tworzenie konstrukcji stalowej naszej maszyny nie ogranicza się tylko do podstawy maszyny, podbudowy dolnej czy osłon, ponieważ w pierwszym etapie wykonawstwa po pracach projektowych wykonujemy podstawę – ramę osi Y oraz bramę z nogami jako oś X.

Brama stała maszyny

Bramę można podzielić na dwa typy:

– te z wkomponowanymi zeń nogami,

– te, gdzie mamy osobno belkę i nogi – boki.

Czy zastosujemy pierwszy, czy drugi typ zależeć będzie tylko i wyłącznie od zastosowanego materiału i sposobu jego połączenia z belką bramy.

Dla pierwszego rodzaju wspomnianej wcześniej podstawy, najprostszym sposobem jest wkomponowanie nóg podstawy w belkę, z takiego samego profilu, o takim samym przekroju co belka, lub przynajmniej o tej samej wysokości. Spawając taką otwartą kopertę z danych profili uzyskamy coś jak odwróconą literę C, a ponieważ jedna belka od góry, to za mało na sensowny rozstaw prowadnic, wówczas pomiędzy profilami nóg i górna belką dospawamy jeszcze jeden profil. Natomiast do dolnych końców nóg dwie blachy podstawek z użebrowaniem, które to przykręcimy do podstawy maszyny.

W ten sposób zyskujemy dość stabilną bramę i wszystko tutaj zależy od wysokości całej konstrukcji z nogami, ponieważ wracając do prac projektowych, gdzie wcześniej na podstawę Y położyliśmy prowadnice i na ich stół roboczy, a odległość pomiędzy płaszczyzną stołu, a dolnym profilem bramy daje nam jakiś potencjalny prześwit roboczy. Piszę potencjalny, ponieważ wszystko zależy tu jeszcze od konstrukcji osi pionowej, która to może wystawać poza obrys bramki, ale równie dobrze może się całkowicie chować, wskutek czego nasz prześwit pomiędzy płaszczyzną stołu, a dolną belką jest polem roboczym osi Z.

Z obróbką belki jest tu już nieco trudniej, gdyż jej obróbka poza płaszczyzną pod bazy prowadnic i bloki łożyskowe, dochodzi jeszcze obróbka stóp. Najlepszym wyjściem byłaby obróbka w jednej operacji. Jedna operacja to jedno zamocowanie detalu. Na przykład na frezarce uniwersalnej zakładając głowicę pionową obrabiamy wpierw bazy pod prowadnice i bloki, a następnie tę samą głowicę montujemy na wrzecionie poziomym i obrabiamy stopy bramki. Wówczas mamy stuprocentową pewność, ze płaszczyzna bazowa prowadnic posiada kąt prosty w stosunku do płaszczyzn stóp. Jedyne niebezpieczeństwo takiej obróbki to fakt, że decydując się na wykonanie podcięć na bazach prowadnic musimy dość dokładnie wzdłuż osi obrabiarki te bramę ułożyć, ponieważ później po obróbce zarówno baz jak i stóp nie będzie możliwości korygowania powstałego skosu bramy, chociaż kąty i odległości będą w porządku. W takim układzie najlepiej obróbkę rozpocząć od frezowania stóp, one wyznaczą nam równoległość linii stóp względem powierzchni bazowej prowadnicy, oczywiście patrząc z góry na detal obrabiany.

Wiercenie i gwintowanie otworów pod prowadnice i bloki łożyskowe.

Wiercenie pod prowadnice najlepiej wykonać przez prowadnice, jeśli nie dysponujemy przy tym odpowiednio dokładną obrabiarką. Można to zrobić na przykład na wiertarce słupowej, a w warunkach warsztatowych najlepiej zda egzamin wiertnica z podstawą magnetyczną, gdzie mamy stuprocentową pewność, że otwór będzie prostopadły do bazy we wszystkich kierunkach. Jednakże operując jedynie wiertarką ręczną, takie wiercenia również są możliwe, kąta prostego względem bazy nie uzyskamy nigdy, otwór może o kilka stopni uciekać od pionu. Jeśli na upartego zdecydujemy się na taki krok, to pierwszym zadaniem będzie ustalenie prowadnicy za pomocą czy to suwmiarki, czy głębokościomierza, mając na uwadze, że bramę owiercamy jako zamocowany podzespół na podstawie.

Owiercając podstawę musimy prowadnicę zbazować wzdłuż jednej krawędzi podstawy, lub wzdłuż podcięcia – w tym drugim przypadku nie ma problemu, gdyż podcięcia w obu bazach są do siebie równoległe po obróbce mechanicznej.

Zakładając, że pierwszą prowadnicę mamy już ustaloną i dociśniętą do podstawy za pomocą porządnych ścisków stolarskich, np. takich rurowych na rurę ¾ cala, gdzie siła docisku jest wystarczająco duża, że nasza prowadnica ma odebrane wszystkie stopnie swobody i mimowolne pchnięcie dłonią nie zmieni nam jej położenia, wówczas możemy zacząć wiercenie.

Pierwszym krokiem będzie wykonanie punktu wiercenia.

Bierzemy wiertło o średnicy zbliżonej do średnicy otworu w prowadnicy i nawiercamy punkt – na jednej i drugiej skrajni, blisko ścisków.

Następnie wykonujemy otwory o średnicy odpowiadającej gwintowaniu. Dla przykładu dla gwintu M5 będzie to otwór o średnicy 4,1mm, dla M6 będzie to fi 5,2 itd. Chodzi o to, aby montując w wiertarce gwintownik skrętny, podając mu właściwe smarowanie, zwyczajnie go nie urwać w otworze. Przy odrobinie wprawy można takim gwintownikiem i metodą wiercenia ręcznego wykonać wszystkie otwory gwintowane zarówno w podstawie jak i bramie poprzecznej. Ważnym jest to, ze zaczynamy od skrajnych położeń prowadnicy, a mając już skrajnie przykręcone, musimy docisnąć prowadnicę na środku i również tam wykonać wiercenia i gwintowanie.

Całej operacji wiercenia i gwintowania nie przeprowadzamy w jednym ciągu od pierwszego do ostatniego otworu, ale wg takiej kolejności : najpierw skrajnie, potem środek, potem przesunięcie o trzy otwory od środka np. w lewo a potem od środka w prawo, trzeba sobie podzielić ilość pozostałych otworów od skrajni do środka i wprowadzić jakiś podział, najlepszym sposobem to metoda środków, czyli mając środek prowadnicy przykręcony, poszukujemy środka pomiędzy pozostałymi otworami zarówno z lewej jak i z prawej strony, oczywiście cały czas pamiętając o dociskaniu prowadnicy ściskiem. Jeśli w ten sposób uzyskamy przerwy pomiędzy otworami w prowadnicy co 2 lub 3 otwory, wówczas pozostałe otwory już beż ścisku owiercamy tak jak leci.

Przy drugiej prowadnicy jest trochę trudniej, jeśli nie mamy podcięcia, ponieważ należy wówczas albo suwmiarka albo głębokościomierzem ustalić dokładne wartości odsunięcia owej prowadnicy od poprzedniej, ma to priorytetowe znaczenie, ponieważ czy to stół czy karetka poprzeczna muszą poruszać się względem własnej osi bez większych oporów, tych ponad opory wózków czy też śruby napędowej z nakrętką, jeśli nie spełnimy tego warunku, wówczas szybko zniszczymy wózki na prowadnicach.

Reszta mechaniki to już prosta sprawa. Śruby napędowe z bokami łożyskowymi, sprzęgła kłowe, jakieś zamocowanie silników w koszyczkach, lub jeśli projekt to przewidział na blasze z wytoczoną w niej flanszą. Sprzęgło kłowe lub sprzęgło mieszkowe wybaczają błędy montażu osiowego.

Podbudowę maszyny warto wykonać przynajmniej z profili stalowych, nawet cienkościennych zamiast samej blachy. Powód dość prozaiczny. Podbudowa wykonana z samej blachy wzorem naszych dalekowschodnich przyjaciół, podczas obróbki czegokolwiek na maszynie wydaje z siebie dźwięk zarzynanego prosiaka w jakiś mega rytualny i wyrafinowany sposób. Dźwięk ów bierze się z wibracji przenoszonych do podłoża warsztatu.

Podobnie z obudową górną przeciwodpryskową. Budujemy ją na bazie wcześniej przygotowanej klatki czy to z kątownika czy innego profilu, z montażem na nim czy to przez sczepianie półautomatem, czy nitując, przy czym ta druga metoda nie wprowadza w blachę niepotrzebnych naprężeń, wskutek czego poszycie nie wygląda jak fale Dunaju.

Wszelkie przewody ruchome umieszczamy w prowadnikach kabli, natomiast we wszelkie przejścia pomiędzy konstrukcją maszyny a obudową umieszczamy dławiki.  To powinien uwzględniać już projekt maszynki.

Co do wrzecion, podobnie jak w przypadku obróbki drewna, można w przypadku metali nieżelaznych stosować wrzeciona wysokoobrotowe, zachowując jednak parametry vc dla danego narzędzia przy stosunkowo niskiej mocy.

Reszta elementów w naszej maszynce zależy już od własnych upodobań, kwestie rozwiązania np. pulpitu sterującego – stojącego o własnych nogach, trójnogach, pięcionogach itd. Czy zwyczajnie na jakimś wysięgniku sprzężonym z obudową maszyny z komputerem przemysłowym, a za nim w szafie umieszczoną płytą sterowania, z wszelkimi stycznikami , wyzwalaną cewką zworą itp. itd. Finezja smaku czy wykonania.

Co do stosowanych chłodziw – rynek proponuje różne substancje, jednak aluminium i jego stopy najlepiej chłodzić narzędzie denaturatem. Przy takim chłodzeniu te obudowy wokół maszyny są co najmniej wskazane, aby niechcąco nie upić się oparami. Zatrucie? W Polsce? Nie, u nas można się upić oparami. CDN.

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco