Niezrównana precyzja AgieCharmilles FORM X

2020-03-10 08:00

Postęp technologiczny, którego jesteśmy świadkami ma przede wszystkim charakter jakościowy. Dzięki technologicznym zdolnościom realizacji coraz bardziej precyzyjnej obróbki możliwe jest wytwarzanie nie tylko jeszcze bardziej zaawansowanych maszyn i urządzeń, ale także optymalizacja kosztów ich produkcji.

Precyzyjna elektrodrążarka od GF Machining Solutions - AgieCharmilles FORM X wraz z automatyzacją System 3R WorkPartner 1+

Polepszanie precyzji obróbki i jakości  powierzchni ogranicza konieczność wykonania dodatkowych operacji technologicznych lub zmniejszenie ich zakresu.

Wytwarzanie precyzyjnych komponentów o złożonych kształtach stanowi największe technologiczne wyzwanie, w którym technolog musi odpowiednio dobrać środki produkcji. Współczesne narzędzia coraz częściej muszą wykazywać się elastycznością, aby spełnić skrajne wymagania. Przykładem elektrodrążarek wgłębnych opracowanych w celu uzyskania jak najlepszych parametrów jakościowych obrobionych powierzchni są AgieCharmilles FORM X 400 i 600 (ilustracja 1).

Precyzja obróbki

Przykład precyzyjnej obróbki – elektroda i przedmiot obrabiany.

Elektrodrążarki FORM X stanowią efekt naturalnej ewolucji konstrukcji maszyn FORM E, FORM P i FORM S w kierunku wzrostu wydajności i precyzji obróbki (ilustracja 2). W celu uzyskania najwyższej dokładności i powtarzalności obróbki zróżnicowanych przedmiotów obrabianych zastosowano korpus i stół roboczy mocowany na stałe co zapewnia dużą sztywność. W celu kontroli położenia elektrody roboczej wykorzystano liniały optyczne. Dzięki temu uzyskano wymaganą dokładność pozycjonowania w całym zakresie ruchu wszystkich osi. Konstrukcja korpusu oraz urządzenia pomiarowe pozwoliły na wyeliminowanie wpływu nadmiernego luzu i odkształceń termicznych na dokładność obróbki. W efekcie rozdzielczość pozycjonowania wynosi 50nm.

Znaczącą zaletą elektrodrążarek FORM X 400 i 600 jest precyzyjna i wytrzymała oś C, która zapewnia wysoką dokładność pozycjonowania niezależnie od masy elektrody (do maks. 25 kg) przy generatorze pracującym na pełnym napięciu. Pozwala to na dokładną obróbkę powierzchni śrubowych (ilustracja 3).

Precyzja obróbki nie sprowadza się wyłącznie do wymiarów geometrycznych. Chropowatość powierzchni obrobionej również stanowi wartość określaną jako parametry jakościowe obróbki. Integracja rozwiązań konstrukcyjnych oraz układu sterowania, w tym wykorzystania dodatkowych modułów, umożliwia optymalizację procesu erozji w czasie rzeczywistym, z każdym kolejnym impulsem. Dzięki temu w określonych warunkach możliwe jest uzyskanie chropowatości Ra 0,08µm.

Konstrukcja

Przykład obróbki z wykorzystaniem osi C na AgieCharmilles FORM X.

W przypadku FORM X dzięki nowoczesnemu generatorowi ISPG (ang. Intelligent Speed Power Generator) możliwe jest realizowanie zarówno mikroobróbki (małe natężenie prądu i niewielkie zużycie elektrod roboczych) oraz standardowego elektrodrążenia dużymi elektrodami.

FORM X 400 i 600 od GF Machining Solutions to eletrodrążarki wgłębne o maksymalnym przesuwie w osi X równej odpowiednio 400 i 600 mm.

Wieloletnie doświadczenie GF Machining Solutions w projektowaniu i produkcji obrabiarek zaowocowało koncepcją symetrycznej konstrukcji maszyny technologicznej (kształt ramy - C). W przypadku termokompensacji pozwala to na efektywniejsze przewidywanie odkształceń i tym samym skuteczniejsze kompensowanie temperatury w strefie roboczej.

Uzyskanie wysokiej dokładności wymaga odpowiedniej sztywności korpusu obrabiarki w celu zapewnienia stabilności statycznej i dynamicznej. Istotny wpływ na dokładność pozycjonowania mają odkształcenia termiczne. W elektrodrążarkach AgieCharmilles FORM X zastosowano dynamiczną termostabilizację. Korpus elektrodrążarki wykonano z polimerobetonu, a liniały optyczne poszczególnych osi chłodzone są dielektrykiem.  W celu zapewnienia pełnej termostabilizacji  układu, korpus maszyny pod stołem roboczym jest zalany dielektrykiem.

Z kolei powracający z obróbki rozgrzany i zanieczyszczony dielektryk jest przekazywany do odseparowanego termicznie zbiornika tak, aby zmiany temperatury dielektryka podczas obróbki nie wpływały na odkształcenia korpusu.

Support z elektrodą roboczą (pinola osi Z) posiada kontrolowany przepływ powietrza, w celu pełnej stabilizacji termicznej i eliminacji odkształceń. Podobnie, układy napędowe osi X Y i Z wykorzystuje automatyczną cyrkulację powietrza w celu efektywniejszej termostabilizacji.

Generator ISPG i układ elektryczny

Generatory w obróbce elektroerozyjnej mają znaczący wpływ na jakość i dokładności obróbki. Wynika to z faktu, iż proces erozji EDM uzależniony jest przede wszystkim od charakteru impulsów elektrycznych, czyli wartości natężenia prądu wyładowania, czasu trwania impulsu, napięcia wyładowania i kształtu przebiegu impulsu. Parametry te definiują wartość energii dostarczanej do materiału obrabianego oraz wielkość i kształt kanału wyładowania.

Im większa częstotliwość impulsów prądowych tym lepsza dokładność obróbki. Generatory ISPG zostały opracowane przez GF Machining Solutions i stanowią dopracowaną konstrukcję. W FORM X stosuje się generator zapewniający natężenie prądu roboczego równe 80A, opcjonalnie 140A. Generatory ISPG w ramach kontroli procesu roztwarzania elektroerozyjnego umożliwiają: detekcję pierwszego wyładowania, kompensację zużycia elektrody, zachowanie powtarzalności obróbki czy podwyższanie wydajności. Przy odpowiednim dobraniu parametrów z uwzględnieniem rodzaju materiału obrabianego oraz rodzaju elektrody roboczej (miedź lub grafit) możliwe jest uzyskanie chropowatości powierzchni obrobionej Ra 0,1÷0,4µm.

Tu FORM X ze względu na konstrukcję i układ sterowania może przeprowadzać polerowanie powierzchni SuperFinish co pozwala na uzyskanie chropowatości powierzchni w klasie CH0 – Ra0,08µm. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu unikalnego rozwiązania konstrukcyjnego, polegającego na usytuowaniu modułów elektronicznych generatora do obróbek wykańczających bezpośrednio w pinoli osi Z.

Spowolnienie tempa zużycia elektrody roboczej przyczynia się do wydłużenia jej okresu trwałości, zapewnienia powtarzalności odwzorowania obrabianych kształtów, a tym samym do obniżenia kosztów.

Moduły ACC i ACO (ang. Adaptive Current Control i Adaptive Current Optimization) zapewniają adaptacyjną kontrolę i optymalizację natężenia prądu roboczego. Dzięki tym modułom uzyskuje się bezpieczny i stabilny proces obróbki oraz wysoką wydajność usuwania materiału.

W przypadku kiedy z różnych powodów nie udaje się skutecznie usuwać produktów procesu erozji, następuje obniżenie oporności dielektryka, a tym samym pogorszenie warunków w szczelinie. W takiej sytuacji wzrasta możliwość wystąpienia zwarcia. AgieCharmilles FORM X wyposażony jest w automatyczny układ przeciwzwarciowy SPAC. Przeciwdziałanie wystąpieniu zwarcia następuje poprzez emisję impulsowych wysokoenergetycznych wyładowań

Układ sterowania i systemy eksperckie

Ekspercki system TECFORM wspiera uzyskanie podwyższenia wydajności roztwarzania elektroerozyjnego z jednoczesnym minimalizowaniem tempa zużycia się elektrody roboczej (moduł iQ). Moduł iQ maksymalizuje wydajność każdego impulsu, co redukuje boczne i czołowe zużycie elektrody roboczej. Kontrola dynamiki pracy, wraz z kontrolą warunków przepłukiwania pozwala w zasadzie na wyeliminowanie mechanicznego i termicznego zużywania się elektrody roboczej.

Dzięki temu systemowi możliwe jest efektywniejsze wykorzystanie elektrodrążarki poprzez jej lepszą czasową dostępność.

Dzięki temu systemowi możliwe jest efektywniejsze pod względem czasu wykorzystanie elektrodrążarki.

Obecnie sterowanie przebiegiem procesu obróbkowego wymaga stosowania zaawansowanych systemów eksperckich. Wynika to ze złożoności samych procesów fizykochemicznych i związanych z nimi parametrów obróbkowych. Analiza w czasie rzeczywistym pozwala na uzyskiwanie istotnego obniżenia całościowych kosztów obróbki.

Zastosowany w FORM X system TECFORM automatycznie opracowuje technologię na podstawie takich danych jak:

  • rodzaj gniazda (normalne, powierzchnia, duża powierzchnia, konturing, otwór, mikroerozja, ostrzenie elektrody)
  • określone przez technologa priorytety obróbki (zużycie, precyzja, brak warstwy białej, szybkość, połysk)
  • kształt elektrody (standard, cylindryczna, punktowa, żebro, stempel, wielopoziomowa).

Zaletą systemu TECFORM jest praca w czasie rzeczywistym i modyfikowanie parametrów pracy generatora podczas elektrodrążenia. Operator zachowuje przez cały czas możliwość ręcznej zmiany parametrów obróbkowych.

FORM X wyposażony jest w nowoczesny wielozadaniowy układ sterowania AC FORM HMI, który zapewnia intuicyjne i szybkie przygotowanie obróbki, w tym opracowanie programów obróbkowych. Jednocześnie AC FORM HMI umożliwia pełną kontrolę funkcji maszyny.

Układ sterowania bazuje na sprawdzonej architekturze elektronicznej i jako system operacyjny wykorzystuje WindowsTM. W celu zapewnienia komfortu pracy operatora interfejs użytkownika zaprojektowano w zgodzie z najlepszymi zasadami ergonomii (m.in. duży dotykowy ekran 15” TFT). Współczesne procesy produkcyjne cechują się znaczną różnorodnością i coraz większym nakierowaniem na indywidualne zapotrzebowania odbiorcy. Nowoczesna produkcja to przede wszystkim krótkie serie lub wręcz produkcja jednostkowa.

Wielozadaniowość układu sterowania użytego w FORM X polega na jednoczesnym opracowywaniu kolejnego programu obróbkowego przy monitorowaniu aktualnie realizowanego procesu drążenia.

Układ sterowania wyposażony jest w przenośny pilot z pokrętłem ręcznym lub z samymi przyciskami, który służy do precyzyjnego kontrolowania ruchów w poszczególnych osiach.

Automatyzacja i rConnect

Optymalizacja procesów technologicznych oraz dążenie do osiągnięcia celów Przemysłu 4.0 wymagają efektywnej automatyzacji oraz monitorowania stanu obrabiarki w czasie rzeczywistym. FORM X jak i inne obrabiarki firmy GF Machining Solutions stanowią pod tym względem komplementarne konstrukcje. Na ilustracji 1 przedstawiono FORM X 400 wraz z magazynem elektrod i przedmiotów obrabianych w ramach Systemu 3R, obsługiwanym przez robota przemysłowego. Innym przykładem rozwiązania paletowego jest magazyn w układzie rewolwerowym (ilustracja 1).

System 3R oferowany przez GF Machining Solutions zapewnia oprzyrządowanie do ustalania i mocowania przedmiotów obrabianych (systemy paletyzacji) w ramach wszystkich technik wytwarzania, w tym wgłębnej (EDM) i drutowej obróbki elektroerozyjnej (WEDM).

Kompleksowa automatyzacja i obsługa zarówno elektrod roboczych jak i przedmiotów obrabianych przyczynia się do znaczącego wzrostu produktywności i zdolności podejmowania różnorodnych zleceń.

System rConnect to kompleksowa platforma obsługująca różne techniki wytwarzania i metody obróbki w ramach oferty maszyn technologicznych firmy GF Machining Solutions (EDM, WEDM, obróbka skrawaniem, obróbka laserem). Modułowy system rConnect zapewnia kompleksową realizację usług cyfrowych wspierających procesy produkcyjne, począwszy od zdalnego asystenta czasu rzeczywistego (zapewniającego jak najbardziej efektywne wykorzystanie maszyny), poprzez predykcyjne działania konserwacyjne, po monitorowanie pracy obrabiarki. System rConnect umożliwia nawiązywanie zabezpieczonego połączenia w dowolnym czasie i miejscu. Zdalna analiza pracy maszyny technologicznej znacząco skraca czas reakcji serwisowej. Szybka diagnoza to szybszy dobór właściwych środków zaradczych i naprawczych. Ma to szczególne znaczenie w przypadku znacznej odległości od centrum serwisowego GF Machining Solutions. Dzięki rConnect można znacząco podnieść efektywność posiadanych środków produkcji. Jest to szczególnie kluczowe przy gniazdach produkcyjnych.

Konstrukcja, układ elektryczny, serwonapędy, automatyzacja i rConnect, poparte wieloletnim doświadczeniem GF Machining Solutions, w serii FORM X stanowią przykład niezwykle komplementarnej integracji. Efektem jest wysokiej klasy precyzja obróbki.

Wróć

O GF Machining Solutions