PL243396B1 - Sposób ustawiania przedmiotu obrabianego, zwłaszcza o nieregularnych kształtach, w przyrządzie obróbkowym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku jest sposób ustawiania przedmiotu obrabianego, zwłaszcza o nieregularnych kształtach, w przyrządzie obróbkowym. Sposób polega na obliczeniu nastaw przyrządu obróbkowego na podstawie analizy położenia punktów ustalających w przestrzeni w której znajdują się wzajemnie zorientowane modele 3D: zaprojektowanego oraz zmierzonego półfabrykatu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ustawiania przedmiotu obrabianego, zwłaszcza o nieregularnych kształtach, w przyrządzie obróbkowym.

Ustawianie półfabrykatu w przestrzeni obróbkowej wiąże się z jego właściwym zorientowaniem, odebraniem wymaganych stopni swobody i zamocowaniem. Zorientowanie półfabrykatu w przestrzeni odbywa się z użyciem uniwersalnych lub specjalizowanych przyrządów obróbkowych. Zasada działania takich przyrządów w większości przypadków opiera się na mechanizmach śrubowych, które poprzez wykręcenie na odpowiednią wysokość, pozwalają na poprawne wypoziomowania i zorientowanie kątowe półfabrykatu. Zasadą jest poziomowanie półfabrykatu z użyciem trzech trzpieni poziomujących. Dla specyficznych półfabrykatów stosuje się większą liczbę podpór w celu zwiększenia sztywności podparcia, co wiąże się z przestaleniem przedmiotu obrabianego i wymaga precyzyjnego ustawienia długości podpór, aby uniknąć zjawiska deformacji półfabrykatu po zamocowaniu.

Współcześnie powszechnie stosuje się metodę ustawiania w przestrzeni obróbkowej przedmiotów obrabianych o nieregularnych kształtach, zwłaszcza odlewów, na podstawie wykonanych uprzednio rys traserskich. Rysy traserskie wykonywane są w ramach czynności przygotowujących półfabrykat do obróbki i wstępnej oceny geometrii półfabrykatu i służą do oznaczania na powierzchniach obrabianych zarysów powierzchni podstawowych (tzw. baz), a także linii zarysowych obróbki oraz osi i obwodów otworów. Pozwalają ocenić, czy na wszystkich powierzchniach obrabianych odlewu są wystarczające naddatki obróbkowe. Z opisów patentowych PL216002 oraz PL216611 znane są szybsze metody oceny i przygotowania odlewu do obróbki z użyciem optycznego systemu skanującego, z którego uzyskuje się informację, czy na wszystkich powierzchniach obrabianych są wystarczające naddatki obróbkowe oraz jakie jest poprawne i optymalne położenie układu współrzędnych przedmiotu w odlewie. Obie te metody nie wskazują jednak, w jaki sposób przedmiot obrabiany ma być w przestrzeni obrabiarki ustawiony. Z opisu patentu PL219309 znany jest sposób określania układu współrzędnych przedmiotu obrabianego w odlewie, wymagający jednak wykonywania dodatkowej obróbki mechanicznej surowego odlewu, co komplikuje proces techniczny i podnosi jego koszt. Z opisu patentowego PL219310 znany jest sposób określania położenia układu współrzędnych przedmiotu obrabianego względem układu współrzędnych obrabiarki. Wymaga on jednak przeprowadzenia pomiaru geometrii odlewu w przestrzeni obróbkowej, co zwiększa koszt obróbki w wyniku wydłużenia czasu obciążenia maszyny. W praktyce przemysłowej stosuje się również metodę ustawiania półfabrykatu w przestrzeni obróbkowej w oparciu o sondę pomiarową, którą wyznacza się błąd ustawienia półfabrykatu i wymagane wartości korekcyjne. Metoda ta jest skuteczna i szybka, tym niemniej wiąże się z większym kosztem obróbki, ponieważ czynności przygotowawcze związane z pomiarem i ustawianiem półfabrykatu wykonuje się w przestrzeni obróbkowej, zatem ich koszt wynika z kosztu roboczogodziny obrabiarki. Z opisu patentowego PL196364 znane jest urządzenie do ustalania i/lub mocowania płaskich przedmiotów, stosowane do mocowania przewodów elektrycznych. Z opisu patentowego nr P.288070 znany jest sposób ustawiania przedmiotu wykonanego z materiału ferromagnetycznego przeznaczonego do obróbki na jednej z jego powierzchni płaskich za pomocą chwytaka elektromagnetycznego, przy czym według tego sposobu możliwe jest ustawianie do obróbki przedmiotu, który będzie miał płaską powierzchnię styku z płaszczyzną stołu, na którym ma być zamocowany. Z opisu patentowego PL184694 znany jest sposób ustawiania ciężkich przedmiotów, zwłaszcza korpusów turbin na płytach i urządzenie do stosowania tego sposobu. Sposób ten wymaga ręcznego przemieszczania ustawianego korpusu najpierw zgrubnie, a potem dokładnie w wymagane położenie i nie umożliwia uprzedniego nastawienia elementów ustalających dla danego korpusu. Z opisu patentowego PL210724 znana jest regulowana noga do ustawiania sprzętu, przy czym proces ustawiania długości tej nogi przebiega ręcznie według uznania operatora i nie jest możliwe obliczenie wymaganej długości tej nogi. Z opisu patentowego PL221838 znany jest przyrząd do ustawiania elementów przed spawaniem, składający się z zespołu stacjonarnego i przejezdnego, przy czym ustawi anie elementów z użyciem tego przyrządu wymaga, aby ustawiany element leżał na przyrządzie i nie ma możliwości ustawienia przyrządu w docelowej pozycji przed położeniem na nim elementu do spawania. W opisie patentowym nr P.400837 przedstawiono opis systemu ustawiania elementów w pionie oraz w zakresie odchyłki ± 5. System ten wymaga jednak stosowania urządzeń mierzących element w trakcie ustawiania. Z opisu patentowego PL221488 znany jest zestaw urządzeń do załadunku, ustawiania i mocowania przedmiotu obrabianego w przestrzeni roboczej obrabiarki CNC. Funkcją tych urządzeń jest uzyskanie ręcznego oraz zautomatyzowanego załadunku, ustawiania jak i mocowania drewnianego przedmiotu obrabianego w przestrzeni roboczej obrabiarki CNC, przy czym proces ustawiania przedmiotu obrabianego względem głowicy obróbczej odbywa się z użyciem trzpienia pozycjonującego umieszczonego na przyrządzie mocującym element obrabiany. Z opisu patentowego PL202410 znane jest urządzenie mocujące przedmiot obrabiany, przy czym wymaga się, żeby przedmiot ten miał regularny kształt.

Z opisu patentowego WO2017021999 znane jest urządzenie do ustawiania przedmiotu obrabianego, a z opisu patentowego EP3020506 znane jest urządzenie do ustalania narzędzia lub przedmiotu obrabianego, przy czym opisy te nie precyzują, w jaki sposób nastawiane jest położenie trzpieni ustalających. Z opisu patentowego CN204430807 znany jest sposób ustalania i mocowania części cylindrycznej z użyciem krzywki, a w opisie patentowym CN204321278 przedstawiono urządzenie do ustalania półfabrykatu w postaci walca, nie mają one jednak zastosowania do ustalania części o kształtach nieregularnych. W opisie patentowym CN203696551 przedstawiono urządzenie do szybkiego ustalania półfabrykatu w przestrzeni obrabiarki sterowanej numerycznie, przy czym proces ustalania oparty jest o linię traserską wykreśloną uprzednio na powierzchni półfabrykatu. Z opisu patentowego JP5537723 znany jest sposób orientowania oraz transportu półfabrykatów, a także urządzenie do orientowania oraz transportu półfabrykatów, które to urządzenie charakteryzuje się niskim hałasem oraz łatwością orientowania półfabrykatów wzdłuż linii prostej.

Istotą wynalazku jest sposób ustawiania półfabrykatu w przestrzeni obróbkowej lub w przyrządzie obróbkowym pozbawiony wad omówionych metod. Sposób ustawiania przedmiotu obrabianego, zwłaszcza o nieregularnych kształtach, w przyrządzie obróbkowym według wynalazku charakteryzuje się tym, że w modelu zaprojektowanym przedmiotu obrabianego MPO definiuje się układ współrzędnych UWmpo oraz nominalne punkty ustalające przedmiot obrabiany, następnie na podstawie pomiarów tworzony jest model przestrzenny rzeczywistego półfabrykatu MRz, który w przestrzeni wirtualnej orientuje się względem modelu zaprojektowanego MPO, a następnie definiowane są: rzeczywiste punkty ustalające jako rzuty nominalnych punktów ustalających na powierzchnie modelu MRz w kierunkach prostopadłych do powierzchni modelu MPO oraz płaszczyzny ustalające przyrząd w wzajemnie prostopadłych kierunkach. Przy czym definiuje się co najmniej: trzy punkty ustalające przedmiot w kierunku pionowym - osi Z układu UWmpo, dwa punkty ustalające przedmiot w jednym z poziomych kierunków oraz jeden punkt ustalający przedmiot w drugim kierunku poziomym. Ostatecznie oblicza się nastawy przyrządu obróbkowego jako długości trzpieni ustalających półfabrykat mierzone od płaszczyzn ustalających przyrząd do rzeczywistych punktów ustalających, na końcu ustala się i mocuje przedmiot obrabiany.

Korzystnym jest kiedy model przestrzenny rzeczywistego półfabrykatu MRz orientowany jest względem modelu zaprojektowanego przedmiotu obrabianego MPO poprzez możliwie dokładne dopasowanie nieobrabianych powierzchni obu modeli.

Sposób według wynalazku w przykładowej realizacji pokazano przy pomocy rysunku na którym fig. 1 pokazuje schemat zorientowania modelu rzeczywistego półfabrykatu MRz względem modelu zaprojektowanego przedmiotu MPO według przyjętych założeń, fig. 2 pokazuje schemat modelu zaprojektowanego przedmiotu obrabianego MPO ze zdefiniowanym układem współrzędnych UWmpo, a fig. 3 przedstawia schemat blokowy sposobu według wynalazku.

Ustawienie półfabrykatu w przestrzeni obróbkowej lub w przyrządzie obróbkowym w oparciu o porównanie dwóch przestrzennych modeli: zaprojektowanego modelu przedmiotu obrabianego MPO oraz rzeczywistego modelu odlewu/odkuwki MRz uzyskanego z użyciem współrzędnościowej techniki pomiarowej. W metodzie przyjmuje się założenie, że dostępny jest zaprojektowany model 3D przedmiotu obrabianego MPO (półfabrykatu), przy czym dopuszcza się również użycie zaprojektowanego modelu przedmiotu po obróbce, co wynika z faktu, że przeważnie w przedsiębiorstwach produkujących wyroby na bazie odlewów lub odkuwek, konstruktor projektuje korpus z powierzchniami obrobionymi, natomiast niezbędne naddatki obróbkowe, pochylenia technologiczne (odlewnicze lub kuźnicze), etc. są dodawane przez wytwórcę półfabrykatu (odlewnię lub kuźnię). W pierwszej kolejności należy utworzyć model przestrzenny rzeczywistego półfabrykatu MRz, który planuje się ustawić w przestrzeni obróbkowej lub przyrządzie obróbkowym. Korzystnie jest do tego celu użyć szybkiej, bezdotykowej techniki pomiarowej, np. skanera optycznego 3D. Model rzeczywistego półfabrykatu MRz należy zorientować względem modelu zaprojektowanego przedmiotu MPO według przyjętych wcześniej założeń, np. poprzez możliwie najdokładniejsze dopasowanie powierzchni surowych (niepodlegających obróbce), lub dopasowując trzy wzajemnie prostopadłe powierzchnie podlegające obróbce, uwzględniając przesunięcie pomiędzy nimi wynikające z naddatku obróbkowego (fig. 1). Do wzajemnej orientacji obu modeli można użyć dowolnego oprogramowania CAD. W modelu zaprojektowanego przedmiotu obrabianego MPO należy zdefiniować układ współrzędnych UWmpo, korzystnie jeśli będzie zgodny z układem ustawianym do obróbki na obrabiarce (fig. 2) oraz punkty ustalające przedmiot obrabiany w liczbie wynikającej z przyjętego sposobu ustalania, przy czym co najmniej: 3 punkty ustalające przedmiot w kierunku pionowym - osi Z układu UWmpo (Puzi, Puz2, Puz3), 2 punkty ustalające przedmiot w jednym z poziomych kierunków - np. Y (Puyi, Puy2) oraz jeden punkt ustalający przedmiot w drugim kierunku poziomym - np. X (Puxi). Z kolei konieczne jest zdefiniowanie punktów leżących na powierzchniach rzeczywistego półfabrykatu MRz poprzez rzutowanie punktów ustalających w kierunkach prostopadłych do powierzchni przedmiotu obrabianego. Następnie należy określić położenie płaszczyzny stołu obrabiarki PStO względem układu współrzędnych przedmiotu obrabianego UWmpo oraz położenie płaszczyzn ustalających przyrząd w przestrzeni obróbkowej PUx oraz PUy. Płaszczyzny ustalające przyrząd są zgodne z płaszczyznami układu współrzędnych obrabiarki. Odpowiednio PStO to płaszczyzna stołu obrabiarki (równoległa do płaszczyzny XY), PUy to płaszczyzna równoległa do płaszczyzny ZX przechodząca przez punkt ustalający Puy1, a PUx płaszczyzna równoległa do płaszczyzny ZY przechodząca przez punkt ustalają cy Pux1. Wymagane nastawy przyrządu obróbkowego obliczane są:

• w punktach ustalających przedmiot obrabiany w kierunku Z jako odległość od punktów leżących na powierzchniach rzeczywistego półfabrykatu do płaszczyzny stołu obrabiarki PStO, • w punktach ustalających przedmiot obrabiany w kierunku X jako odległość od punktów leżących na powierzchniach rzeczywistego półfabrykatu do płaszczyzny PUx ustalającej przyrząd w przestrzeni obróbkowej, • w punktach ustalających przedmiot obrabiany w kierunku Y jako odległość od punktów leżących na powierzchniach rzeczywistego półfabrykatu do płaszczyzny PUy ustalającej przyrząd w przestrzeni obróbkowej.

Przyrząd obróbkowy ustawiany jest w taki sposób, aby długość trzpieni ustalających ln odmierzana od płaszczyzny stołu obrabiarki PStO oraz płaszczyzn ustalających przyrząd w przestrzeni obróbkowej PUx oraz PUy odpowiadała obliczonym wartościom.

Sposób ustawiania półfabrykatów według wynalazku pozwoli na ich szybkie i jednoznaczne ustalenie, a przy tym zminimalizuje odkształcenia wynikające z przestalenia, gdy półfabrykat ustawiany jest na większej niż trzech liczbie podpór.

Claims (2)

1. Sposób ustawiania przedmiotu obrabianego, zwłaszcza o nieregularnych kształtach, w przyrządzie obróbkowym znamienny tym, że w modelu zaprojektowanym przedmiotu obrabianego MPO definiuje się układ współrzędnych UW mpo (1) oraz nominalne punkty ustalające przedmiot obrabiany (2), następnie na podstawie pomiarów tworzony jest model przestrzenny rzeczywistego półfabrykatu MRz (3), który w przestrzeni wirtualnej orientuje się względem modelu zaprojektowanego MPO (4), a następnie definiowane są: rzeczywiste punkty ustalające jako rzuty nominalnych punktów ustalających na powierzchnie modelu MRz w kierunkach prostopadłych do powierzchni modelu MPO (5) oraz płaszczyzny ustalające przyrząd w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach (6), przy czym definiuje się co najmniej: trzy punkty ustalające przedmiot w kierunku pionowym - osi Z układu UW mpo, dwa punkty ustalające przedmiot w jednym z poziomych kierunków oraz jeden punkt ustalający przedmiot w drugim kierunku poziomym, ostatecznie oblicza się nastawy przyrządu obróbkowego (7) jako długości trzpieni ustalających półfabrykat mierzone od płaszczyzn ustalających przyrząd do rzeczywistych punktów ustalających, na końcu ustala się i mocuje przedmiot obrabiany (8).

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że model przestrzenny rzeczywistego półfabrykatu MRz orientowany jest względem modelu zaprojektowanego przedmiotu obrabianego MPO poprzez możliwie dokładne dopasowanie nieobrabianych powierzchni obu modeli.