You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Cena 24 z∏ (w tym 5% VAT)<br />
PL ISSN 0033-2259<br />
INDEKS 245836<br />
<strong>10</strong>’14<br />
MIESI¢CZNIK NAUKOWO-TECHNICZNY<br />
rok za∏o˝enia 1935
Z KRAJU I ZE ÂWIATA<br />
24 projekty naukowe otrzymajà<br />
dofinansowanie w wysokoÊci<br />
77 mln z∏ od Narodowego Centrum<br />
Badaƒ i Rozwoju w pierwszym konkursie<br />
programu Gekon. Program<br />
Gekon – Generator Koncepcji Ekologicznych<br />
– to wspólna inicjatywa<br />
Narodowego Centrum Badaƒ<br />
i Rozwoju i Narodowego Funduszu<br />
Ochrony Ârodowiska i Gospodarki<br />
Wodnej. Finansowane sà w nim<br />
projekty innowacyjnych i ekologicznych<br />
technologii od koncepcji<br />
badawczej do ich wdro˝enia.<br />
WÊród nagrodzonych znalaz∏y si´<br />
m.in. inteligentne gniazdo energetyczne<br />
i projekt inteligentnego<br />
systemu sterowania oÊwietleniem<br />
ulicznym.<br />
Uczelnie wy˝sze, instytucje badawcze<br />
i firmy z bran˝y kosmicznej<br />
podpisa∏y umow´ powo∏ania<br />
Klastra In˝ynierii Kosmicznej i Satelitarnej<br />
na Wojskowej Akademii<br />
Technicznej. Umow´ zawar∏y<br />
m.in.: Narodowa Agencja Promocji<br />
Zaawansowanych Technologii<br />
w Warszawie, Wojskowa Akademia<br />
Techniczna, Centrum Badaƒ Kosmicznych<br />
PAN, Instytut Lotnictwa,<br />
Politechnika Warszawska, Politechnika<br />
¸ódzka, Uniwersytet Zielonogórski,<br />
Szko∏a Wy˝sza im. Paw∏a<br />
W∏odkowica, Uniwersytet Warszawski,<br />
P∏ocki Park Przemys∏owo-Technologiczny,<br />
a tak˝e firmy,<br />
w tym m.in. Wasko z Gliwic,<br />
Astronika z Warszawy, GEOTRO-<br />
NICS Polska z Krakowa czy Spacive<br />
z Warszawy. Klaster ma byç infrastrukturà<br />
badawczà dla biznesu<br />
i nauki. Na WAT ma zostaç uruchomiony<br />
nowy kierunek studiów<br />
– In˝ynieria Kosmiczna i Satelitarna.<br />
W Repozytorium Cyfrowym Instytutów<br />
Naukowych, dost´pnym<br />
na stronie www.rcin.org.pl, znajdujà<br />
si´ ksià˝ki, czasopisma, artyku∏y,<br />
stare druki, r´kopisy, archiwalia,<br />
kartoteki, mapy, fotografie,<br />
dokumenty dêwi´kowe wyselekcjonowane<br />
ze zbiorów polskich<br />
jednostek naukowo-badawczych.<br />
W sumie ponad 40 tys. publikacji<br />
elektronicznych. Od poczàtku<br />
istnienia Platformy RCIN, czyli<br />
20<strong>10</strong> roku, z jej zbiorów skorzysta∏o<br />
ponad 5 mln u˝ytkowników z ca-<br />
∏ego Êwiata, a tak˝e oko∏o 3 tysi´cy<br />
ró˝nych instytucji naukowych, zarówno<br />
polskich, jak i zagranicznych.<br />
Obecnie w bazie zarejestrowanych<br />
jest ponad 9 tys. u˝ytkowników.<br />
Podczas procesu digitalizacji<br />
zastosowano najnowoczeÊniejszy<br />
sprz´t skanujàcy, w tym<br />
skan-roboty, oprogramowanie do<br />
obróbki i publikowania materia-<br />
∏ów.<br />
Naukowcy z Instytutu Chemii<br />
Fizycznej PAN opracowali dwa<br />
nowe zwiàzki Êwiecàce, których<br />
wydajnoÊç Êwiecenia dochodzi do<br />
90 proc. Materia∏y skonstruowano<br />
przy u˝yciu utlenionych zwiàzków<br />
organicznych zawierajàcych wiàzanie<br />
fosfor-w´giel, zwane fosfinotlenkami,<br />
z jonem zwiàzku chemicznego<br />
– europu. Nowe materia∏y<br />
mogà byç wykorzystywane<br />
np. w wytwarzajàcych Êwiat∏o diodach<br />
OLED, elementach oÊwietlenia,<br />
takich jak tylne lampy pojazdów<br />
elektrycznych, lub w plastrach<br />
medycznych stosowanych w terapiach<br />
antynowotworowych; znajdujàce<br />
si´ w plastrach zwiàzki<br />
z kompleksami europu wytwarza∏yby<br />
Êwiat∏o o znanej d∏ugoÊci<br />
fali, które mog∏oby aktywowaç<br />
substancje czynne wprowadzone<br />
innymi metodami do chorych<br />
komórek skóry.<br />
System Eureka, wspomagajàcy<br />
wspó∏prac´ nauki i biznesu, który<br />
obejmuje ca∏e województwo ∏ódzkie,<br />
to jedyna taka platforma<br />
w Polsce. W ciàgu dwóch lat jego<br />
istnienia skatalogowano kilkanaÊcie<br />
tysi´cy patentów, 1,5 tys. urzàdzeƒ<br />
specjalistycznej aparatury<br />
naukowej, 40 tys. publikacji naukowych,<br />
nazwiska 50 tys. naukowców<br />
i 550 jednostek naukowych.<br />
System zosta∏ zaprojektowany tak,<br />
by automatycznie zbieraç dane<br />
zarówno o naukowcach, ich wynalazkach<br />
oraz prowadzonych<br />
badaniach, jak i przedsi´biorcach<br />
i ich firmach. Projekt wspó∏finansowany<br />
jest z pieni´dzy UE<br />
w ramach Europejskiego Funduszu<br />
Spo∏ecznego. Platforma<br />
dost´pna jest przez stron´<br />
www.systemeureka.com.<br />
Nast´pny zeszyt<br />
Diagnozowanie uk∏adów nap´dowych pojazdów<br />
oparte na analizie zjawisk nieliniowych<br />
– w artykule przedstawiono propozycj´ wykorzystania<br />
odpowiedzi nieliniowej badanych uk∏adów<br />
mechanicznych, widocznej w zarejestrowanych sygna∏ach<br />
przyspieszeƒ drgaƒ, do diagnostyki elementów<br />
uk∏adu przeniesienia nap´du pojazdów.<br />
Analiza propagacji energii wibroakustycznej elementem<br />
procesu konstruowania i eksploatacji<br />
– w artykule przedstawiono problematyk´ wykorzystania<br />
propagacji energii wibroakustycznej w procesie<br />
konstruowania i eksploatacji obiektów technicznych.<br />
Detekcja uszkodzeƒ mechanicznych zespo∏u nap´dowego<br />
pojazdu na podstawie modelu sygna∏u<br />
drgaƒ<br />
– w artykule przedstawiono propozycj´ modelowania<br />
sygna∏u drgaƒ zespo∏u nap´dowego pojazdu<br />
w taki sposób, aby by∏ skutecznym narz´dziem<br />
detekcji uszkodzeƒ mechanicznych. Zaproponowano<br />
równie˝ algorytm detekcji uszkodzeƒ.<br />
Wyznaczenie impedancji akustycznej z wykorzystaniem<br />
inwersji metody elementów brzegowych<br />
– celem przedstawionych badaƒ by∏a analiza w∏aÊciwoÊci<br />
akustycznych pomieszczeƒ typu przemys∏owego<br />
z zastosowaniem metody inwersji; szczególna<br />
uwaga zosta∏a zwrócona na ma∏e pomieszczenia<br />
przemys∏owe i zjawiska akustyczne zachodzàce<br />
w ma∏ych cz´stotliwoÊciach.<br />
Zastosowanie globalnego wskaênika jakoÊci akustycznej<br />
maszyn do optymalizacji lokalizacji maszyn<br />
i stanowisk pracy ze wzgl´du na zagro˝enie ha∏asem<br />
– w artykule przedstawiono wyniki pracy nad opracowaniem<br />
narz´dzia komputerowego umo˝liwiajàcego<br />
prognozowanie ha∏asu i optymalizacj´ lokalizacji<br />
maszyn i stanowisk pracy w pomieszczeniu<br />
przemys∏owym.<br />
Ekstrakcja sygna∏ów w wibrodiagnostyce pojazdów<br />
– w pracy przedstawiono nowe, autorskie podejÊcie<br />
do analizy informacji pochodzàcych z diagnostycznych<br />
systemów monitorujàcych sygna∏y przyspieszenia<br />
drgaƒ na przyk∏adzie pojazdów, przedmiotem<br />
badaƒ i eksperymentów by∏y uk∏ady stochastyczne<br />
o losowym przebiegu procesu i pomiaru<br />
oraz zak∏óceniach majàcych postaç szumów bia∏ych<br />
Gaussa.<br />
Diagnostyka ∏o˝ysk tocznych w pojazdach samochodowych<br />
z wykorzystaniem sygna∏ów drganiowych<br />
– w artykule przedstawiono wyniki badaƒ prowadzonych<br />
w celu okreÊlenia mo˝liwoÊci diagnozowania<br />
w´z∏ów ∏o˝yskowych kó∏ jezdnych pojazdów<br />
samochodowych metodami wibroakustycznymi,<br />
zaprezentowano metod´ okreÊlenia stanu ∏o˝ysk<br />
wykorzystujàcà sygna∏y przyspieszeƒ drgaƒ i ró˝ne<br />
miary amplitudowe.
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
ROZWIÑZANIA DLA BRAN˚Y MOTORYZACYJNEJ<br />
Firma Fronius International, specjalista<br />
w zakresie spawalnictwa,<br />
w Êcis∏ej wspó∏pracy z u˝ytkownikami<br />
z bran˝y samochodowej,<br />
kontynuuje rozwój kleszczy stosowanych<br />
w swoim systemie punktowego<br />
zgrzewania oporowego<br />
DeltaSpot. W drugiej generacji<br />
kleszczy ulepszono mo˝liwoÊç serwisowania<br />
oraz technologi´ ca∏ego<br />
systemu, co pozwala skróciç okresy<br />
przestoju produkcji u klientów.<br />
Dzi´ki temu, równolegle nast´puje<br />
tak˝e dalsze obni˝enie kosztów<br />
eksploatacji, co sprawia, ˝e ∏àczenie<br />
blach z metali lekkich mo˝e si´ teraz<br />
odbywaç przy zapewnieniu coraz<br />
wy˝szej jakoÊci za jeszcze ni˝szà<br />
cen´. Kleszcze wyró˝niajà si´ szczególnie<br />
odpornà konstrukcjà i prostà<br />
koncepcjà z∏àczy oraz konserwacji.<br />
Dzi´ki temu mo˝liwe jest wprowadzenie<br />
metody punktowego zgrzewania<br />
oporowego do produkcji wielkoseryjnej.<br />
U˝ytkownicy metody zgrzewania<br />
DeltaSpot b´dà mieli<br />
w przysz∏oÊci do dyspozycji<br />
generacj´ kleszczy, która<br />
w najdrobniejszym szczególe<br />
zosta∏a zaprojektowana do<br />
zastosowania w produkcji<br />
wielkoseryjnej (fot. Fronius<br />
International GmbH)<br />
DeltaSpot – innowacyjna metoda<br />
punktowego zgrzewania oporowego blach z metali lekkich<br />
G∏ównymi elementami kleszczy<br />
drugiej generacji sà nowo zaprojektowany<br />
korpus oraz gruntownie<br />
zmodyfikowane szcz´ki i silniki nap´dowe.<br />
Podczas gdy w poprzedniej<br />
generacji urzàdzenia podajàce<br />
taÊm´ do zgrzewania, regulacja<br />
uchwytu spawalniczego oraz serwoelektryczny<br />
nap´d g∏ówny by∏y<br />
zintegrowane w konstrukcji korpusu<br />
kleszczy, teraz znajdujà si´<br />
bezpoÊrednio na korpusie. Dzi´ki<br />
takiemu rozdzieleniu, in˝ynierowie<br />
z firmy Fronius uproÊcili konstrukcj´<br />
szcz´k i sprawili, ˝e jest jeszcze<br />
bardziej stabilna, co jest absolutnà<br />
koniecznoÊcià w przypadku punktowego<br />
zgrzewania aluminium. Ju˝<br />
w standardowej wersji kleszcze sà<br />
wyposa˝one w wydajny transformator<br />
MFDC pracujàcy z cz´stotliwoÊcià<br />
<strong>10</strong>00 Hz. Dzi´ki temu,<br />
podczas spawania system jest równie˝<br />
precyzyjnie regulowany przez<br />
ca∏y czas trwania procesu. Transformator<br />
i prostownik sà przesuni´te<br />
bli˝ej elektrod, co zmniejsza iloÊç<br />
strat na przewodach.<br />
W ramach modyfikacji uk∏adu<br />
mechanicznego, firma Fronius zaprojektowa∏a<br />
z∏àcza mi´dzy korpusem<br />
a szcz´kami w jeszcze bardziej<br />
modu∏owy sposób. Z tego wzgl´du,<br />
w przypadku indywidualnego dostosowania<br />
szcz´k do zadania ∏àczenia,<br />
wymagany jest mniejszy<br />
zakres prac konstrukcyjnych i mniejsze<br />
zu˝ycie materia∏u. Ponadto,<br />
mo˝na bardziej elastycznie kszta∏towaç<br />
geometri´ kleszczy i zakres<br />
rozwarcia szcz´k. Wyraênie szybsza<br />
jest te˝ r´czna naprawa i konserwacja<br />
nowych kleszczy: podzespo∏y,<br />
takie jak transformator, skrzynka<br />
sterujàca silnika, nap´dy taÊmy<br />
i nap´d g∏ówny, dysponujà po∏àczeniami<br />
wtykowymi wysokiej jakoÊci<br />
i w razie koniecznoÊci mo˝na je<br />
wymieniç w prosty sposób.<br />
Firma Fronius uproÊci∏a równie˝<br />
wymian´ taÊmy do zgrzewania, jednoczeÊnie<br />
nie zmieniajàc niczego<br />
w koncepcji metody spajania: metalowa<br />
taÊma o specjalnej pow∏oce,<br />
prowadzona mi´dzy dwiema<br />
elektrodami oraz elementem spawanym,<br />
chroni powierzchni´ elektrody<br />
przed zabrudzeniami. Po wykonaniu<br />
ka˝dej zgrzeiny punktowej<br />
przesuwa si´ ona do nast´pnej<br />
pozycji, przez co powierzchnia styku<br />
elektrody, inaczej ni˝ w przypadku<br />
konwencjonalnego punktowego<br />
zgrzewania oporowego, pozostaje<br />
zawsze czysta i dla ka˝dej zgrzeiny<br />
punktowej zapewniona jest identyczna<br />
sytuacja wyjÊciowa. Prowadzi<br />
to do znacznie mniejszego zabrudzenia<br />
elektrod i gwarantuje równomiernie<br />
wysokà jakoÊç zgrzeiny<br />
punktowej, bez koniecznoÊci czyszczenia<br />
elektrod skomplikowanymi<br />
frezami – nawet <strong>10</strong> 000 razy.<br />
Mechanizm taÊmy do zgrzewania<br />
zosta∏ zmodyfikowany na podstawie<br />
doÊwiadczeƒ zdobytych przy<br />
u˝ytkowaniu urzàdzeƒ DeltaSpot<br />
pierwszej generacji. W zwiàzku<br />
z tym, konstrukcja prowadzenia<br />
taÊmy jest jeszcze solidniejsza,<br />
a urzàdzenia podajàce zosta∏y zintegrowane<br />
w jednà, zwartà jednostk´.<br />
Ponadto, oprócz taÊmy do<br />
zgrzewania o szerokoÊci 12 mm,<br />
opcjonalnie mo˝na tak˝e zastosowaç<br />
warianty o szerokoÊci 16 mm.<br />
Takie dzia∏ania dodatkowo poszerzajà<br />
spektrum zastosowania<br />
DeltaSpot.<br />
Nap´dy kleszczy nowej generacji<br />
zosta∏y tak˝e wyposa˝one w hamulec<br />
pràdu spoczynkowego. Dla<br />
u˝ytkownika ma to mi´dzy innymi<br />
t´ zalet´, ˝e czasoch∏onny cykl referencyjny<br />
przestaje byç niezb´dny<br />
po automatycznej zmianie kleszczy<br />
i szybciej mo˝na wznowiç produkcj´.<br />
Dzi´ki tym nowinkom, u˝ytkownicy<br />
metody spawania DeltaSpot<br />
b´dà mieç w przysz∏oÊci do dyspozycji<br />
kleszcze, które w najdrobniejszych<br />
szczegó∏ach zosta∏y zaprojektowane<br />
do zastosowania w produkcji<br />
wielkoseryjnej. W po∏àczeniu<br />
z wyrafinowanym, graficznym sterowaniem<br />
Fronius Xplorer, stanowi to<br />
optymalnie zaprojektowane rozwiàzanie<br />
bezrozpryskowego punktowego<br />
zgrzewania oporowego metali<br />
lekkich, zapewniajàce równomiernie<br />
wysokà jakoÊç po∏àczeƒ.<br />
www.fronius.com<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
3
ROZWIÑZANIA DLA BRAN˚Y MOTORYZACYJNEJ<br />
Rozwiàzania umo˝liwiajàce zwi´kszenie<br />
zasi´gu samochodów elektrycznych<br />
Podczas prezentacji wyników<br />
europejskiego projektu badawczego<br />
OpEneR 17 i 18 lipca <strong>2014</strong> roku<br />
w hiszpaƒskim Vigo, partnerzy projektu<br />
przedstawili wspólnie opracowane<br />
strategie jazdy oraz uk∏ady<br />
wspomagajàce, które w znaczàcy<br />
sposób przyczynià si´ do zwi´kszenia<br />
efektywnoÊci i bezpieczeƒstwa<br />
przysz∏ych samochodów z nap´dem<br />
hybrydowym i elektrycznym.<br />
Wi´ksza efektywnoÊç utoruje<br />
samochodom elektrycznym i hybrydowym<br />
drog´ do upowszechnienia,<br />
poniewa˝ wyposa˝one w akumulatory<br />
standardowej wielkoÊci<br />
b´dà one oferowaç wi´kszy zasi´g<br />
jazdy. Konstruktorzy i badacze pracowali<br />
nad optymalizacjà elektrycznych<br />
uk∏adów przeniesienia<br />
nap´du, regeneracyjnych uk∏adów<br />
hamulcowych, systemów nawigacyjnych<br />
wraz z czujnikami, a tak˝e<br />
funkcji integrujàcych te elementy.<br />
Skonstruowane przez nich w pe∏ni<br />
sprawne pojazdy elektryczne mogà<br />
byç bardziej oszcz´dne w u˝ytkowaniu,<br />
co wykaza∏y testy w realnych<br />
warunkach drogowych.<br />
OpEneR to skrócona nazwa zainicjowanego<br />
w maju 2011 roku projektu<br />
„Optimal Energy consumption<br />
and Recovery based on a system<br />
network” („Optymalne wykorzystanie<br />
i odzyskiwanie energii na bazie<br />
sieci systemowej”). W ramach projektu<br />
wspó∏pracowali: austriacka<br />
spó∏ka AVL List GmbH zajmujàca<br />
si´ rozwojem uk∏adów nap´dowych,<br />
hiszpaƒski oÊrodek badawczy<br />
Centro Tecnológico de Automoción<br />
de Galicia (CTAG), oÊrodek badaƒ<br />
informatycznych z Karlsruhe FZI<br />
Forschungszentrum Informatik, drugi<br />
co do wielkoÊci producent samochodów<br />
w Europie – koncern<br />
PSA Peugeot Citroën oraz spó∏ki<br />
Robert Bosch GmbH i Robert<br />
Bosch Car Multimedia GmbH. Jako<br />
cz´Êç 7. Programu Ramowego Badaƒ<br />
i Rozwoju, projekt otrzyma∏<br />
wsparcie Wydzia∏u Sieci Komunikacyjnych,<br />
TreÊci i Technologii Komisji<br />
Europejskiej. 4,4 miliona euro<br />
bud˝etu ca∏kowitego w wysokoÊci<br />
7,74 miliona euro pochodzi∏o z dotacji.<br />
Kierownictwo nad projektem<br />
sprawowa∏a spó∏ka Robert Bosch.<br />
Jednym z zadaƒ projektu by∏o<br />
opracowanie funkcji Eco Routing,<br />
która przy obliczaniu optymalnej trasy<br />
przejazdu uwzgl´dnia∏aby uwarunkowania<br />
typowe dla samochodu<br />
elektrycznego. System nawigacyjny<br />
na bie˝àco uwzgl´dnia rzeczywiste<br />
zu˝ycie energii pojazdu. Jazdy próbne<br />
wykaza∏y, i˝ zu˝ycie energii przy<br />
wyd∏u˝eniu czasu podró˝y zaledwie<br />
o 14% mo˝na obni˝yç nawet o 30%.<br />
Wyjàtkowo efektywna energetycznie<br />
okaza∏a si´ krótkodystansowa jazda<br />
w ruchu miejskim.<br />
Rozwiàzania zwi´kszajàce<br />
efektywnoÊç jazdy<br />
Od dawna wiadomo, ˝e rozwa˝ny<br />
i odpowiedzialny styl jazdy to najlepsza<br />
metoda oszcz´dzania paliwa.<br />
Dlatego funkcja adaptacyjnej kontroli<br />
pr´dkoÊci i odleg∏oÊci (ACC)<br />
zosta∏a skonfigurowana pod wzgl´dem<br />
ekonomicznego stylu jazdy.<br />
Ulepszone dane nawigacyjne dostarczajà<br />
z kolei informacji o wzniesieniach<br />
i spadkach na trasie przejazdu<br />
oraz o ograniczeniach pr´dkoÊci,<br />
podczas gdy system komunikowania<br />
si´ pojazdu z infrastrukturà<br />
drogowà informuje o Êwiat-<br />
∏ach na skrzy˝owaniach lub przejÊciach.<br />
Dane te tworzà informacj´,<br />
która umo˝liwia dalszà optymalizacj´<br />
zarówno funkcji ACC, jak i funkcji<br />
jazdy z wy∏àczonym silnikiem.<br />
Ta ostatnia funkcja informuje kierowc´<br />
o mo˝liwoÊci ograniczenia<br />
pr´dkoÊci w zwiàzku ze zbli˝aniem<br />
si´ do terenu zabudowanego<br />
lub znaku ograniczenia pr´dkoÊci.<br />
OpEneR to skrócona nazwa zainicjowanego w maju 2011 roku projektu „Optimal<br />
Energy consumption and Recovery based on a system network” („Optymalne<br />
wykorzystanie i odzyskiwanie energii na bazie sieci systemowej”). W ramach projektu<br />
wspó∏pracowali ze sobà austriacka spó∏ka AVL List GmbH zajmujàca si´<br />
rozwojem uk∏adów nap´dowych, hiszpaƒski oÊrodek badawczy Centro Tecnológico<br />
de Automoción de Galicia (CTAG), oÊrodek badaƒ informatycznych z Karlsruhe FZI<br />
Forschungszentrum Informatik, drugi co do wielkoÊci producent samochodów<br />
w Europie koncern PSA Peugeot Citroën oraz spó∏ki Robert Bosch GmbH i Robert<br />
Bosch Car Multimedia GmbH (fot. Bosch)<br />
Skrzynia biegów automatycznie<br />
prze∏àcza si´ na bieg ja∏owy, optymalizujàc<br />
pr´dkoÊç pojazdu.<br />
W ramach tego zadania stworzono<br />
tak˝e intuicyjnà koncepcj´<br />
HMI oraz atrakcyjny kokpit z programowanym<br />
wyÊwietlaczem TFT,<br />
zapewniajàcym dobrà czytelnoÊç<br />
wa˝nych informacji. Dzi´ki ulepszonym<br />
danym nawigacyjnym obli-<br />
4 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
ROZWIÑZANIA DLA BRAN˚Y MOTORYZACYJNEJ<br />
czenie pozosta∏ego do pokonania<br />
dystansu pojazdu jest znacznie<br />
dok∏adniejsze i bardziej przejrzyste<br />
dla kierowcy.<br />
Inne, równie istotne zadanie polega∏o<br />
na optymalizacji wspó∏pracy<br />
pomi´dzy elektrycznym uk∏adem<br />
przeniesienia nap´du a regeneracyjnym<br />
uk∏adem hamulcowym.<br />
Aby umo˝liwiç odzysk jak najwi´kszej<br />
iloÊci energii, konstruktorzy<br />
wyposa˝yli dwa modele testowe<br />
Peugeot 3008 e-4WD w elektromechaniczny<br />
uk∏ad wspomagania<br />
si∏y hamowania Bosch iBooster<br />
oraz dostosowany do specyficznych<br />
potrzeb samochodów elektrycznych<br />
uk∏ad ESP.<br />
Koncepcja nap´dowa obejmuje<br />
jeden silnik elektryczny na ka˝dà<br />
oÊ, który s∏u˝y jako êród∏o nap´du<br />
oraz umo˝liwia odzyskiwanie<br />
energii. Wykorzystujàc t´ technologi´,<br />
partnerzy projektu stworzyli<br />
innowacyjne strategie regeneracji,<br />
takie jak regeneracyjny rozk∏ad si∏y<br />
hamowania dla przedniej i tylnej<br />
osi, który gwarantuje optymalnà<br />
skutecznoÊç rekuperacji i zapewnia<br />
pojazdowi stabilnoÊç.<br />
W procesie projektowania zespó∏<br />
korzysta∏ z zaawansowanych technik<br />
symulacji rozproszonej, w tym<br />
tak˝e realistycznych interakcji pomi´dzy<br />
pojazdem a otoczeniem.<br />
Jednolita koncepcja symulacji<br />
umo˝liwi∏a opracowanym i przetestowanym<br />
na symulatorach funkcjom<br />
szybkie przejÊcie do dalszej<br />
fazy rozwoju i walidacji na stanowisku<br />
do diagnostyki nap´dów AVL<br />
InMotion.<br />
Po integracji funkcji w obydwu<br />
modelach testowych przeprowadzono<br />
wiele jazd próbnych. Do pomiaru<br />
zwi´kszonej efektywnoÊci<br />
stosowano narz´dzia symulacyjne<br />
i stanowiska diagnostyczne opracowane<br />
przez AVL, Bosch oraz FZI.<br />
Testy w warunkach realnych przeprowadzono<br />
na prywatnych torach<br />
testowych Bosch i CTAG oraz na<br />
drodze publicznej z infrastrukturà<br />
zintegrowanà z samochodem CTAG.<br />
W porównaniu z typowym sportowym<br />
stylem jazdy nowe strategie<br />
prowadzenia pozwoli∏y na obni˝enie<br />
zu˝ycia energii o 27% do<br />
36% – w zale˝noÊci od ch´ci kierowcy<br />
do korzystania z zaleceƒ. Czas<br />
podró˝y wyd∏u˝y∏ si´ tylko o 8%<br />
do 21%. Oko∏o 5% oszcz´dnoÊci<br />
energii to zas∏uga inteligentnego<br />
rozdzia∏u momentu obrotowego<br />
pomi´dzy silnikami elektrycznymi<br />
przedniej i tylnej osi, który w ˝aden<br />
sposób nie wp∏ywa na czas<br />
podró˝y.<br />
www.bosch.pl<br />
ZAwheel – rozwiàzanie dla autobusów miejskich<br />
Fot. Ziehl-Abegg Automotive GmbH<br />
Bezprzek∏adniowy silnik elektryczny<br />
nap´dzajàcy bezpoÊrednio<br />
piast´ ko∏a – rozwiàzanie opracowane<br />
przez firm´ Ziehl-Abegg<br />
Automotive – mo˝e byç wykorzystywany<br />
w autobusach miejskich,<br />
autobusach na lotniskach, pojazdach<br />
komunalnych oraz w eksploatacji<br />
podziemnej. Modu∏ nap´du osiowego<br />
zosta∏ opracowany specjalnie<br />
do stosowania jako elektrycznie nap´dzana<br />
oÊ obni˝ona do autobusów<br />
miejskich, a w autobusach<br />
solowych mo˝e byç stosowany jako<br />
nap´d na tylnà oÊ, z kolei w autobusach<br />
przegubowych jako nap´d<br />
na tylnà oÊ i/lub nap´d na Êrodkowà<br />
oÊ. Koncepcja systemu osi obni-<br />
˝onej mo˝e byç stosowana zarówno<br />
w seryjnych autobusach hybrydowych,<br />
jak i w ca∏kowicie elektrycznych<br />
i jest zaplanowana dla autobusów<br />
z maksymalnym naciskiem<br />
na oÊ do 13 000 kg.<br />
Modu∏ nap´du osiowego sk∏ada<br />
si´ z obni˝onej ramy, silników nap´dzajàcych<br />
bezpoÊrednio piast´<br />
ko∏a ze zintegrowanà elektronikà<br />
i felgami, hamulcami, tarczami hamulcowymi,<br />
czujnikami temperatury,<br />
systemem zapobiegajàcym<br />
blokowaniu<br />
kó∏ podczas<br />
hamowania<br />
i tachometrem. Stosowanie<br />
ZAwheel<br />
pozwala na rezygnacj´<br />
ze stosowania<br />
wszystkich<br />
przek∏adni i eliminuje<br />
80% ruchomych<br />
cz´Êci w mechanizmie<br />
nap´dowym.<br />
Na ka˝dà oÊ<br />
przypada maksymalna moc nap´du<br />
364 kW i moc ciàg∏a 226 kW z ca∏kowitym<br />
wspó∏czynnikiem sprawnoÊci<br />
uk∏adu nap´dowego 90%<br />
(Battery to Wheel). Silniki nap´dzajàce<br />
bezpoÊrednio piast´ ko∏a<br />
mo˝na stosowaç do nap´du kó∏,<br />
a tak˝e jako generatory w wypadku<br />
hamowania regeneracyjnego<br />
(rekuperacja). Przestrzeƒ monta-<br />
˝owa i wymiary przy∏àczeƒ sà kompatybilne<br />
z powszechnie u˝ywanymi<br />
standardowymi osiami do autobusów<br />
niskopod∏ogowych, dzi´ki<br />
czemu unika si´ kosztownych adaptacji<br />
do podwozia autobusu. Ponadto<br />
producenci autobusów majà<br />
wi´kszà swobod´ w projektowaniu<br />
podwozia. Stàd wynikajà potencjalne<br />
ulepszenia pojazdu, jak np.<br />
szerszy Êlad pojazdu, wi´kszy odst´p<br />
mi´dzy spr´˝ynami oraz szersze<br />
przejÊcie Êrodkowe autobusu<br />
niskopod∏ogowego do 880 mm.<br />
Stosujàc nap´d bezpoÊredni piast<br />
ko∏a, mo˝na zrezygnowaç z przek∏adni<br />
i mechanizmu ró˝nicowego,<br />
które zu˝ywajà energi´. Zu˝ycie<br />
energii wynosi oko∏o 0,9 kWh/km.<br />
Ponadto ZAwheel zamienia z powrotem<br />
energi´ hamowania bezpo-<br />
Êrednio na pràd.<br />
Koncepcja elektrycznie nap´dzanej<br />
osi obni˝onej dla autobusów<br />
miejskich je˝d˝àcych w obr´bie<br />
miasta z du˝à liczbà przystanków<br />
jest rozwiàzaniem ekonomicznym,<br />
a tak˝e pomaga chroniç<br />
Êrodowisko.<br />
www.ziehl-abegg.com<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
5
ROZWIÑZANIA DLA BRAN˚Y MOTORYZACYJNEJ<br />
Specjalne ∏o˝yska<br />
dla dwusprz´g∏owych skrzyƒ biegów<br />
Nowoczesne dwusprz´g∏owe<br />
skrzynie biegów cieszà si´ obecnie<br />
du˝ym zainteresowaniem i sk∏aniajà<br />
przemys∏ motoryzacyjny do<br />
opracowywania nowych, bardziej<br />
wydajnych rozwiàzaƒ. Cz´sto nie<br />
ma wystarczajàco du˝o miejsca<br />
w obudowie skrzyni biegów, aby<br />
zamontowaç element zatrzaskujàcy<br />
do wide∏ek zmiany biegów. Dlatego<br />
Schaeffler oferuje zintegrowane<br />
rozwiàzanie, które nie zwi´ksza<br />
powierzchni zabudowy i zawiera<br />
wszystkie elementy prze∏àczajàce<br />
(rys. 1).<br />
Rys. 1. Dzi´ki nowemu ∏o˝ysku z elementem<br />
zatrzaskowym Schaeffler oferuje<br />
zintegrowane rozwiàzanie, które<br />
jest neutralne dla powierzchni zabudowy<br />
i zawiera wszystkie elementy prze∏àczajàce<br />
(fot. Schaeffler)<br />
„Dzi´ki nowemu ∏o˝ysku z elementem<br />
zatrzaskowym Schaeffler<br />
oferuje alternatywne rozwiàzanie<br />
dla prze∏àczania wide∏ek zmiany<br />
biegów w ograniczonej przestrzeni,<br />
która utrudnia zastosowanie konwencjonalnych<br />
rozwiàzaƒ. ¸o˝ysko<br />
z elementem zatrzaskowym rozszerza<br />
ofert´ produktowà firmy<br />
Schaeffler i umo˝liwia u˝ytkownikom<br />
wi´kszà dowolnoÊç podczas<br />
wyboru konkretnego typu skrzyni<br />
biegów”, wyjaÊnia Stanislav<br />
Massini, kierownik dzia∏u wst´pnego<br />
rozwoju i mechatroniki linii<br />
produkcyjnej systemów za∏àczajàcych<br />
w firmie Schaeffler. Dlatego<br />
nowe po∏àczenie funkcji prze∏àczajàcej<br />
z ∏o˝yskiem z tulejà obrotowà<br />
z mo˝liwoÊcià przesuwu (RLF)<br />
stanowi interesujàcà alternatyw´<br />
dla konstruktorów. ¸o˝yska z elementem<br />
zatrzaskowym mo˝na montowaç<br />
zarówno na zewnàtrz, jak<br />
i wewnàtrz skrzyni biegów. Elementy<br />
toczne w postaci kulek umieszczone<br />
zosta∏y w nieruchomym koszyku<br />
i zapewniajà redukcj´ tarcia<br />
w ∏o˝ysku. CienkoÊcienna tuleja<br />
wykonywana metodà g∏´bokiego<br />
t∏oczenia s∏u˝y jednoczeÊnie jako<br />
bie˝nia dla elementów tocznych.<br />
Zintegrowana spr´˝yna przejmuje<br />
funkcj´ blokowania i unieruchomienia<br />
drà˝ka zmiany biegów przez<br />
jego zablokowanie przy u˝yciu konturów<br />
umieszczonych po obu stronach<br />
drà˝ka. Dzi´ki wst´pnemu<br />
napi´ciu spr´˝yny wytwarzana jest<br />
wymagana si∏a przytrzymujàca,<br />
która mo˝e byç regulowana w zale˝noÊci<br />
od potrzeb.<br />
Nawet po 4 milionach cykli obcià˝eƒ,<br />
co równa si´ 2-krotnemu<br />
przewidzianemu cyklowi ˝ycia wide∏ek<br />
zmiany biegów, elementy<br />
nie wykazujà Êladów zu˝ycia. ¸o-<br />
˝ysko z elementem zatrzaskujàcym<br />
dzia∏a bez ˝adnych problemów.<br />
Przy czym histereza nowego ∏o˝yska<br />
z elementem zatrzaskujàcym<br />
odpowiada charakterystyce konwencjonalnego<br />
rozwiàzania – ∏o˝yska<br />
toczne, blokada kulkowa i elementy<br />
blokujàce – dzi´ki temu jest<br />
ono zauwa˝alnie lepsze od ∏o˝yska<br />
Êlizgowego.<br />
Rys. 2. Mo˝na dodatkowo zwi´kszyç poziom<br />
integracji przez wbudowanie czujników,<br />
które sprawdzajà po∏o˝enie wide∏ek<br />
zmiany biegów oraz mierzà czas<br />
prze∏àczania (fot. Schaeffler)<br />
Mo˝na dodatkowo zwi´kszyç poziom<br />
integracji przez wbudowanie<br />
czujników, które sprawdzajà po∏o-<br />
˝enie wide∏ek zmiany biegów oraz<br />
mierzà czas prze∏àczania (rys. 2).<br />
Pomiary majà miejsce bezpoÊrednio<br />
w ∏o˝ysku, co zapewnia ich<br />
wysokà liniowoÊç oraz dok∏adnoÊç.<br />
Zintegrowane z∏àcze mo˝e byç pod-<br />
∏àczone zarówno wewnàtrz, jak i na<br />
zewnàtrz skrzyni biegów. Zastosowanie<br />
∏o˝yska ze zintegrowanym<br />
czujnikiem jest zalecane szczególnie<br />
w zautomatyzowanych skrzyniach<br />
manualnych typu DCT i ASG.<br />
¸o˝ysko to znajduje si´ obecnie<br />
w fazie testów.<br />
www.schaeffler.pl<br />
Nowe funkcje dla samochodów<br />
z nap´dem hybrydowym i elektrycznym<br />
Elektryczny nap´d na cztery ko∏a i technologia Torque-Vectoring<br />
Elektryfikacja obni˝a zu˝ycie paliwa<br />
w samochodach hybrydowych,<br />
a w przypadku samochodów<br />
elektrycznych umo˝liwia tak˝e<br />
jazd´ bezemisyjnà. „ElektromobilnoÊç,<br />
rozumiana jako wykorzystywanie<br />
pojazdów elektrycznych<br />
do przemieszczania si´, to nie tylko<br />
emisje i koszty, ale tak˝e dynamika,<br />
moc i przyjemnoÊç z jazdy. ElektromobilnoÊç<br />
to tak˝e emocje, a nie<br />
wy∏àcznie czysta kalkulacja”, mówi<br />
dr Rolf Bulander, odpowiedzialny<br />
za technologie nap´dowe w spó∏ce<br />
Robert Bosch GmbH. Przedsi´biorstwo<br />
pracuje nad nap´dami<br />
elektrycznymi i hybrydowymi, które<br />
potrafià znacznie wi´cej, ni˝ tylko<br />
obni˝aç zu˝ycie paliwa. Dobrym<br />
przyk∏adem jest nowa funkcja<br />
Torque Vectoring, gdzie ka˝da z osi,<br />
a nawet ka˝de ko∏o jest nap´dzane<br />
przez osobny silnik.<br />
Indywidualny nap´d dla ka˝dej<br />
z osi Bosch wprowadzi∏ ju˝ do produkcji<br />
seryjnej wspólnie z koncernem<br />
PSA. W modelu Peugeot 3008<br />
6 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
ROZWIÑZANIA DLA BRAN˚Y MOTORYZACYJNEJ<br />
Hybrid4 silnik elektryczny nap´dza<br />
tylnà oÊ, a silnik spalinowy jest<br />
sprz´˝ony z przednià osià. Producent<br />
tego modelu samochodu hybrydowego<br />
z silnikiem Diesla oferuje<br />
funkcj´ nap´du na cztery ko∏a<br />
w standardzie. Konstrukcja nosi<br />
nazw´ Axle Split Hybrid (fot. 1, 2). W<br />
przysz∏oÊci mo˝liwe jest rozszerzenie<br />
zasady zindywidualizowanego<br />
nap´du dla ka˝dej z osi<br />
o kompaktowe silniki elektryczne,<br />
które sà ju˝ stosowane w pojazdach<br />
prototypowych przygotowywanych<br />
przez Boscha. G∏ównym elementem<br />
rozszerzonej funkcji o nazwie<br />
Torque Vectoring sà indywidualne<br />
dla ka˝dego ko∏a silniki elektryczne<br />
na przedniej osi. Silniki te<br />
sà ze sobà zintegrowane w taki<br />
sposób, ˝e umo˝liwiajà wyhamowywanie<br />
i przyspieszanie poszczególnych<br />
kó∏. W przysz∏oÊci funkcja<br />
taka mog∏aby znacznie poprawiç<br />
sterowalnoÊç samochodów sportowych<br />
przy pokonywaniu trudnych<br />
zakr´tów oraz u∏atwiç manewrowanie<br />
samochodami terenowymi<br />
na drogach nieutwardzonych.<br />
Tak˝e silniki czysto elektryczne<br />
mog∏yby zyskaç na dynamice, budzàc<br />
wi´ksze emocje kierowców.<br />
U˝ytkownik takiego samochodu,<br />
dzi´ki dodatkowemu momentowi<br />
obrotowemu, móg∏by ruszyç spod<br />
Êwiate∏ równie dynamicznie jak kierowca<br />
samochodu z silnikiem spalinowym<br />
du˝ej mocy. Dowodzi tego<br />
zaprojektowany przez firm´ Bosch<br />
silnik elektryczny SMG 180/120 stosowany<br />
w takich modelach samochodów,<br />
jak Smart for two electric<br />
drive lub Fiat 500e. W samochodach<br />
z nap´dem hybrydowym silnik<br />
elektryczny pe∏ni cz´sto funkcj´<br />
wspomagajàcà.<br />
Jednak tak˝e samo wspomaganie<br />
umo˝liwia popraw´ dynamiki<br />
jazdy, czego przyk∏adem jest Boost<br />
Recuperation System firmy Bosch.<br />
W nowym nap´dzie hybrydowym<br />
Fot. 1. Dodatkowe funkcje dla samochodów z nap´dem hybrydowym; Axle Split<br />
Hybrid – funkcja nap´du na cztery ko∏a: dwa silniki zapewniajà nap´d na cztery ko∏a<br />
(fot. Bosch)<br />
Fot. 2. Axle Split Hybrid: 1 – podwójny inwerter z przetwornicà DC/DC i sterownikiem<br />
nap´du hybrydowego, 2 – akumulator wysokonapi´ciowy, 3 – osobny silnik<br />
i generator (jednostka nap´dowa), 4 – osobny silnik i generator (generator wysokonapi´ciowy),<br />
5 – uk∏ad hamulcowy ESP ® z funkcjà odzysku energii (fot. Bosch)<br />
generator o napi´ciu 48 V wspomaga<br />
silnik spalinowy, który osiàga<br />
moment obrotowy 150 Nm. Jeszcze<br />
bardziej zaawansowane rozwiàzanie<br />
zapewnia wysokonapi´ciowa<br />
technologia hybrydowa Bosch,<br />
która zosta∏a zastosowana np.<br />
w modelu Porsche Panamera z nap´dem<br />
hybrydowym typu Plug-in,<br />
a która umo˝liwia tak˝e jazd´<br />
z nap´dem wy∏àcznie elektrycznym.<br />
Komponenty elektryczne wspomagajà<br />
dzia∏anie silnika spalinowego,<br />
gwarantujàc optymalne parametry<br />
pracy.<br />
Efekty elektryfikacji nap´du Bosch<br />
pokazuje na przyk∏adzie prototypów<br />
z kilkoma silnikami elektrycznymi<br />
na pok∏adzie, które oferujà<br />
indywidualne przyspieszenie dla<br />
ka˝dego z kó∏. Dzia∏anie takie zapewnia<br />
optymalne podniesienie<br />
momentu obrotowego, co znacznie<br />
poprawia dynamik´ pojazdu. RównoczeÊnie<br />
o po∏ow´ maleje zu˝ycie<br />
paliwa. „Redukujemy emisj´ CO 2<br />
i równoczeÊnie zwi´kszamy satysfakcj´<br />
kierowcy”, mówi dr Rolf<br />
Bulander. Sterowanie przyspieszeniem<br />
poszczególnych kó∏ sprawia,<br />
˝e samochód porusza si´ precyzyjnie<br />
jak po szynach.<br />
www.bosch.pl<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
7
Nowy system ∏àczników Parker EO-3 ® :<br />
szybszy monta˝ i bezpieczna eksploatacja<br />
w´˝y hydraulicznych<br />
Firma Parker Hannifin, wiodàcy dostawca technologii nap´dów i sterowania, od ponad 80 lat<br />
opracowuje wysokociÊnieniowe ∏àczniki hydrauliczne, ustanawiajàc w tej bran˝y standardy<br />
obowiàzujàce na ca∏ym Êwiecie. Z biegiem czasu zosta∏y wprowadzone nowe konstrukcje<br />
i materia∏y zwi´kszajàce wydajnoÊç, niezawodnoÊç i u∏atwiajàce monta˝ oryginalnych ∏àczników<br />
Ermeto. W przypadku nowoczesnych instalacji, przyczynà przecieków nie sà wi´c jak dotàd<br />
wady materia∏owe, ale niew∏aÊciwy monta˝. Rozwiàzaniem tych problemów jest zastosowanie<br />
nowego systemu ∏àczników EO-3 ® , których monta˝ jest wyjàtkowo szybki. Innowacyjna konstrukcja<br />
i zastosowane technologie sprawiajà, ˝e nowy system zapewnia wysoki poziom jakoÊci,<br />
bezpieczeƒstwa i ekonomii eksploatacji.<br />
Po∏àczenie sto˝kowe<br />
zapewnia szczelnoÊç instalacji<br />
W przypadku ∏àczników najwa˝niejszy jest prawid∏owy<br />
monta˝, gdy˝ wskutek przecieków majà<br />
miejsce przestoje, klienci sk∏adajà reklamacje, zachodzi<br />
koniecznoÊç dokonywania przeróbek i poprawek,<br />
powstajà sytuacje zagra˝ajàce Êrodowisku,<br />
a nawet mo˝e dochodziç do wypadków. Uwzgl´dniajàc<br />
powy˝sze aspekty, opracowany przez firm´<br />
Parker system ∏àczników EO-3 ® wyznacza zupe∏nie<br />
nowe standardy.<br />
¸àczniki EO-3 ® zapewniajà ∏atwiejszy, szybszy<br />
i bezpieczniejszy monta˝, co jest mo˝liwe dzi´ki zastosowaniu<br />
nowej technologii po∏àczeƒ gwintowych.<br />
W porównaniu ze starszymi ∏àcznikami (zgodnymi<br />
z normà DIN), system EO-3 ® zosta∏ oparty na<br />
24-stopniowym wewn´trznym sto˝ku z wewn´trznym<br />
uszczelnieniem mi´kkim oraz gwintem sto˝kowym.<br />
Pierwszy na Êwiecie, unikatowy system ∏àczników<br />
EO-3 ® pozwala kontrolowaç poprawnoÊç<br />
monta˝u od zewnàtrz. Dzi´ki pierÊcieniowi z ˝ó∏tym<br />
znacznikiem monter mo˝e natychmiast ustaliç, czy<br />
po∏àczenie zosta∏o wykonane prawid∏owo.<br />
Monta˝ ∏àczników EO-3 ® jest szybszy ni˝ monta˝<br />
standardowych systemów tego typu dost´pnych<br />
na rynku. Nie wymaga on korzystania z klucza<br />
dynamometrycznego i przed∏u˝ek – wystarczy<br />
zwyk∏y klucz p∏aski. Zastosowanie nakr´tki oÊmiokàtnej<br />
(zamiast standardowej szeÊciokàtnej) do rur<br />
o Êrednicy 25 mm i wi´kszej u∏atwia monta˝. OÊmiokàtna<br />
nakr´tka przykr´cana kluczem p∏askim zapewnia<br />
∏atwy dost´p w przypadku ograniczonej<br />
przestrzeni monta˝owej. Monta˝ jest szybszy dzi´ki<br />
temu, ˝e nie ma koniecznoÊci cz´stej zmiany po-<br />
∏o˝enia klucza.<br />
Wykorzystanie sprawdzonej technologii<br />
formowania do ∏àczenia rur<br />
System ∏àczników EO-3 ® firmy Parker wyznacza nowe standardy<br />
W przypadku nowych po∏àczeƒ skr´canych, Parker<br />
stosuje urzàdzenie do sp´czania EO, które jest<br />
ju˝ dost´pne na rynku. Za pomocà urzàdzeƒ u˝y-<br />
8 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
¸àczniki EO-3 ® zapewniajà<br />
∏atwiejszy, szybszy i bezpieczniejszy<br />
monta˝, co<br />
jest mo˝liwe dzi´ki zastosowaniu<br />
nowej technologii<br />
po∏àczeƒ gwintowych<br />
wanych dotychczas do produkcji na przyk∏ad ∏àczników<br />
rurowych EO-2, u˝ytkownicy mogà te˝ tworzyç<br />
∏àczniki EO-3 ® , co pozwala znacznie obni˝yç<br />
koszty. Wymaga to tylko zastosowania odpowiednich<br />
matryc EO-3 ® .<br />
KompatybilnoÊç<br />
i elastycznoÊç zastosowaƒ<br />
W wielu zastosowaniach zachodzi koniecznoÊç<br />
∏àczenia nie tylko sztywnych rur, ale i elastycznych<br />
w´˝y. System ∏àczników EO-3 ® sprawdza si´ w obu<br />
tych przypadkach. Wspó∏praca z istniejàcymi ∏àcznikami<br />
EO-2 jest mo˝liwa po zastosowaniu specjalnego<br />
adaptera. Oznacza to, ˝e „stare” ∏àczniki<br />
mo˝na zmodernizowaç do poziomu systemu EO-3 ®<br />
praktycznie bez dodatkowych kosztów. Nowy system<br />
∏àczników zapewnia czterokrotnie wy˝szy poziom<br />
bezpieczeƒstwa i pozwala zrezygnowaç z popularnych<br />
dotychczas serii LL, L i S. Z kilkoma<br />
zaledwie wyjàtkami, jednostopniowe ciÊnienie<br />
420 barów obowiàzuje dla rur o wszystkich przekrojach.<br />
Mo˝na odpowiednio dobraç materia∏y elastomerowe<br />
z uwzgl´dnieniem przep∏ywajàcego medium<br />
i okreÊlonego zastosowania.<br />
Najwa˝niejsze zalety nowego rozwiàzania<br />
PierÊcieƒ wskazujàcy poprawnoÊç monta˝u<br />
Szybkie wykonanie czynnoÊci przedinstalacyjnych<br />
Wi´ksze bezpieczeƒstwo monta˝u dzi´ki mniejszemu<br />
wydatkowi energii<br />
Idealne rozwiàzanie w przypadku monta˝u<br />
w ciasnych przestrzeniach<br />
Skrócenie czasu potrzebnego na monta˝<br />
PierÊcieƒ z paskiem sygnalizacyjnym u∏atwia<br />
monterowi kontrol´ po∏àczenia<br />
Mi´kkie uszczelnienie zintegrowane wewnàtrz<br />
sto˝ka zwi´ksza szczelnoÊç – nawet w przypadku<br />
zastosowaƒ dynamicznych<br />
Dodatkowe bezpieczeƒstwo dzi´ki elastomerom<br />
umieszczonym w korpusie ∏àcznika<br />
Kompaktowe wymiary u∏atwiajà dost´p w przypadku<br />
ograniczonego miejsca do monta˝u<br />
System ∏àczników Parker EO-3 ® mo˝na wykorzystywaç<br />
w:<br />
Po∏àczeniach sztywnych rur i w´˝y<br />
Po∏àczeniach rur o Êrednicy zewn´trznej od 6 do<br />
42 mm<br />
Temperaturach od -40°C do +120°C<br />
Wi´cej informacji mo˝na uzyskaç na stronie www.parker.com<br />
lub u przedstawicieli Parkera<br />
Zapraszamy do odwiedzenia nas na Targach HaPeS w Katowicach – stoisko nr 22, hala 3<br />
Parker Hannifin Sales Poland Sp. z o.o.<br />
ul. Równoleg∏a 8, 02-235 Warszawa<br />
tel. 22 573 24 00, fax 22 573 24 03<br />
e-mail: warszawa@parker.com<br />
www.parker.com, www.parker.pl<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
9
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
Szybkie, bezpieczne i ciche:<br />
igus rozszerza system rolkowych e-prowadników serii P4<br />
Rolki zapewniajà bardzo ma∏e tarcie i du˝à wydajnoÊç energetycznà<br />
na d∏ugich przesuwach<br />
Firma igus, specjalista od rozwiàzaƒ polimerowych, rozszerzy∏a swojà gam´ systemu<br />
rolkowych e-prowadników serii P4, oferujàc rynny prowadzàce do serii P4.80. Dzi´ki<br />
temu dost´pna jest teraz kompletna gama rynien prowadzàcych do wszystkich<br />
e-prowadników serii P4 dost´pnych z magazynu. W po∏àczeniu ze specjalnà konstrukcjà<br />
system P4 mo˝e realizowaç zasilanie na przesuwach 800 metrów i wi´cej w bardzo<br />
wydajny sposób.<br />
D∏ugie przesuwy, du˝a dynamika i waga wype∏nienia<br />
sà ogromnie wa˝ne nie tylko w przypadku<br />
systemów suwnic i doprowadzenia zasilania.<br />
Pr´dkoÊç i przyspieszenie sà istotne równie˝<br />
w innych sektorach, takich jak na przyk∏ad przemys∏<br />
motoryzacyjny. Z tego wzgl´du, firma igus<br />
rozwin´∏a innowacyjny system prowadników<br />
rolkowych, który w bezpieczny i niezawodny sposób<br />
dostarcza energi´ i dane do setek systemów<br />
suwnicowych i transportu materia∏ów od<br />
ponad 15 lat. Rolki wykonane ze specjalnych<br />
trybopolimerów zapewniajà praktycznie bezobs∏ugowà<br />
prac´, znacznie redukujà tarcie i zu˝ycie,<br />
zwi´kszajàc tym samym ˝ywotnoÊç systemu.<br />
Poniewa˝ wspó∏czynnik tarcia systemu ze zintegrowanymi<br />
rolkami jest o 75 procent mniejszy<br />
w porównaniu z normalnymi elementami Êlizgowymi,<br />
energia potrzebna do jego zasilania jest<br />
nawet o 57 procent mniejsza.<br />
Wysokie pr´dkoÊci,<br />
d∏ugie przesuwy<br />
System e-prowadników rolkowych ciàgle si´<br />
rozwija. System P4 jest zaprojektowany przede<br />
wszystkim do d∏ugich przesuwów o dystansie<br />
do 800 m, du˝ych pr´dkoÊci pracy ponad <strong>10</strong> m/s<br />
i du˝ych wag wype∏nienia do 50 kg/m. Rolki<br />
biegu górnego e-prowadnika nie poruszajà si´<br />
po rolkach biegu dolnego, lecz sà umiejscowione<br />
w taki sposób, ˝e pracujà obok siebie w specjalnie<br />
wy˝∏obionych rowkach. Ponadto, sà wsparte<br />
przez rowki autoglide, które utrzymujà prac´<br />
W systemie P4, rolki biegu górnego (zaznaczone na zielono) nie Êlizgajà si´ po rolkach biegu dolnego, ale sà umiejscowione tak,<br />
aby Êlizga∏y si´ obok siebie, a ich prawid∏owy ruch jest wspierany przez rowki autoglide (równie˝ zaznaczone na zielono);<br />
wspó∏czynnik tarcia podczas pracy jest zmniejszony o 75 procent w porównaniu z tarciem Êlizgowym, co umo˝liwia oszcz´dnoÊç<br />
energii potrzebnej do zasilania e-prowadnika do 57 procent (èród∏o: igus GmbH)<br />
<strong>10</strong> ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
e-prowadnika w linii prostej. Ma∏a d∏ugoÊç i jednolity<br />
rozmiar ogniw prowadnika – z i bez rolek – powoduje,<br />
˝e pracuje on g∏adko i cicho. ¸aƒcuch jest równie˝<br />
tak skonstruowany, aby zaoferowaç szerokà, ciàg∏à<br />
powierzchni´ do pracy rolek. Rynny prowadzàce równie˝<br />
pomagajà w bezpiecznej i niezawodnej pracy<br />
e-prowadnika. Wk∏adki Êlizgowe zintegrowane w ogniwach<br />
bocznych zapewniajà d∏ugà ˝ywotnoÊç w kontakcie<br />
z rynnami prowadzàcymi.<br />
Wytrzyma∏e<br />
i stabilne<br />
Osiàgni´cie wyjàtkowej stabilnoÊci przy wysokich<br />
pr´dkoÊciach i przyspieszeniach to jeden z celów systemu<br />
P4 od igus. Ogniwa e-prowadnika majà podwójny<br />
„system zderzakowy” oraz bardzo ma∏e granice tolerancji,<br />
co umo˝liwia prac´ przy du˝ych przyspieszeniach.<br />
Du˝e po∏àczenia otwór-trzpieƒ w ogniwach bocznych<br />
równie˝ zapewniajà stabilnoÊç systemu tak samo jak<br />
konstrukcja „j´zyka i rowka”, która sczepia ogniwa ze<br />
sobà. e-prowadniki rolkowe P4 oferowane sà w bogatej<br />
gamie szerokoÊci wewn´trznych od <strong>10</strong>0 do 400 milimetrów<br />
oraz wysokoÊciach wewn´trznych odpowiednio<br />
32, 42, 56 i 80 milimetrów. Trzy ró˝ne promienie<br />
gi´cia do ka˝dego typu e-prowadnika zapewniajà<br />
elastycznoÊç w dostosowaniu minimalnego wymaganego<br />
promienia gi´cia przewodu. ¸adownoÊç rolkowego<br />
e-prowadnika mo˝e byç zwi´kszona przez zastosowanie<br />
ogniw poszerzajàcych w celu zbudowania wi´kszego<br />
systemu. Ka˝de ogniwo poszerzajàce mo˝e przenosiç<br />
o 50 procent wi´ksze obcià˝enie, zwi´kszajàc tym<br />
samym ca∏kowità wydajnoÊç rozwiàzania. Podwójny<br />
zacisk na poprzeczce, która nadal mo˝e byç szybko<br />
i ∏atwo otwarta za pomocà Êrubokr´ta, bezpiecznie<br />
trzyma w´˝e i przewody w e-prowadniku, nawet w przypadku<br />
ich du˝ej wagi.<br />
Wszystko<br />
z jednego êród∏a<br />
System P4 jest oferowany przez igus jako rozwiàzanie<br />
modu∏owe z jednego êród∏a. W postaci readychain,<br />
e-prowadnik rolkowy mo˝e byç dostarczony jako ca∏kowicie<br />
skonfekcjonowany z przewodami, wtyczkami<br />
i komponentami interfejsu, takimi jak rami´ p∏ywajàce<br />
oraz elektroniczny system monitorowania stanu prowadnika.<br />
Wszystko jest dostarczone w formie gotowej<br />
do instalacji razem z rynnami prowadzàcymi. Przed<br />
wyborem odpowiedniego rolkowego systemu zasilania,<br />
specjaliÊci do spraw systemów instalacyjnych od igus<br />
projektujà ca∏y system razem z rysunkami i schematami.<br />
Indywidualne wymagania systemowe mogà byç w pe∏ni<br />
spe∏nione dzi´ki bezpoÊredniej pracy z klientem.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
11
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
Zrównowa˝enie wp∏ywu g∏ównych czynników<br />
na obróbk´ skrawaniem stali nierdzewnej<br />
Stal nierdzewna jest uniwersalnym materia∏em, szeroko wykorzystywanym tam, gdzie wa˝ne sà takie<br />
w∏aÊciwoÊci, jak wytrzyma∏oÊç, odpornoÊç cieplna i odpornoÊç na korozj´. Jednak˝e te same w∏aÊciwoÊci,<br />
które sprawiajà, ˝e stale nierdzewne sà wyjàtkowymi materia∏ami konstrukcyjnymi, stanowià utrudnienie<br />
w procesach stosowanych do ich obróbki w celu uzyskania u˝ytecznych elementów. Starannie dobrane<br />
po∏àczenie w∏aÊciwoÊci i geometrii narz´dzia skrawajàcego (czyli równowaga mi´dzy tymi czynnikami)<br />
oraz stosowanie agresywnych parametrów skrawania mo˝e znacznie zwi´kszyç wydajnoÊç operacji obróbki<br />
skrawaniem stali nierdzewnych.<br />
Starannie dobrane po∏àczenie w∏aÊciwoÊci<br />
i geometrii narz´dzia skrawajàcego<br />
(czyli równowaga mi´dzy tymi<br />
czynnikami) oraz stosowanie agresywnych<br />
parametrów skrawania mo˝e<br />
znacznie zwi´kszyç wydajnoÊç operacji<br />
obróbki skrawaniem stali nierdzewnych<br />
austenityczne. Obecnie sà one<br />
szeroko stosowane w przemyÊle<br />
wsz´dzie tam, gdzie potrzebna jest<br />
wytrzyma∏oÊç, odpornoÊç cieplna<br />
i odpornoÊç na korozj´. Stopy sà<br />
zwykle stosowane w procesach<br />
petrochemicznych, w przemyÊle<br />
spo˝ywczym, którego normy higieniczne<br />
wymagajà odpornoÊci na<br />
korozj´, oraz do produkcji maszyn<br />
ogólnego zastosowania przeznaczonych<br />
do pracy w trudnych warunkach.<br />
odpornoÊci na odkszta∏cenia plastyczne<br />
i popraw´ w∏aÊciwoÊci cieplnych,<br />
co skutkuje pogorszeniem<br />
obrabialnoÊci.<br />
„Zrozumienie” stopów<br />
Do niedawna obróbka skrawaniem<br />
nierdzewnych stali austenitycznych<br />
nie by∏a dobrze rozumiana.<br />
Przyjmowano za∏o˝enie, ˝e<br />
bardziej wytrzyma∏e stopy wymagajà<br />
wy˝szych si∏ skrawania,<br />
Ewolucja stopów<br />
Podstawowe gatunki stali nierdzewnych<br />
dzielà si´ na dwie kategorie:<br />
ferrytyczne i martenzytyczne.<br />
Stopy ferrytyczne zawierajà<br />
<strong>10</strong> – 12% chromu i nie sà utwardzalne<br />
(hartowne). Stopy martenzytyczne<br />
zawierajà wi´cej chromu<br />
i w´gla ni˝ ferrytyczne stale nierdzewne,<br />
a tak˝e dodatek manganu<br />
i krzemu. Stopy te mo˝na hartowaç<br />
przez obróbk´ cieplnà. Obecnie<br />
ferrytyczne i martenzytyczne stale<br />
nierdzewne nie sà szeroko stosowane<br />
w przemyÊle. U˝ywa si´ ich<br />
raczej do produkcji artyku∏ów gospodarstwa<br />
domowego – sprz´tu<br />
kuchennego lub narz´dzi ogrodowych.<br />
Zastosowanie stali nierdzewnych<br />
przechodzi∏o ewolucj´. Stopy by∏y<br />
cz´sto stosowane w przypadkach<br />
wymagajàcych wytrzyma∏oÊci mechanicznej,<br />
a tak˝e odpornoÊci na<br />
korozj´. W celu zwi´kszenia wytrzyma∏oÊci<br />
stopów metalurdzy dodali<br />
do nich nikiel. Stopy ˝elazo-<br />
-chromowe sta∏y si´ stopami ˝elazo-<br />
-chromo-niklowymi. Materia∏y te sà<br />
okreÊlane jako nierdzewne stale<br />
Ulepszanie w∏asnoÊci stopu, np.<br />
stali nierdzewnej, zwi´ksza wymagania<br />
dotyczàce jego obróbki.<br />
OdpornoÊç na korozj´ ferrytycznych<br />
i martenzytycznych stali nierdzewnych<br />
nale˝y zasadniczo do<br />
w∏aÊciwoÊci chemicznych i dlatego<br />
te stopy nie sà wiele trudniejsze<br />
w obróbce od stali zwyk∏ych.<br />
Jednak dodatki niklu i innych<br />
pierwiastków w nierdzewnych stalach<br />
austenitycznych powodujà<br />
zwi´kszenie twardoÊci, ciàgliwoÊci,<br />
a w zwiàzku z tym, stosowania<br />
mocniejszych narz´dzi o ujemnej<br />
geometrii oraz obni˝onych parametrów<br />
obróbki. Jednak takie podejÊcie<br />
skutkowa∏o mniejszà trwa-<br />
∏oÊcià narz´dzi, d∏ugimi wiórami,<br />
cz´stymi zadziorami, niezadowalajàcà<br />
chropowatoÊcià powierzchni<br />
i niepo˝àdanymi drganiami.<br />
W rzeczywistoÊci si∏y skrawania<br />
wyst´pujàce przy skrawaniu<br />
nierdzewnej stali austenitycznej nie<br />
sà o wiele wy˝sze od tych, które<br />
12 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
wyst´pujà przy obróbce stali tradycyjnych.<br />
Wi´kszoÊç dodatkowej<br />
energii wymaganej do obróbki<br />
nierdzewnych stali austenitycznych<br />
wynika z ich w∏aÊciwoÊci<br />
cieplnych. Skrawanie metali jest<br />
procesem odkszta∏cania. W czasie<br />
obróbki skrawaniem odpornej na<br />
odkszta∏cenia nierdzewnej stali<br />
austenitycznej powstaje nadmiar<br />
ciep∏a.<br />
Odprowadzenie tego ciep∏a ze<br />
strefy skrawania ma podstawowe<br />
znaczenie. Niestety, nierdzewna<br />
stal austenityczna, oprócz odpornoÊci<br />
na odkszta∏cenie, cechuje<br />
si´ tak˝e niskà przewodnoÊcià cieplnà.<br />
Wióry powstajàce podczas<br />
obróbki skrawaniem zwyk∏ej stali<br />
poch∏aniajà i odprowadzajà ciep∏o.<br />
Natomiast wióry nierdzewnej stali<br />
austenitycznej poch∏aniajà ciep∏o<br />
tylko w ograniczonym zakresie.<br />
Sam element obrabiany ma niskà<br />
przewodnoÊç cieplnà, wi´c nadmiar<br />
ciep∏a jest poch∏aniany przez<br />
narz´dzie skrawajàce, co prowadzi<br />
do obni˝enia jego trwa∏oÊci.<br />
Aby uzyskaç twardoÊç na goràco,<br />
wytrzymujàcà podwy˝szone temperatury<br />
wyst´pujàce przy obróbce<br />
skrawaniem stali nierdzewnej,<br />
producenci narz´dzi opracowali<br />
substraty w´glikowe. Co najmniej<br />
takie samo znaczenie jak sk∏ad<br />
substratu ma ostroÊç kraw´dzi<br />
skrawajàcej narz´dzia. Ostrzejsze<br />
narz´dzie przecina stal nierdzewnà<br />
z mniejszym odkszta∏ceniem,<br />
przez co ogranicza wytwarzanie<br />
ciep∏a.<br />
Agresywne parametry<br />
skrawania<br />
Najskuteczniejszym sposobem<br />
odprowadzenia ciep∏a ze strefy<br />
skrawania przy obróbce stali nierdzewnej<br />
jest zastosowanie najwi´kszych<br />
mo˝liwych g∏´bokoÊci<br />
skrawania i pr´dkoÊci posuwu.<br />
Celem jest zmaksymalizowanie<br />
iloÊci ciep∏a odprowadzanej przez<br />
wiór. Niska przewodnoÊç cieplna<br />
stali nierdzewnej ogranicza iloÊç<br />
ciep∏a, jakà mo˝e poch∏onàç ka˝dy<br />
milimetr szeÊcienny materia∏u<br />
wióra, wi´c wytwarzanie wiórów<br />
o wi´kszej obj´toÊci powoduje odprowadzanie<br />
wi´kszej iloÊci ciep∏a.<br />
Zastosowanie wi´kszej g∏´bokoÊci<br />
skrawania spowoduje równie˝<br />
zmniejszenie liczby przejÊç wymaganych<br />
do wyprodukowania elementu.<br />
Jest to bardzo wa˝ne,<br />
poniewa˝ nierdzewna stal austenityczna<br />
przejawia sk∏onnoÊci do<br />
umacniania przez zgniot.<br />
Istniejà praktyczne ograniczenia<br />
dla tego agresywnego sposobu<br />
obróbki skrawaniem. Przyk∏adowo,<br />
wymagania dotyczàce<br />
g∏adkoÊci powierzchni ograniczajà<br />
maksymalnà pr´dkoÊç posuwu.<br />
Dost´pna moc obrabiarki oraz<br />
wytrzyma∏oÊç narz´dzia skrawajàcego<br />
i elementu obrabianego<br />
równie˝ narzucajà ograniczenia<br />
agresywnoÊci stosowanych parametrów.<br />
Strategie<br />
stosowania ch∏odziwa<br />
Problemy wynikajàce z w∏aÊciwoÊci<br />
cieplnych nierdzewnych<br />
stali austenitycznych sugerujà,<br />
˝e zastosowanie ch∏odziwa prawie<br />
zawsze ma zasadnicze znaczenie<br />
dla powodzenia obróbki<br />
tych stali. Ch∏odziwo musi mieç<br />
wysokà jakoÊç i zawieraç co najmniej<br />
osiem lub dziewi´ç procent<br />
oleju w emulsji wodno-olejowej.<br />
Dla porównania w wielu operacjach<br />
obróbki skrawaniem emulsja<br />
zawiera zwykle trzy lub cztery<br />
procent oleju.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
13
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
Równie wa˝ny jest sposób u˝ycia<br />
ch∏odziwa. Im wy˝sze jest<br />
ciÊnienie, pod którym ch∏odziwo<br />
jest dostarczane do strefy skrawania,<br />
tym skuteczniej spe∏nia<br />
ono swojà funkcj´. Jeszcze skuteczniejsze<br />
sà specjalne systemy,<br />
np. Seco Jetstream Tooling ® , który<br />
doprowadza strumieƒ ch∏odziwa<br />
pod wysokim ciÊnieniem bezpo-<br />
Êrednio do strefy skrawania.<br />
Pow∏oki na narz´dziach<br />
a proces zu˝ycia<br />
Twarda pow∏oka osadzona na<br />
pod∏o˝u narz´dzia zwi´ksza jego<br />
twardoÊç na goràco i podwy˝sza<br />
trwa∏oÊç w Êrodowiskach o wysokiej<br />
temperaturze. Jednak pow∏oka<br />
musi byç wystarczajàco gruba,<br />
aby izolowaç pod∏o˝e narz´dzia<br />
od ciep∏a, a gruba pow∏oka nie<br />
przywiera dobrze do narz´dzia<br />
o ostrej geometrii. Producenci narz´dzi<br />
skrawajàcych pracujà nad<br />
pow∏okami, które sà cienkie, ale<br />
stanowià dobrà barier´ zatrzymujàcà<br />
ciep∏o.<br />
Nierdzewne stale austenityczne<br />
cechujà si´ wysokà ciàgliwoÊcià<br />
i tendencjà do przywierania do<br />
narz´dzia skrawajàcego. Zastosowanie<br />
pow∏oki mo˝e równie˝ ograniczyç<br />
zu˝ycie adhezyjne wyst´pujàce<br />
wtedy, gdy skrawany materia∏<br />
przywiera do kraw´dzi<br />
skrawajàcej i gromadzi si´ na niej.<br />
Przywarty materia∏ elementu obrabianego<br />
mo˝e oderwaç cz´Êç<br />
kraw´dzi skrawajàcej, co prowadzi<br />
do niezadowalajàcej g∏adkoÊci<br />
powierzchni i awarii narz´dzia.<br />
Pow∏oka mo˝e zapewniç smarowanie<br />
ograniczajàce zu˝ycie<br />
adhezyjne. Do minimalizacji zu˝ycia<br />
adhezyjnego przyczyniajà si´<br />
równie˝ wy˝sze pr´dkoÊci skrawania.<br />
Niektóre nierdzewne stale austenityczne<br />
zawierajà twarde wtràcenia<br />
Êcierne, wi´c zwi´kszenie odpornoÊci<br />
narz´dzia na Êcieranie,<br />
uzyskane przez na∏o˝enie twardej<br />
pow∏oki, mo˝e korzystnie wp∏ynàç<br />
na trwa∏oÊç narz´dzia.<br />
Zu˝ycie karbowe wynika ze<br />
sk∏onnoÊci stopu do umacniania<br />
przez zgniot w czasie obróbki<br />
skrawaniem. Zu˝ycie karbowe mo˝na<br />
okreÊliç jako miejscowe ekstremalne<br />
zu˝ycie w wyniku tarcia.<br />
Mo˝na je ograniczyç przez zastosowanie<br />
odpowiednich pow∏ok<br />
lub inne dzia∏ania, takie jak zmienianie<br />
g∏´bokoÊci skrawania, tak<br />
aby powierzchnia zu˝ycia znajdowa∏a<br />
si´ na ca∏ej kraw´dzi skrawajàcej.<br />
Tworzenie<br />
nowych narz´dzi<br />
Producenci narz´dzi koncentrujà<br />
swoje wysi∏ki zmierzajàce do<br />
opracowania narz´dzi skrawajàcych<br />
na znalezieniu równowagi<br />
mi´dzy ró˝nymi w∏aÊciwoÊciami<br />
narz´dzia, która zapewni optymalnà<br />
wydajnoÊç dla okreÊlonych<br />
materia∏ów elementów obrabianych.<br />
W badaniach nad w´glikiem<br />
poszukuje si´ równowagi mi´dzy<br />
twardoÊcià a ciàgliwoÊcià, która<br />
sprawi, ˝e narz´dzie nie b´dzie za<br />
twarde, aby p´kaç, ale wystarczajàco<br />
twarde, aby zachowaç<br />
odpornoÊç na odkszta∏cenia. Analogicznie<br />
preferowana jest ostra<br />
geometria kraw´dzi skrawajàcej,<br />
ale nie tak wytrzyma∏a mechanicznie<br />
jak kraw´dê zaokràglona.<br />
Zatem prace nad geometrià kraw´dzi<br />
ukierunkowane sà na stworzenie<br />
narz´dzi, w których zachowana<br />
jest równowaga mi´dzy<br />
ostroÊcià i mo˝liwie jak najwi´kszà<br />
wytrzyma∏oÊcià.<br />
W ramach procesu badawczo-<br />
-rozwojowego producenci narz´dzi<br />
od nowa przyglàdajà si´ wytycznym<br />
do stosowania narz´dzi.<br />
Aktualne zalecenia dotyczàce parametrów<br />
obróbki skrawaniem<br />
oparte sà w wi´kszoÊci na cha-<br />
14 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
rakterystykach ciàgliwoÊci i twardoÊci<br />
stali tradycyjnych, bez uwzgl´dniania<br />
czynników termicznych,<br />
które sà tak wa˝ne przy obróbce<br />
nierdzewnych stali austenitycznych<br />
i innych wydajnych stopów. Ostatnio<br />
producenci narz´dzi podj´li<br />
wspó∏prac´ z placówkami akademickimi,<br />
aby zweryfikowaç procedury<br />
testowania narz´dzi, w celu<br />
uwzgl´dnienia charakterystyk termicznych<br />
niektórych rodzajów materia∏ów.<br />
Nowe wytyczne uwzgl´dniajà<br />
powstanie nowych materia∏ów<br />
wzorcowych. Tradycyjnie normy<br />
obrabialnoÊci ustalano, przyjmujàc<br />
jeden materia∏ wzorcowy – stal<br />
stopowà, uwzgl´dniajàc obcià-<br />
˝enia mechaniczne wyst´pujàce<br />
podczas obróbki skrawaniem.<br />
Obecnie dla nierdzewnych stali<br />
austenitycznych stosuje si´ oddzielny<br />
materia∏ wzorcowy, dla<br />
którego ustalono podstawowe wartoÊci<br />
pr´dkoÊci, posuwu i g∏´bokoÊci<br />
skrawania. W odniesieniu<br />
do tego materia∏u wzorcowego stosowane<br />
sà wspó∏czynniki zrównowa˝enia,<br />
czyli kalibracji, w celu<br />
okreÊlenia zmian wartoÊci podstawowych,<br />
które pozwolà osiàgnàç<br />
optymalnà wydajnoÊç dla materia∏ów<br />
o ró˝nej charakterystyce<br />
obróbki.<br />
Specjalne geometrie<br />
dla specjalnych materia∏ów<br />
Wiele narz´dzi skrawajàcych zapewnia<br />
akceptowalnà wydajnoÊç<br />
dla szerokiej gamy materia∏ów oraz<br />
szerokiego zakresu warunków skrawania<br />
i parametrów obróbki. Do<br />
zadaƒ jednorazowych o przeci´tnych<br />
wymaganiach dotyczàcych<br />
wydajnoÊci i jakoÊci narz´dzia te<br />
mogà stanowiç ekonomiczny wybór.<br />
Lecz aby osiàgnàç maksymalnà<br />
wydajnoÊç, producenci narz´dzi<br />
stale manipulujà elementami sk∏adowymi<br />
narz´dzi i podejmujà próby<br />
ich zrównowa˝enia, w celu opracowania<br />
narz´dzia zapewniajàcego<br />
najwy˝szà wydajnoÊç i niezawodnoÊç<br />
procesu dla okreÊlonych<br />
materia∏ów elementów obrabianych.<br />
Do podstawowych elementów<br />
narz´dzia nale˝à substrat, pow∏oka<br />
i geometria. Ka˝dy z nich jest<br />
wa˝ny, a w najlepszych narz´dziach<br />
tworzà system, który daje wynik<br />
wy˝szy od sumy udzia∏ów poszczególnych<br />
elementów.<br />
Cz´Êci narz´dzia spe∏niajà ró˝ne<br />
funkcje. Substrat i pow∏oka<br />
spe∏niajà rol´ biernà; sà zaprojektowane<br />
tak, aby zapewniç równowag´<br />
mi´dzy twardoÊcià a ciàgliwoÊcià,<br />
odpornoÊç na wysokie<br />
temperatury oraz na zu˝ycie chemiczne,<br />
adhezyjne i Êcierne. Z drugiej<br />
strony, istotna jest geometria<br />
narz´dzia, poniewa˝ modyfikacja<br />
geometrii mo˝e doprowadziç<br />
do zmiany iloÊci metalu,<br />
który jest usuwany w pewnym<br />
przedziale czasu, zmiany sposobu<br />
formowania wiórów oraz mo˝liwej<br />
do uzyskania g∏adkoÊci powierzchni.<br />
Podstawowe przyk∏ady ró˝nic<br />
geometrii wp∏ywajàcych na zmian´<br />
wydajnoÊci obejmujà p∏ytki o tradycyjnej<br />
geometrii do toczenia<br />
firmy Seco, np. M3 i M5 o ujemnej<br />
(kàt przy∏o˝enia 0°) geometrii<br />
kraw´dzi skrawajàcej i Êcianie T<br />
mi´dzy kraw´dzià skrawajàcà a powierzchnià<br />
natarcia. Geometria M3<br />
jest uniwersalnà geometrià do<br />
obróbki Êrednio zgrubnej, która<br />
oferuje dobrà trwa∏oÊç narz´dzia<br />
i dobre ∏amanie wiórów w szerokim<br />
zakresie materia∏ów elementów<br />
obrabianych. Geometrie M5 sà<br />
przeznaczone do wymagajàcej obróbki<br />
zgrubnej o du˝ym posuwie;<br />
∏àczà wysokà wytrzyma∏oÊç kraw´dzi<br />
ze stosunkowo ma∏ymi si∏ami<br />
skrawania.<br />
Mimo swojej uniwersalnoÊci geometrie<br />
M3 i M5 sà mocne, ale nie<br />
majà maksymalnej ostroÊci. Przy<br />
obróbce nierdzewnych stali austenitycznych<br />
deformacja materia-<br />
∏u powoduje wytwarzanie znacznych<br />
iloÊci ciep∏a. Dla porównania,<br />
konstrukcje narz´dzi, które<br />
mogà byç bardziej skuteczne przy<br />
obróbce skrawaniem stali nierdzewnej,<br />
obejmujà geometrie MF4<br />
i MF5 firmy Seco cechujàce si´<br />
dodatnimi kàtami z w´˝szymi dodatnimi<br />
Êcianami T, które pozwalajà<br />
utrzymaç ostroÊç. Geometrie<br />
sà skonstruowane z myÊlà o otwartoÊci<br />
i ∏atwoÊci obróbki, w celu<br />
u∏atwienia operacji obróbki Êredniej<br />
i wykaƒczajàcej stali i stali<br />
nierdzewnych. Geometria MF5 jest<br />
szczególnie efektywna w zastosowaniach<br />
o du˝ym posuwie.<br />
Patrick de Vos, Seco Tools<br />
SECO TOOLS POLAND Sp. z o.o.<br />
ul. Naukowa 1<br />
02-463 Warszawa<br />
tel. +48 22 637-53-83<br />
fax +48 22 637-53-84<br />
mob. +48 607-559-607<br />
seco.pl@secotools.com<br />
www.secotools.com/pl<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
15
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
UDOSKONALENIE TECHNOLOGII CI¢CIA LASEROWEGO<br />
Obecnie na rynku dost´pne sà<br />
cztery technologie ci´cia: laserowa,<br />
wodna, plazmowa i gazowa. Przedsi´biorcy,<br />
dla których priorytetem<br />
jest, aby w ich halach produkcyjnych<br />
elementy by∏y wycinane szybko,<br />
zachowujàc jednoczeÊnie najwy˝szy<br />
stopieƒ precyzji, wybierajà przecinarki<br />
laserowe. Technologia ta jest<br />
niezastàpiona dla ró˝nego rodzaju<br />
stali i metali kolorowych. Sam proces<br />
ci´cia wykonywany jest za pomocà<br />
wiàzki lasera w obecnoÊci<br />
cechujàcego si´ du˝à czystoÊcià gazu<br />
technicznego.<br />
Choç nie ulega wàtpliwoÊci, ˝e<br />
jest to wygodne rozwiàzanie, u˝ytkownicy<br />
tego typu maszyn zmagali<br />
si´ dotàd z ograniczeniami technicznymi.<br />
Prowadzi∏y one do uszkodzenia<br />
materia∏u podczas przebijania lub<br />
braku przebicia. Przyczynà takiego<br />
stanu rzeczy jest fakt, ˝e dost´pne<br />
obecnie blachy tego samego rodzaju<br />
mogà nieznacznie ró˝niç si´ od<br />
siebie sk∏adem i gatunkiem. Dotàd<br />
producenci laserów wprowadzali do<br />
systemów tabele, wg których narzucany<br />
by∏ czas przebijania. Brak<br />
elastycznoÊci powodowa∏, ˝e to rozwiàzanie<br />
okaza∏o si´ ma∏o efektywne,<br />
a jakoÊç przebicia zostawia∏a<br />
wiele do ˝yczenia. Du˝ym problemem<br />
podczas ci´cia by∏o rozgrzewanie<br />
si´ arkusza blachy. Przebijanie<br />
goràcego lub bardzo sch∏odzonego<br />
materia∏u przy stosowaniu<br />
standardowych parametrów, prawie<br />
zawsze koƒczy∏o si´ brakiem przebicia<br />
lub uszkodzeniem materia∏u.<br />
Dlatego, aby zapobiec problemowi<br />
braku przebicia i b∏´dnemu rozpocz´ciu<br />
kolejnego procesu, czas przebijania<br />
szacowany by∏ na wyrost.<br />
W celu wyeliminowania konsekwencji<br />
braku elastycznoÊci parametrów<br />
ci´cia powsta∏a przecinarka<br />
Diament Fiber Laser, wyposa˝ona<br />
w innowacyjny Piercing Control<br />
System (PCS), który sam analizuje<br />
i precyzyjnie dobiera czas przebijania<br />
do stosowanego materia∏u. Pozwala<br />
na uzyskanie maksymalnej<br />
precyzji obrabiania materia∏u za pomocà<br />
lasera Êwiat∏owodowego. System<br />
oparty jest na innowacyjnym<br />
rozwiàzaniu technologii elektrooptycznej<br />
i laserowej, dajàc swoim<br />
u˝ytkownikom mo˝liwoÊci przewy˝szajàce<br />
ich oczekiwania.<br />
PCS pozwala na zredukowanie<br />
czasu przebijania do minimum, co<br />
wp∏ywa na znaczne skrócenie ca∏ego<br />
procesu obróbki i sprzyja oszcz´dnoÊci.<br />
Jednym z klientów, którzy zdecydowali<br />
si´ na zakup przecinarki<br />
Diament Fiber Laser z systemem<br />
PCS, jest producent maszyn rolniczych<br />
z Pomorza. Przed dokonaniem<br />
zakupu, klient chcàc sprawdziç<br />
faktyczne osiàgi maszyny, wys∏a∏<br />
do wyci´cia program testowy. By∏<br />
to projekt typowego ko∏a z´batego,<br />
u˝ywanego w wi´kszoÊci<br />
produkowanych przez niego maszyn.<br />
Nesting arkusza o wielkoÊci<br />
3000 mm x 1500 mm i gruboÊci<br />
8 mm, wynosi∏ 464 elementy. Na<br />
ca∏y arkusz przypad∏o 928 przebiç.<br />
Dzi´ki zastosowaniu Piercing<br />
Control System ca∏y proces ci´cia<br />
zakoƒczy∏ si´ dok∏adnie o 54 minuty<br />
szybciej ni˝ próba obróbki na maszynie<br />
bez systemu PCS. Oprócz<br />
czasu, producent zaoszcz´dzi∏ 517 Nl<br />
tlenu oraz 24 kWh energii elektrycznej.<br />
Nowatorski Piercing Control System,<br />
oferowany wy∏àcznie przez firm´<br />
ECKERT, jest oparty na optycznej<br />
analizie barwy i temperatury punktu<br />
przebijania. Za pomocà uzyskanych<br />
parametrów sterowanie PCS przejmuje<br />
kontrol´ nad emisjà wiàzki<br />
lasera, zapobiegajàc jednoczeÊnie<br />
mikrowybuchom w trakcie przebijania<br />
i ograniczajàc wytwarzanie<br />
szlaki.<br />
System PCS z cz´stotliwoÊcià kilku<br />
tysi´cy razy na sekund´ monitoruje<br />
i przetwarza otrzymywane dane,<br />
dzi´ki czemu w czasie rzeczywistym<br />
Êledzone sà procesy zachodzàce<br />
w przebijanym materiale.<br />
Monitorowanie przep∏ywu danych<br />
jest bardzo wa˝ne ze wzgl´du na<br />
oszcz´dnoÊci. Przekona∏ si´ o tym<br />
Êlàski przedsi´biorca, Êwiadczàcy<br />
us∏ugi z zakresu obróbki metali. Jego<br />
park maszynowy jest wyposa˝ony<br />
w nowoczesne frezarki i tokarki.<br />
Posiada on tak˝e jednà przecinark´<br />
plazmowà firmy Eckert oraz gi´tark´<br />
CNC, a od niedawna tak˝e Diament<br />
Fiber Laser PCS. Prócz zmniejszonego<br />
zu˝ycia energii i gazu tnàcego,<br />
klient wysoko ceni sobie inteligentne<br />
sterowanie przecinarki, które wykrywa<br />
nieprawid∏owoÊci w procesie<br />
ci´cia. Przedsi´biorca tnie g∏ównie<br />
stal w´glowà i aluminium, ale czasami<br />
zdarza mu si´ ciàç równie˝ stal<br />
nierdzewnà, kwasoodpornà, miedê<br />
i mosiàdz. Gdy rozwa˝a∏ zakup lasera<br />
Êwiat∏owodowego, najbardziej zale-<br />
˝a∏o mu na tym, aby nie powtórzy-<br />
∏o si´ wczeÊniejsze doÊwiadczenie<br />
z innà przecinarkà laserowà, kiedy<br />
jego pracownik nie zauwa˝y∏, ˝e maszyna<br />
nie docina du˝ego elementu<br />
i zmarnowa∏ kilka arkuszy stali w´g-<br />
<br />
16 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
CROSSBOW – ekonomiczny system do ci´cia<br />
gazowego/plazmowego<br />
PrzenoÊny, kompaktowy system<br />
CNC do ci´cia gazowego/plazmowego<br />
CROSSBOW to pierwsze<br />
urzàdzenie z nowej serii maszyn<br />
tnàcych CNC firmy ESAB. Zautomatyzowane<br />
funkcje i proste w obs∏udze<br />
sterowanie CNC umo˝liwiajà<br />
skutecznà, wszechstronnà obróbk´<br />
gazowà lub plazmowà. CROSSBOW<br />
doskonale nadaje si´ do szkó∏ zawodowych,<br />
ma∏ych warsztatów Êlusarskich<br />
oraz warsztatów serwisowych<br />
i naprawczych. Mo˝e byç tak˝e<br />
u˝ywany jako urzàdzenie przenoÊne<br />
w du˝ych zak∏adach lub na placach<br />
budów.<br />
CROSSBOW ma zintegrowane<br />
sterowanie CNC, co eliminuje koniecznoÊç<br />
dodania sterownika do<br />
systemu. Prosta obs∏uga z poziomu<br />
menu jest ∏atwa do opanowania.<br />
Biblioteka 24 popularnych kszta∏tów<br />
ogranicza do minimum czas<br />
Dokoƒczenie z 16 str.<br />
lowej. Takie sytuacje sà powszechnie<br />
znane u˝ytkownikom przecinarek<br />
laserowych. Piercing Control System<br />
daje im pewnoÊç, ˝e nie b´dà ju˝<br />
ponosiç kosztów straconego materia∏u.<br />
Przecinarka Eckert pozwala na<br />
za∏adowywanie blachy na drugi stó∏<br />
i sama kontroluje utrzymanie najwy˝szej<br />
jakoÊci ci´cia.<br />
NiezawodnoÊç i innowacyjnoÊç<br />
tego rozwiàzania zosta∏a potwierdzona<br />
na tegorocznych targach ITM<br />
Polska <strong>2014</strong>, podczas których przecinarka<br />
Diament Fiber Laser z systemem<br />
PCS zosta∏a nagrodzona Z∏otym<br />
Medalem.<br />
Eckert<br />
wymagany na programowanie i konfiguracje.<br />
Wymiary mo˝na ∏atwo<br />
edytowaç, tworzàc niestandardowe<br />
kszta∏ty bez faktycznego programowania.<br />
W wypadku korzystania<br />
z programów niestandardowych,<br />
sterowanie CNC wykorzystuje<br />
podstawowe programowanie<br />
oparte na kodach<br />
M i G. Przygotowane off-line<br />
pliki NC mo˝na przenosiç<br />
do urzàdzenia, u˝ywajàc<br />
standardowego z∏àcze USB.<br />
Operatorzy mogà ∏atwo skonfigurowaç<br />
schemat powielania<br />
lub za∏adowaç grup´<br />
kszta∏tów przez port USB.<br />
Ca∏kowicie zintegrowane<br />
sterowanie CNC oferuje tak˝e<br />
zaawansowane funkcje, które jeszcze<br />
bardziej u∏atwiajà operacje ci´cia,<br />
takie jak: automatyczne sterowanie<br />
kolejnoÊcià procesów, sterowanie<br />
wysokoÊcià napi´cia ∏uku, wyrównywanie<br />
szczelin i automatyczna<br />
kontrola blachy. SzybkoÊç posuwu<br />
mo˝na regulowaç w dowolnym<br />
czasie, a opcje programowania obejmujà<br />
p´tle zagnie˝d˝one i automatyczny<br />
powrót na poczàtek.<br />
CROSSBOW jest wyposa˝ony<br />
w podnoÊnik z nap´dem silnikowym,<br />
w którym mo˝na zamocowaç<br />
palnik gazowy lub plazmowy.<br />
Funkcja sterowania wysokoÊcià napi´cia<br />
∏uku gwarantuje, ˝e palnik<br />
plazmowy automatycznie utrzymuje<br />
sta∏à wysokoÊç ci´cia. Urzàdzenie<br />
ma tak˝e funkcj´ dotykowego wykrywania<br />
wst´pnej wysokoÊci, która<br />
odszukuje powierzchni´ blachy<br />
i ustawia wysokoÊç podczas zautomatyzowanego<br />
ci´cia plazmowego.<br />
CROSSBOW wykrywa równie˝<br />
awarie palnika w trakcie wykrawania<br />
blachy, po czym wy∏àcza system.<br />
Ponadto, elektrozawór tlenu tnàcego<br />
umo˝liwia automatyczne ci´cie<br />
w czasie stosowania palnika gazowego.<br />
Urzàdzenie mo˝e zostaç wyposa-<br />
˝one w opcjonalne zestawy plazmowe<br />
ESAB Perecu ® 900 (60 A),<br />
Perecu ® 1300 (70 A) lub ESP-<strong>10</strong>1<br />
(<strong>10</strong>0 A). Wykorzystujàc plazm´,<br />
CROSSBOW potrafi szybko ciàç stal<br />
w´glowà i aluminium o gruboÊci<br />
maks. 20 mm (3/4 cala) lub stal<br />
nierdzewnà o gruboÊci maks. 15 mm<br />
(5/8 cala). Proste i niezawodne systemy<br />
gazowo-plazmowe firmy ESAB<br />
oferujà zajarzanie ∏uku bez u˝ycia<br />
pràdu wysokiej cz´stotliwoÊci oraz<br />
sterowane elektronicznie obwody<br />
∏uku pomocniczego zwi´kszajàce<br />
niezawodnoÊç.<br />
Szyna prowadzàca umo˝liwia<br />
stabilny ruch belki poprzecznej i pe∏ne<br />
oparcie palnika tnàcego w celu<br />
precyzyjnego, dok∏adnego wykonania<br />
ci´cia. Natomiast szyny wzd∏u˝ne<br />
minimalizujà drgania w trakcie ci´cia,<br />
gwarantujàc dok∏adne ci´cie w obr´bie<br />
ca∏ej przestrzeni roboczej.<br />
èród∏o: Mat. firmy ESAB<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
17
PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />
Bezprzewodowy sterownik SmartCONTROL<br />
Nowy rozdzia∏ w sterowaniu maszynami CNC<br />
Jeszcze do niedawna obs∏uga maszyn CNC wymaga∏a wykszta∏conego kierunkowo operatora, a sterowanie<br />
maszynami „cyfrowymi”, jak je wówczas nazywano, wymaga∏o specjalistycznej wiedzy i umiej´tnoÊci obs∏ugi<br />
pulpitu z dziesiàtkami przycisków i pokr´te∏. Sterowniki takie by∏y na sta∏e mocowane do maszyny. Obecnie<br />
kierunek jest inny. ProgramiÊci rezygnujà ze skomplikowanych pulpitów, stosujàc graficzny interfejs na bazie<br />
monitorów dotykowych. Ca∏kowita zmiana nastàpi∏a, gdy legnicka firma STIGAL zaprezentowa∏a bezprzewodowy<br />
sterownik maszyn plazmowych SmartCONTROL.<br />
Geneza powstania<br />
Urzàdzenie wyprodukowano, odpowiadajàc<br />
na zapotrzebowanie stale<br />
zmieniajàcego si´ rynku wielozadaniowych,<br />
szybkich i wielkowymiarowych<br />
maszyn do ci´cia plazmowego.<br />
Obecnie produkowane maszyny<br />
coraz cz´Êciej mo˝na scharakteryzowaç<br />
jako:<br />
wielkowymiarowe – o polu roboczym<br />
wi´kszym ni˝ 2500x8000 mm,<br />
szybkie i dynamiczne – o pr´dkoÊci<br />
przejazdowej wi´kszej ni˝<br />
40 m/min,<br />
wielozadaniowe – wyposa˝one<br />
w dodatkowe modu∏y umo˝liwiajàce<br />
obróbk´ profili, rur, kszta∏towników,<br />
punktowanie, trasowanie, ci´cie plazmà<br />
i tlenem w technologii 3D itd.).<br />
Wymienione cechy utrudniajà operatorowi<br />
wygodnà, precyzyjnà i bezpiecznà<br />
obs∏ug´ urzàdzenia dysponujàcego<br />
jedynie sterownikiem<br />
stacjonarnym lub poruszajàcym si´<br />
wraz z maszynà. Zmusza to operatora<br />
do nieustannego podà˝ania za<br />
pracujàcà maszynà lub obserwacji<br />
procesu ci´cia i ustawiania narz´dzia<br />
z du˝ej odleg∏oÊci.<br />
W przypadku maszyn wielkowymiarowych<br />
zadanie to jest bardzo<br />
ucià˝liwe.<br />
Sterowanie maszynà o wymiarach<br />
np. 3x6 m lub wi´kszà jest<br />
zdecydowanie bezpieczniejsze i bardziej<br />
komfortowe, gdy operator<br />
u˝ywa bezprzewodowego sterownika<br />
SmartCONTROL. Przecinark´<br />
mo˝na w pe∏ni kontrolowaç w obr´bie<br />
30 metrów od g∏ównego sterownika.<br />
Pracownik przeprowadzajàc<br />
czynnoÊci obs∏ugowo-ustawcze, czy<br />
te˝ obserwujàc i kontrolujàc trwajàcy<br />
proces obróbki, zajmuje najbardziej<br />
ergonomiczne w danym momencie<br />
miejsce.<br />
Funkcje sterownika<br />
Sterownik jest wyposa˝ony w <strong>10</strong>”<br />
ekran o rozdzielczoÊci 1200x800<br />
oraz doskona∏ej jasnoÊci i kontraÊcie.<br />
Odwzorowuje dok∏adnie widok<br />
g∏ównego monitora znajdujàcego si´<br />
na stacjonarnym sterowniku stojàcym<br />
przed maszynà.<br />
SmartCONTROL jest wyposa˝ony<br />
w autorskie oprogramowanie umo˝liwiajàce<br />
mi´dzy innymi wprowadzanie<br />
zmian w trakcie pracy przecinarki,<br />
uruchomienie i zatrzymanie<br />
programu ci´cia. Mo˝liwy jest te˝<br />
wybór i wczytywanie programów,<br />
makr i wyÊwietlenie numerów oraz<br />
wyglàdu cz´Êci eksploatacyjnych<br />
potrzebnych podczas ich wymiany.<br />
W czasie pracy sterownik pokazuje<br />
na bie˝àco pozycj´ palnika<br />
w programie i wyÊwietla parametry<br />
wa˝ne dla procesu ci´cia plazmowego.<br />
Operator mo˝e znajdowaç si´<br />
praktycznie w dowolnym miejscu<br />
w pobli˝u maszyny i ca∏y czas kontrolowaç<br />
prac´ przecinarki, na bie-<br />
˝àco wprowadzajàc korekty.<br />
SmartCONTROL jest odporny<br />
na przypadkowe dotkni´cie ekranu.<br />
Specjalna funkcja w programie<br />
likwiduje mo˝liwoÊç wydania przypadkowej<br />
komendy.<br />
Zalety i korzyÊci<br />
MobilnoÊç sterownika zwi´ksza<br />
niezawodnoÊç maszyny oraz podwy˝sza<br />
komfort i swobod´ pracy<br />
operatora.<br />
SmartCONTROL gwarantuje<br />
mniejsze zm´czenie operatora (nie<br />
musi pokonywaç kilometrów w Êlad<br />
za portalem).<br />
Zwi´ksza komfort pracy, pozwalajàc<br />
na swobodne kontrolowanie<br />
maszyny z dowolnie wybranego,<br />
optymalnego w danej chwili miejsca.<br />
Oddala operatora od pracy<br />
w bezpoÊredniej bliskoÊci êród∏a<br />
promieniowania UV.<br />
Nowoczesny park maszynowy<br />
musi spe∏niaç coraz bardziej wy-<br />
Êrubowane wymagania odbiorców.<br />
Dlatego ka˝da nowoczesna przecinarka<br />
CNC powinna byç wyposa˝ona<br />
w zwi´kszajàcy komfort<br />
i bezpieczeƒstwo pracy sterownik<br />
SmartCONTROL.<br />
18 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
WARUNKI PRENUMERATY<br />
„Przeglàdu Mechanicznego” w <strong>2014</strong> r.<br />
Prenumerat´ czasopisma mo˝na zamawiaç za poÊrednictwem nast´pujàcych instytucji:<br />
Zak∏ad Kolporta˝u<br />
Wydawnictwa SIGMA-NOT Sp. z o.o.<br />
ul. Ku WiÊle 7<br />
00-707 Warszawa<br />
tel. 22 8403086,<br />
tel./fax 22 8911374<br />
www.sigma-not.pl<br />
RUCH S.A. Oddzia∏ Warszawa<br />
oraz oddzia∏y w ca∏ym kraju<br />
Infolinia: 801 800 803<br />
www.prenumerata.ruch.com.pl<br />
KOLPORTER S.A.<br />
ul. Zagnaƒska 61<br />
25-528 Kielce<br />
Infolinia: 801 404 044<br />
www.kolporter.com.pl<br />
GARMOND PRESS S.A.<br />
ul. Nakielska 3<br />
01-<strong>10</strong>6 Warszawa<br />
tel. 22 8367059, 22 8367008<br />
www.garmond.com.pl<br />
Redakcja PRZEGLÑD <strong>MECHANICZNY</strong><br />
ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa<br />
tel. 22 8538113, 22 8430201 w. 255<br />
www.przegladmechaniczny.pl<br />
Cena 1 egz. w <strong>2014</strong> r.:<br />
•wersja drukowana – 24 z∏ (w tym 5% VAT)<br />
•wersja na CD – 12,20 z∏ (w tym 23% VAT)<br />
Cena prenumeraty w <strong>2014</strong> r. (w tym VAT)<br />
wersja drukowana<br />
na noÊniku CD (pdf)<br />
kwartalnie – 72 z∏ kwartalnie – 36,60 z∏<br />
pó∏rocznie – 144 z∏ pó∏rocznie – 73,20 z∏<br />
rocznie – 288 z∏ rocznie – 146,40 z∏<br />
Redakcja przyjmuje zamówienia na prenumerat´ przez<br />
ca∏y rok. Warunkiem przyj´cia i realizacji zamówienia jest<br />
otrzymanie z banku potwierdzenia wp∏aty.<br />
Prenumerata ze zleceniem wysy∏ki za granic´ – dla osób<br />
prawnych i fizycznych – jest dwukrotnie wy˝sza.<br />
Wp∏at na prenumerat´ mo˝na dokonaç na ogólnie dost´pnych<br />
blankietach w urz´dach pocztowych (przekazy pieni´˝ne)<br />
lub w bankach (polecenie przelewu), przekazujàc<br />
Êrodki pod adresem:<br />
Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego<br />
„Przeglàd Mechaniczny”<br />
ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa<br />
konto: BPH S.A. O/Warszawa<br />
97 <strong>10</strong>60 0076 0000 32<strong>10</strong> 0014 6850<br />
Na blankiecie wp∏aty nale˝y podaç liczb´ egzemplarzy,<br />
okres prenumeraty oraz adres wysy∏kowy.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
19
20 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Modu∏owy manipulator pneumatyczny<br />
z chwytakiem podciÊnieniowym<br />
Modular pneumatic manipulator with vacuum gripper<br />
TOMASZ SAMBORSKI<br />
ANDRZEJ ZBROWSKI<br />
Streszczenie: W artykule przedstawiono budow´ modu∏owego manipulatora pneumatycznego z chwytakiem podciÊnieniowym.<br />
Zastosowanie unikalnego systemu mocowania pozwala na ∏atwà i szybkà wymian´ chwytaka w zale˝noÊci<br />
od wymogów procesu technologicznego. Modu∏owa konstrukcja z wykorzystaniem systemu profili aluminiowych umo˝liwia<br />
∏atwà aran˝acj´ elementów funkcjonalnych zale˝nà od bie˝àcych potrzeb oraz wynikajàcych z realizowanych prac<br />
badawczo-rozwojowych. Autonomiczny system sterowania pozwala na rozszerzenie funkcji manipulatora, wynikajàcych<br />
z wprowadzenia kolejnych osi (np. modu∏ obrotowy zmieniajàcy orientacj´ pobranego arkusza), bez ingerencji<br />
w nadrz´dny system sterowania. Opracowany manipulator o strukturze szeregowej, w opisanej konfiguracji, zosta∏<br />
zweryfikowany w gniazdach klejenia linii technologicznej wytwarzania wielowarstwowych dokumentów z zabezpieczeniem<br />
elektronicznym.<br />
S∏owa kluczowe: linia technologiczna, monta˝, sterowanie, uk∏ad RFID<br />
Abstract: The article presents the construction of the modular pneumatic manipulator with vacuum gripper. The use of<br />
unique gripping system allows easy and quick exchange of a gripper depending on the requirements of the technical<br />
process. The modular structure with use of aluminium profiles allows fairly easy arrangement of functional elements<br />
depending on current needs that emerge out of currently performed research and development works. The autonomous<br />
control system allows extension of the functions of manipulator by extending the number of extra axes (e.g. the rotation<br />
module for changing the position of the sheet) without making changes in the superior control system. The developed<br />
manipulator has a serial kinematic structure and its construction, as described, was verified in the technological line for<br />
production of multilayer documents with electronic protection, in glueing nests.<br />
Keywords: technological line, assembly, control, inlay RFID<br />
Nieod∏àcznym elementem wspó∏czesnych systemów<br />
technologicznych sà autonomiczne uk∏ady<br />
wykonawcze poczàwszy od prostych manipulatorów<br />
na wielofunkcyjnych robotach koƒczàc [1]. Czynnikami<br />
decydujàcymi o stopniu z∏o˝onoÊci zastosowanego<br />
uk∏adu sà mi´dzy innymi podatnoÊç na<br />
zmian´ parametrów systemu oraz koszty wytwarzania.<br />
W dobie rosnàcej konkurencji na rynku konstruktorzy<br />
linii technologicznych zwracajà coraz<br />
wi´kszà uwag´ na zastosowanie relatywnie prostych,<br />
modu∏owych rozwiàzaƒ. PodejÊcie takie z jednej<br />
strony pozwala na skrócenie czasu projektowania,<br />
z drugiej – prowadzi do zredukowania liczby, niezb´dnych<br />
do utrzymania ruchu, cz´Êci zamiennych. Modu∏owa<br />
struktura manipulatora (robota) stwarza<br />
mo˝liwoÊç rozbudowy o dodatkowe funkcje wynikajàce<br />
ze zmieniajàcych si´ parametrów procesu<br />
technologicznego. Przyk∏adem modu∏owych rozwiàzaƒ<br />
sà manipulatory o kinematyce szeregowej lub<br />
równoleg∏ej [2] skonstruowane na bazie aluminiowych<br />
systemów profilowych z zastosowaniem nap´dów<br />
elektromechanicznych lub/i pneumatycznych.<br />
Dr in˝. Tomasz Samborski – Instytut Technologii Eksploatacji<br />
– Paƒstwowy Instytut Badawczy, ul. Pu∏askiego 6/<strong>10</strong>,<br />
26-600 Radom, tomasz.samborski@itee.radom.pl; dr in˝.<br />
Andrzej Zbrowski – Instytut Technologii Eksploatacji<br />
– Paƒstwowy Instytut Badawczy, ul. Pu∏askiego 6/<strong>10</strong>,<br />
26-600 Radom, andrzej.zbrowski@itee.radom.pl.<br />
Pneumatyczne uk∏ady wykonawcze stanowià podstawowy<br />
element struktury maszyn i ciàgów technologicznych,<br />
który integruje nowoczesne rozwiàzania<br />
techniczne z obszarów inteligentnych technik<br />
nap´dowych, realizowanych automatycznie precyzyjnych<br />
pomiarów, komputerowych technik sterowania<br />
i zaawansowanej diagnostyki.<br />
Automatyzacja procesów produkcyjnych, z wykorzystaniem<br />
zaawansowanych rozwiàzaƒ mechatronicznych,<br />
zapewnia zwi´kszenie powtarzalnoÊci<br />
parametrów procesu produkcyjnego, przyczyniajàc<br />
si´ bezpoÊrednio do podwy˝szenia jakoÊci wyrobów,<br />
a tak˝e zwi´kszenia wydajnoÊci linii produkcyjnych.<br />
Najwa˝niejsze wymagania dla opracowywanych<br />
rozwiàzaƒ obejmujà przede wszystkim:<br />
mo˝liwoÊç integracji i elastycznej wspó∏pracy z innymi<br />
urzàdzeniami w ramach linii technologicznych, modu∏owà<br />
struktur´ umo˝liwiajàcà dostosowanie do<br />
pracy w nowych warunkach poprzez rekonfiguracj´.<br />
Rozwijajàce si´ elastyczne systemy wytwarzania<br />
integrujà technologie wytwarzania i monta˝u. W dzia-<br />
∏aniach tych szczególnej roli nabiera zastosowanie<br />
nowoczesnych uk∏adów wykonawczych, umo˝liwiajàcych<br />
zachowanie ró˝norodnoÊci jednoczeÊnie<br />
produkowanych elementów w krótkich seriach lub<br />
jednostkowo, z wysokà wydajnoÊcià. Niezb´dne jest<br />
zatem opracowywanie nowych generacji maszyn,<br />
urzàdzeƒ i ciàgów technologicznych, które zapew-<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
21
nià wi´kszà: wydajnoÊç, pr´dkoÊç ruchów uk∏adów<br />
wykonawczych, niezawodnoÊç oraz wi´kszà dok∏adnoÊç<br />
wykonywania elementów i ich wymiarowà<br />
powtarzalnoÊç.<br />
Koncepcja manipulatora<br />
W trakcie realizacji przedsi´wzi´cia zwiàzanego<br />
z budowà linii technologicznej do niskonak∏adowego,<br />
elastycznego wytwarzania wielowarstwowych<br />
dokumentów z zabezpieczeniem elektronicznym [3]<br />
zosta∏o postawione zadanie zaprojektowania manipulatora<br />
wykonujàcego funkcje monta˝u arkuszy<br />
w gniazdach klejenia. W trakcie opracowywania koncepcji<br />
manipulatora [4] przyj´to nast´pujàce za∏o˝enia<br />
funkcjonalne:<br />
– format przenoszonych arkuszy – od 50x80 mm do<br />
2<strong>10</strong>x300 mm;<br />
– wydajnoÊç min. <strong>10</strong> szt./min;<br />
– pobieranie arkusza z podajnika typu samonak∏adak<br />
[5] znajdujàcego si´ poza osià linii technologicznej;<br />
– umieszczeniu arkusza w gnieêdzie klejenia towarzyszy<br />
okreÊlony, regulowany nacisk;<br />
– regulowana pozycja pobierania/oddawania arkusza;<br />
– zabezpieczenie przed pobraniem wi´cej ni˝ jednego<br />
arkusza z zaimplementowanym uk∏adem RFID<br />
(Radio-frequency identification);<br />
– kontrola pobrania arkusza;<br />
– ∏atwa wymiana chwytaka.<br />
Przyj´te za∏o˝enia pozwoli∏y na opracowanie<br />
schematu funkcjonalnego podajnika (rys. 1) wspó∏pracujàcego<br />
z modu∏ami linii technologicznej.<br />
Budowa manipulatora<br />
Przyst´pujàc do prac projektowych, podj´to decyzj´<br />
o zastosowaniu liniowych nap´dów pneumatycznych<br />
[6] skonfigurowanych w uk∏adzie<br />
portalowym (rys. 2).<br />
Rys. 2. Model 3D manipulatora<br />
Poziomy ruch, zwiàzany z przemieszczaniem arkusza<br />
znad podajnika w obszar klejenia, realizowany<br />
jest z wykorzystaniem bezt∏oczyskowego si∏ownika 1<br />
wyposa˝onego w zewn´trzne zderzaki 2 i 3 o regulowanym<br />
po∏o˝eniu. Za ruch pionowy odpowiedzialny<br />
jest si∏ownik 4 z dwustronnie prowadzonym<br />
w ∏o˝yskach tocznych, zakoƒczonym p∏ytà monta˝owà,<br />
t∏oczyskiem. W celu zapewnienia wymaganej<br />
sztywnoÊci uk∏adu w p∏aszczyênie poziomej równolegle<br />
do si∏ownika 1 wprowadzono prowadnic´<br />
tocznà 5. Wózek 6 prowadnicy 5 po∏àczony jest<br />
z wózkiem 7 si∏ownika 1 belkà 8, do której zamocowany<br />
jest si∏ownik 4. Elementem wykonawczym<br />
manipulatora jest podciÊnieniowy chwytak p∏ytowy 9<br />
z systemem szybkiego mocowania.<br />
Konstrukcj´ noÊnà chwytaka podciÊnieniowego<br />
(rys. 3) stanowi specjalnie ukszta∏towana p∏yta 1 wyposa˝ona<br />
w cztery Êruby 2 ∏àczàce chwytak z si∏ownikiem.<br />
Rys. 1. Schemat funkcjonalny manipulatora<br />
Manipulator o strukturze szeregowej sk∏ada si´<br />
z dwóch osi 1 i 2 wykonujàcych ruch posuwisto-zwrotny.<br />
Organ wykonawczy osi pionowej 2 wyposa˝ony<br />
jest w p∏ytowy chwytak podciÊnieniowy 3 pobierajàcy<br />
odpowiednio zorientowane w podajniku 4 arkusze<br />
6. Chwytak p∏ytowy 3, o kszta∏cie i wymiarach<br />
zbli˝onych do transportowanego arkusza, jest jednoczeÊnie<br />
elementem prasujàcym zapewniajàcym<br />
w∏aÊciwe przyleganie surowców w trakcie klejenia<br />
w gnieêdzie 5.<br />
Rys. 3. Model 3D chwytaka<br />
22 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Elementy spr´˝yste 3 znajdujàce si´ pomi´dzy<br />
p∏ytà 1 i si∏ownikiem pozwalajà na kompensacj´<br />
nierównoleg∏oÊci powierzchni chwytajàcej p∏yty<br />
ssàcej 4 i pod∏o˝a, z którego chwytak pobiera (lub na<br />
które oddaje) arkusz. Otwarty profil p∏yty 1, o wewn´trznym<br />
zarysie w kszta∏cie trapezu, jest jednostronnie<br />
zamkni´ty p∏ytà 5 stanowiàcà oparcie dla<br />
suwaka 6.<br />
Po∏àczenie chwytaka z p∏ytà 1 polega na umieszczeniu<br />
suwaka 6 w wyci´ciu p∏yty 1 i unieruchomieniu<br />
dwoma wkr´tami 8. Zakoƒczone sto˝kowo<br />
wkr´ty 8 podczas wkr´cania w p∏yt´ 1, stykajàc si´<br />
ze Êci´ciami suwaka 6, powodujà jego przemieszczanie<br />
w kierunku p∏yty 5 a˝ do ca∏kowitego unieruchomienia.<br />
Ruch suwaka 6 w kierunku p∏yty 5<br />
powoduje zgniatanie pierÊcienia uszczelniajàcego 7,<br />
zapewniajàc szczelnoÊç pomi´dzy p∏ytà 5 a chwytakiem<br />
(rys. 4).<br />
Wymiana chwytaka na inny, ró˝niàcy si´ kszta∏tem<br />
i wymiarami, polega na cz´Êciowym wykr´ceniu<br />
wkr´tów 8, wysuni´ciu chwytaka z suwakiem 6<br />
z wyci´cia w p∏ycie 1 i zamocowaniu w analogiczny<br />
sposób chwytaka o innym kszta∏cie. System szybkiego<br />
mocowania zapewnia jednoczeÊnie szczelne<br />
po∏àczenie p∏yty ssàcej z zewn´trznym uk∏adem podciÊnieniowym.<br />
Rys. 6. Widok manipulatorów zaimplementowanych na linii<br />
technologicznej<br />
Rys. 4. Konstrukcja chwytaka podciÊnieniowego<br />
Dobór elementów wykonawczych manipulatora<br />
zosta∏ poprzedzony analizà ruchu poszczególnych<br />
si∏owników z uwzgl´dnieniem przede wszystkim<br />
zdolnoÊci osiàgni´cia zadanych po∏o˝eƒ w za∏o˝onym<br />
czasie. Niezb´dne analizy przeprowadzono z wykorzystaniem<br />
oprogramowania GSED firmy FESTO.<br />
GSED wspomaga u˝ytkownika przy doborze i konfiguracji<br />
pe∏nego podstawowego uk∏adu pneumatycznego<br />
na zasadzie systemu eksperckiego. Wynikiem<br />
prowadzonych symulacji sà mi´dzy innymi<br />
charakterystyki pr´dkoÊci i po∏o˝enia elementów<br />
wykonawczych nap´dów pneumatycznych w funkcji<br />
czasu (rys. 5). Przebieg charakterystyk uzale˝niony<br />
jest od wielu parametrów (obcià˝enie, poruszana<br />
masa, Êrednica i d∏ugoÊç przewodów, wielkoÊç<br />
Rys. 5. Przyk∏adowa charakterystyka nap´du bezt∏oczyskowego DGC-40-800 (program GSED – 3.3.3.26) zastosowanego<br />
w modelowym rozwiàzaniu (rys. 2, poz. 1)<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
23
Rys. 7. Schemat instalacji pneumatycznej manipulatora: DGC-40-800-KF… – nap´d bezt∏oczyskowy (ruch poziomy),<br />
DFM-25-160…-KF – nap´d z prowadzeniem (ruch pionowy), VN-14-L – generator podciÊnienia<br />
zaworu sterujàcego itp.), które u˝ytkownik dobiera,<br />
korzystajàc z oprogramowania.<br />
Przeprowadzone symulacje potwierdzi∏y poprawnoÊç<br />
doboru rodzaju nap´dów, pozwalajàc na uzyskanie<br />
wydajnoÊci pracy manipulatora na poziomie<br />
<strong>10</strong> szt./min (teoretyczny czas cyklu 5,2 s). Ze wzgl´du<br />
na charakter pracy pozosta∏ych elementów linii wydajnoÊç<br />
ograniczono do 6 szt./min.<br />
Do budowy manipulatora (rys. 6) i pozosta∏ych<br />
pneumatycznych uk∏adów wykonawczych linii wykorzystano<br />
komponenty produkcji FESTO.<br />
Sterowanie pracà manipulatora odbywa si´ za<br />
poÊrednictwem sterownika PLC stanowiàcego integralnà<br />
cz´Êç wyspy zaworowej b´dàcej fragmentem<br />
instalacji pneumatycznej (rys. 7).<br />
W instalacji wyodr´bniono dwa obwody o zró˝nicowanym<br />
ciÊnieniu ustalanym za pomocà precyzyjnych<br />
regulatorów ciÊnienia. W pierwszym regulacja<br />
ciÊnienia zwiàzana jest z ustaleniem w∏aÊciwej<br />
si∏y ssàcej generatora podciÊnienia niezb´dnej do<br />
przenoszenia arkusza (rys. 8).<br />
O doborze wielkoÊci si∏y ssàcej decyduje gramatura<br />
i wymiary, a wi´c ci´˝ar transportowanego<br />
arkusza oraz przepuszczalnoÊç materia∏u, z jakiego<br />
jest wykonany. Materia∏ o wi´kszej przepuszczalnoÊci<br />
wymaga u˝ycia mniejszej si∏y ssàcej zapobiegajàcej<br />
podj´ciu wi´cej ni˝ jednego arkusza.<br />
W drugim obwodzie zmiana dotyczy uzyskania ˝àdanego<br />
nacisku p∏yty ssàcej w trakcie wst´pnej fazy<br />
procesu klejenia.<br />
Rys. 9. Widok arkusza gotowego do pobrania<br />
Rys. 8. Widok uk∏adu regulacji si∏y ssania chwytaka: 1 – regulator<br />
ciÊnienia, 2 – generator podciÊnienia, 3 – chwytak<br />
Konfiguracja wyspy obejmuje wi´cej, ni˝ wynika<br />
z potrzeb manipulatora, zaworów sterujàcych wykorzystanych<br />
do nap´du si∏owników realizujàcych<br />
funkcje zwiàzane z technologià klejenia poszczególnych<br />
warstw dokumentów. Zastosowane modu∏y<br />
wejÊç cyfrowych pozwalajà na wprowadzenie wszystkich<br />
sygna∏ów z sensorów odpowiedzialnych za pra-<br />
24 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
wid∏owà prac´ manipulatora. Szczególnà uwag´<br />
nale˝y zwróciç na dwa spoÊród nich. Pierwszy<br />
sygna∏ pochodzi od czujników zainstalowanych na<br />
podajniku (rys. 9). Umieszczony pod powierzchnià<br />
sto∏u 1 podajnika czujnik optyczny 2 identyfikuje<br />
po∏o˝enie przedniej kraw´dzi transportowanego<br />
arkusza 3. Prawid∏owe usytuowanie bocznej kraw´dzi<br />
arkusza wykrywane jest czujnikiem 4 zainstalowanym<br />
w przemieszczajàcej si´ poprzecznie karetce<br />
5. Optyczne czujniki informujà z jednej strony<br />
o gotowoÊci arkusza do pobrania, z drugiej – potwierdzajà<br />
fakt podj´cia arkusza. Proces kontroli<br />
zapobiega opuszczeniu p∏yty chwytaka bezpoÊrednio<br />
na warstw´ kleju, co mog∏oby skutkowaç zaklejeniem<br />
dyszy ssàcych.<br />
Rys. 11. Widok linii technologicznej<br />
Rys. <strong>10</strong>. Widok manipulatora: 1 – modu∏ programujàcy RFID<br />
Drugi sygna∏ wysy∏any jest przez modu∏ programujàcy<br />
uk∏ady RFID umieszczony na drodze przenoszenia<br />
arkusza (rys. <strong>10</strong>). Przy braku arkusza (z uk∏adem<br />
RFID) lub ich wi´kszej liczbie ni˝ jeden, modu∏<br />
wysy∏a informacj´ o zaistnia∏ej sytuacji, powodujàc<br />
wstrzymanie pracy manipulatora.<br />
W celu potwierdzenia realizacji za∏o˝onego ruchu<br />
w nap´dach pneumatycznych powszechnie stosowany<br />
jest system wykorzystujàcy sensory reagujàce<br />
na pole magnetyczne magnesu umieszczonego<br />
w t∏oczysku si∏ownika. Sensory umieszczane sà<br />
najcz´Êciej w rowkach o specjalnych kszta∏tach biegnàcych<br />
wzd∏u˝ obudowy si∏ownika. Wadà tego rozwiàzania,<br />
w przypadku koniecznoÊci dokonywania<br />
cz´stej zmiany po∏o˝enia sensorów, jest zbyt delikatny<br />
system unieruchamiania czujnika w zadanym<br />
po∏o˝eniu. W celu wyeliminowania tej niedogodnoÊci<br />
wprowadzono dodatkowe wy∏àczniki kraƒcowe<br />
umieszczane w nastawnych zderzakach stykajàcych<br />
si´ z amortyzatorami nap´dów.<br />
Podsumowanie<br />
Opracowany modu∏owy manipulator pneumatyczny<br />
z chwytakiem podciÊnieniowym zosta∏ zweryfikowany<br />
w linii technologicznej wytwarzajàcej wielowarstwowe<br />
dokumenty zabezpieczone elektronicznie<br />
[7], uruchomionej (rys. 11) w Polskiej Wytwórni<br />
Papierów WartoÊciowych w Warszawie.<br />
Zastosowane rozwiàzania konstrukcyjne pozwalajà<br />
na prostà adaptacj´ funkcji manipulatora w Êlad<br />
za zmieniajàcymi si´ surowcami (wymiary, kszta∏t,<br />
gramatura, rodzaj materia∏u) wykorzystywanymi<br />
w procesie niskonak∏adowej produkcji prototypowej.<br />
Jednym z przyk∏adów jest obj´ta zg∏oszeniem patentowym<br />
konstrukcja chwytaka. Zaletà rozwiàzania<br />
jest mo˝liwoÊç szybkiej wymiany p∏yty ssàcej<br />
na odpowiadajàcà kszta∏tem i wymiarami przenoszonemu<br />
arkuszowi, co pozwala na manipulowanie<br />
arkuszem obejmujàce: pobieranie, przenoszenie<br />
oraz dociskanie w celu przyklejenia do p∏askiego<br />
pod∏o˝a.<br />
Modu∏owa konstrukcja z wykorzystaniem systemu<br />
profili aluminiowych pozwala na stosunkowo ∏atwà<br />
aran˝acj´ elementów funkcjonalnych zale˝nà od<br />
bie˝àcych potrzeb oraz wynikajàcà z realizowanych<br />
prac badawczo-rozwojowych. Autonomiczny system<br />
sterowania umo˝liwia rozszerzenie funkcji manipulatora,<br />
np. przez wprowadzenie kolejnych osi<br />
(modu∏ obrotowy zmieniajàcy orientacj´ pobranego<br />
arkusza), bez ingerencji w nadrz´dny system sterowania.<br />
LITERATURA<br />
1. Honczarenko J.: Roboty przemys∏owe. Budowa i Zastosowanie.<br />
WNT, Warszawa 2004.<br />
2. Koch T.: Kinematyki równoleg∏e w budowie maszyn.<br />
Pomiary Automatyka Robotyka, nr 9, 2007, ss. 7 – 13.<br />
3. Samborski T., Zbrowski A., Kozio∏ S.: Model modu∏owego<br />
systemu implementacji inletów RFID. Technologia i Automatyzacja<br />
Monta˝u nr 4, 20<strong>10</strong>, ss. 30 – 35.<br />
4. Olszewski M., Barczyk J., Falkowski J., KoÊcielny W.J.: Manipulatory<br />
i roboty przemys∏owe. Automatyczne maszyny<br />
manipulacyjne. WNT, Warszawa 1992.<br />
5. Samborski T., Kozio∏ S., Zbrowski A.: Reconfigurable system<br />
for feeding the paper sheets in the technological<br />
processes. Technika Transportu Szynowego, nr 9, 2012 wydanie<br />
CD.<br />
6. Beater P.: Pneumatic Drives. System Design, Modelling and<br />
Control. Springer, Berlin, Heidelberg 2007<br />
7. Zbrowski A., Samborski T.: Mechatronic System for the<br />
Production of Highly Secured Documents. Solid State<br />
Phenomena, Vol. 198, 2013, pp. 27 – 32.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
25
Koncepcja monolityczna a hierarchiczna<br />
w harmonogramowaniu monta˝u<br />
– analiza porównawcza wybranych metod<br />
Monolithic and hierarchical approach<br />
to assembly scheduling – comparative analysis<br />
of the selected methods<br />
MAREK MAGIERA<br />
Streszczenie: Porównano trzy metody harmonogramowania monta˝u, opracowane przez autora artyku∏u. Metody te<br />
dotyczà jednokierunkowych, wielostadialnych linii monta˝owych, w których równoczeÊnie mogà byç montowane ró˝ne<br />
typy produktów. W konfiguracji linii monta˝owych uwzgl´dniono bufory mi´dzyoperacyjne, rozmieszczone pomi´dzy<br />
stadiami. Dla ka˝dego montowanego produktu dana jest co najmniej jedna sekwencja monta˝owa. Wszystkie metody<br />
przeznaczone sà do wyboru dok∏adnie jednej sekwencji monta˝owej dla ka˝dego produktu. W tym celu rozwiàzywane<br />
jest zadanie równowa˝enia obcià˝eƒ maszyn monta˝owych lub równowa˝enia obcià˝eƒ stadiów. Celem metod jest równie˝<br />
budowa harmonogramów przep∏ywu przez lini´ monta˝owà – uszeregowanie operacji. Przeprowadzone eksperymenty<br />
obliczeniowe s∏u˝y∏y porównaniu metod, opartych na ró˝nych koncepcjach.<br />
S∏owa kluczowe: planowanie monta˝u, selekcja sekwencji, harmonogramowanie, marszruty monta˝u<br />
Summary: The three methods of assembly planning are developed. The methods are constructed by the author of the<br />
paper. The multistage, unidirectional assembly lines with intermediate buffers are regarded. The alternative assembly<br />
plans are given for each type of the products. The selection of assembly plans is one of the tasks of compared methods.<br />
The scheduling of assembly operations is the another goal of the methods. The methods have been developed for fixed<br />
and alternative assembly routes. Results of computational experiments with the proposed approaches for assembly<br />
planning are presented.<br />
Keywords: assembly planning, selection of assembly plans, scheduling, assembly routes<br />
Sterowanie przep∏ywem produktów przez linie<br />
monta˝owe wymaga rozdzia∏u operacji monta˝owych<br />
w przestrzeni i w czasie, czyli budowy harmonogramów<br />
monta˝u. Budowa tych harmonogramów,<br />
zwana harmonogramowaniem, oparta jest na<br />
uprzednio przygotowanych planach monta˝u poszczególnych<br />
produktów, wykorzystywanych w tworzeniu<br />
sekwencji monta˝owych [1]. Przeglàd metod<br />
tworzenia sekwencji monta˝owych mo˝na znaleêç<br />
m.in. w pracy [2]. W przypadku, gdy dla danego produktu<br />
zbudowanych zosta∏o kilka sekwencji monta˝owych,<br />
sekwencje te nazywane sà alternatywnymi.<br />
Utworzone sekwencje monta˝owe nale˝à do<br />
danych wejÊciowych, uwzgl´dnianych w porównanych<br />
w niniejszej pracy metodach budowy harmonogramów<br />
monta˝u.<br />
Wybór dok∏adnie jednej sekwencji dla ka˝dego<br />
z produktów montowanych w linii produkcyjnej to<br />
jedno z zadaƒ przydzielonych porównanym metodom.<br />
Zadanie to nazywane jest selekcjà sekwencji<br />
Dr in˝. Marek Magiera – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza<br />
w Krakowie, Katedra Badaƒ Operacyjnych i Technologii<br />
Informacyjnych, al. Mickiewicza 30, Kraków, e-mail:<br />
mmagiera@zarz.agh.edu.pl.<br />
monta˝owych. Informacje o konfiguracji linii monta˝owej,<br />
rodzajach marszrut monta˝u, umo˝liwiajà<br />
wybór odpowiedniej sekwencji monta˝owej dla ka˝dego<br />
produktu przep∏ywajàcego przez system. Zwiàzana<br />
jest z tym realizacja kolejnego zadania postawionego<br />
porównanym metodom, którym jest<br />
rozdzia∏ podajników cz´Êci, umo˝liwiajàcych wykonanie<br />
operacji i przydzia∏ operacji do maszyn. Najcz´Êciej<br />
zadanie to realizowane jest równoczeÊnie<br />
z optymalizacjà obcià˝eƒ maszyn monta˝owych.<br />
W celu budowy harmonogramu monta˝u, umo˝liwiajàcego<br />
sterowanie przep∏ywem produktów, nale˝y<br />
rozwiàzaç jeszcze jedno zadanie: rozdzia∏ operacji<br />
monta˝owych w czasie – zgodnie z przyj´tym<br />
kryterium czasowym lub kosztowym. Zadanie budowy<br />
harmonogramu monta˝u niekoniecznie musi<br />
byç realizowane dwuetapowo, gdzie rozdzia∏ operacji<br />
w czasie poprzedzony jest rozdzia∏em operacji<br />
w przestrzeni. Oba te zadania mogà byç rozwiàzywane<br />
równoczeÊnie, co zosta∏o uwzgl´dnione w jednej<br />
z porównanych metod.<br />
Porównane w niniejszej pracy trzy metody, opracowane<br />
przez autora artyku∏u, przeznaczone sà<br />
do selekcji sekwencji monta˝owych oraz budowy<br />
26 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
harmonogramów przep∏ywów produktów przez jednokierunkowe,<br />
wielostadialne linie monta˝owe. Na<br />
rys. 1 przedstawiono przyk∏ad takiej linii. Ka˝de<br />
stadium to zbiór maszyn pracujàcych równolegle.<br />
Przechodzàc przez dane stadium, produkt obcià˝a<br />
co najwy˝ej jednà maszyn´. Niektóre stadia mogà<br />
zostaç pomini´te. Pomi´dzy stadiami umieszczone<br />
sà bufory mi´dzyoperacyjne o ograniczonych pojemnoÊciach,<br />
w których produkty mogà oczekiwaç na<br />
wykonanie kolejnych operacji.<br />
Rys. 1. Przyk∏ad wielostadialnej linii monta˝owej z maszynami<br />
równoleg∏ymi<br />
Ka˝da z opracowanych metod oparta jest na jednej<br />
z dwóch koncepcji: monolitycznej (jednopoziomowej)<br />
lub hierarchicznej (wielopoziomowej). W przypadku<br />
zastosowania koncepcji monolitycznej wszystkie zadania<br />
przyporzàdkowane metodzie rozwiàzywane<br />
sà równoczeÊnie. W metodach opartych na koncepcji<br />
hierarchicznej problem dzielony jest na kolejno rozwiàzywane<br />
zadania.<br />
Niewàtpliwà zaletà metod monolitycznych jest<br />
jakoÊç rozwiàzania – wynik nie jest uzale˝niony od rozwiàzania<br />
wyznaczonego na poziomie wy˝szym. Równoczesne<br />
rozwiàzywanie kilku zadaƒ, wymagajàce<br />
uwzgl´dnienia relatywnie znacznej liczby parametrów<br />
i zmiennych, jest bardziej czasoch∏onne ni˝<br />
w przypadku stosowania metod opartych na podejÊciu<br />
hierarchicznym. Zaletà metod hierarchicznych<br />
jest wi´c mo˝liwoÊç rozwiàzywania zadaƒ<br />
o wi´kszych rozmiarach ni˝ w przypadku metod<br />
monolitycznych. W planowaniu i sterowaniu monta˝u<br />
stosuje si´ obie koncepcje – w zale˝noÊci od rozmiaru<br />
problemu oraz wymagaƒ stawianych czasoch∏onnoÊci<br />
obliczeƒ.<br />
Dzielàc metody planowania i sterowania monta˝u<br />
na p∏aszczyênie jakoÊci wyników, wyró˝nia si´<br />
metody dok∏adne oraz przybli˝one. Metody dok∏adne<br />
oparte sà na podejÊciu jednopoziomowym. Zastosowanie<br />
programowania ca∏kowitoliczbowego<br />
umo˝liwia wyznaczenie rozwiàzania optymalnego ze<br />
wzgl´du na przyj´te kryterium. Przyk∏ady zastosowania<br />
tego narz´dzia matematycznego w metodach<br />
planowania monta˝u z równoczesnà selekcjà sekwencji<br />
monta˝owych mo˝na znaleêç w pracy [1].<br />
Natomiast stosowanie metod hierarchicznych skutkuje<br />
wyznaczaniem rozwiàzaƒ przybli˝onych. Przeglàd<br />
dok∏adnych oraz przybli˝onych metod planowania<br />
i sterowania przep∏ywami produktów przez linie<br />
produkcyjne zamieszczono w pracy [3].<br />
W porównanych w niniejszym artykule metodach<br />
wykorzystano programowanie matematyczne. Dla<br />
ka˝dego z poziomów metod zbudowano liniowe modele<br />
zadaƒ programowania ca∏kowitoliczbowego,<br />
uwzgl´dniajàce kryterium czasowe. Metody te s∏u˝à<br />
do wyznaczania rozwiàzaƒ optymalnych (metoda<br />
monolityczna) oraz przybli˝onych (dwie zaprezentowane<br />
metody dwupoziomowe).<br />
Koncepcje porównywanych metod<br />
Na rys. 2. przedstawiono schematy blokowe trzech<br />
porównywanych metod harmonogramowania monta˝u<br />
i selekcji sekwencji monta˝owych. Metody M1<br />
i M2 nale˝à do grupy metod hierarchicznych (dwupoziomowych),<br />
natomiast metoda M3 jest metodà<br />
monolitycznà.<br />
Danymi wejÊciowymi dla wszystkich metod sà<br />
parametry, opisujàce równoczeÊnie montowane produkty<br />
(sekwencje, czasy operacji) oraz maszyny monta˝owe<br />
i stadia (ich mo˝liwoÊci technologiczne, dost´pnoÊç,<br />
przynale˝noÊç maszyn do stadiów). W obu<br />
metodach hierarchicznych na poziomie I rozwiàzywane<br />
jest zadanie selekcji sekwencji monta˝owych.<br />
W przypadku metody M1 zadanie to rozwiàzywane<br />
jest równoczeÊnie z równowa˝eniem obcià˝eƒ<br />
maszyn, natomiast w metodzie M2 selekcja sekwencji<br />
dokonywana jest równoczeÊnie z równowa˝eniem<br />
Rys. 2. Schematy blokowe metod<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
27
obcià˝eƒ stadiów. W odniesieniu do obu metod<br />
hierarchicznych na poziomie I dokonywany jest rozdzia∏<br />
operacji w przestrzeni. Jednak zgodnie z metodà<br />
M1 rozdzia∏ ten polega na przydziale operacji<br />
do maszyn, a metoda M2 zapewnia przydzia∏ operacji<br />
do stadiów, czyli zbiorów maszyn pracujàcych<br />
równolegle. Rozdzia∏ podajników cz´Êci pomi´dzy<br />
stadia dokonywany jest równie˝ na poziomie I hierarchicznych<br />
metod. Podajniki przydzielane sà do tych<br />
stadiów, którym przypisano operacje monta˝owe,<br />
wymagajàce wykorzystania tych urzàdzeƒ.<br />
Poziomy II obu hierarchicznych metod przeznaczone<br />
sà do uszeregowania operacji monta˝owych.<br />
W przypadku metody M1 operacje rozdzielane sà<br />
tylko w czasie, natomiast zgodnie z metodà M2 operacje<br />
rozdzielane sà na tym poziomie metody zarówno<br />
w czasie, jak i w przestrzeni. Na poziomie II metody<br />
M2 odpowiednie operacje monta˝owe przydzielane<br />
sà do tych maszyn, które przynale˝à do stadiów<br />
wybranych na poziomie I.<br />
W przypadku monolitycznej metody M3 wszystkie<br />
zadania rozwiàzywane sà równoczeÊnie. Proponowane<br />
metody s∏u˝à wyznaczaniu harmonogramów<br />
monta˝u o jak najkrótszych d∏ugoÊciach uszeregowania<br />
operacji przynale˝nych wybranym sekwencjom.<br />
W porównywanych metodach uwzgl´dniono dwa<br />
rodzaje marszrut produkcyjnych:<br />
– sztywne marszruty monta˝u – ka˝dy typ operacji<br />
przydzielany jest do maszyn nale˝àcych do tego<br />
samego stadium;<br />
– alternatywne marszruty monta˝u – ka˝dy typ<br />
operacji przydzielany jest do co najmniej jednej<br />
maszyny, a maszyny te mogà byç rozmieszczone<br />
w ró˝nych stadiach.<br />
Szczegó∏owy opis metod<br />
Dla ka˝dego poziomu metod hierarchicznych oraz<br />
dla metody monolitycznej zbudowane zosta∏y liniowe<br />
modele matematyczne zadaƒ programowania<br />
ca∏kowitoliczbowego. Opisy parametrów, sformu∏owanych<br />
dla poszczególnych metod, sà podobne.<br />
Wykaz parametrów uwzgl´dnianych w tych metodach<br />
zamieszczono w tab. I. Metody ró˝nià si´ sformu-<br />
∏owaniem niektórych zmiennych binarnych. Model<br />
matematyczny, zbudowany dla metody M3, opisano<br />
szczegó∏owo w pracy [4]. Dzi´ki temu modelowi<br />
operacje monta˝owe równoczeÊnie rozdzielane sà<br />
w czasie i w przestrzeni. Dla metody M3 zdefiniowano<br />
zmienne z ijls<br />
= 1, je˝eli na maszynie i wykonywana<br />
jest operacja j w przedziale czasowym l wg<br />
wybranej sekwencji monta˝owej s, inaczej z ijls<br />
= 0.<br />
Zmiennym, sformu∏owanym dla pozosta∏ych metod,<br />
przyporzàdkowano mniejszà liczb´ indeksów, co wynika<br />
z hierarchicznego uj´cia problemu.<br />
Prezentacj´ modeli zbudowanych dla metody M2<br />
zamieszczono w pracy [5]. WartoÊci zmiennych<br />
x vj<br />
= 1, zdefiniowanych dla poziomu I metody M2,<br />
oznaczajà przydzia∏ do stadium v operacji typu j,<br />
inaczej x vj<br />
= 0. Rozwiàzywane jest zadanie równowa˝enia<br />
obcià˝eƒ stadiów. Wyznaczone czasy<br />
obcià˝eƒ poszczególnych stadiów przez operacje<br />
wykonywane dla poszczególnych produktów stanowià<br />
dane wejÊciowe do poziomu II metody M2.<br />
Operacje przypisane produktom i przyporzàdkowane<br />
stadiom przydzielane sà do maszyn nale˝àcych do<br />
tych stadiów, które zosta∏y wybrane na poziomie I do<br />
wykonywania poszczególnych typów operacji. RównoczeÊnie<br />
operacje rozdzielane sà w przestrzeni.<br />
WartoÊci zmiennych q ikl<br />
= 1, je˝eli maszynie i przydzielono<br />
operacj´ wykonywanà dla produktu k w przedziale<br />
czasowym l, inaczej q ikl<br />
= 0. Model matematyczny,<br />
zbudowany dla poziomu I metody M1, opublikowano<br />
w pracy [6].<br />
W odró˝nieniu od metody M2, w metodzie M1 na<br />
poziomie I ma miejsce ostateczny rozdzia∏ operacji<br />
w przestrzeni. W tym celu równowa˝one sà obcià˝enia<br />
maszyn. WartoÊci zmiennych x ij<br />
= 1, je˝eli maszynie<br />
i przyporzàdkowano wykonywanie operacji<br />
typu j, inaczej x ij<br />
= 0. We wszystkich porównywanych<br />
metodach wyznaczane sà ponadto wartoÊci zmiennych<br />
decyzyjnych u s<br />
, okreÊlajàcych wybór sekwencji<br />
monta˝owej s. W przypadku metod hierarchicznych<br />
zadanie to realizowane jest na poziomie<br />
I. We wszystkich metodach wyznaczane sà<br />
wartoÊci zmiennych, okreÊlajàcych obcià˝enie buforów<br />
– zmienne te zdefiniowano jednakowo w metodach<br />
i opisano w tab. I.<br />
W pracy przedstawiono opis modelu matematycznego,<br />
zbudowanego dla poziomu II metody M1.<br />
W tabeli I, oprócz indeksów i parametrów, zestawiono<br />
równie˝ zmienne sformu∏owane dla tego modelu.<br />
TABELA I. Zestawienie indeksów, parametrów i zmiennych<br />
Zbiory:<br />
I – zbiór maszyn: I = {1, …, M};<br />
J – zbiór typów operacji: J = {1, …, N};<br />
K – zbiór typów produktów: K = {1, …, W};<br />
L – zbiór przedzia∏ów czasowych: L = {1, …, H};<br />
V – zbiór stadiów: V = {1, …, ϑ};<br />
F – zbiór uporzàdkowanych par (i, v), takich, ˝e<br />
maszyna i nale˝y do stadium v;<br />
Parametry:<br />
d v<br />
– pojemnoÊç bufora mi´dzyoperacyjnego,<br />
umieszczonego przed stadium v;<br />
g vk<br />
– czas transportu produktu k z maszyny, na której<br />
uprzednio zakoƒczono operacj´, na maszyn´<br />
w stadium v, uwzgl´dniajàcy orientacj´<br />
przestrzennà produktu i zamocowanie go<br />
w uchwycie;<br />
t ik<br />
– czas obcià˝enia maszyny i przez produkt k<br />
– rozwiàzanie zadania sformu∏owanego<br />
dla poziomu I;<br />
α<br />
– dowolna liczba ca∏kowita, wi´ksza od liczby<br />
rozpatrywanych przedzia∏ów czasowych;<br />
µ il<br />
= 1, je˝eli maszyna i jest dost´pna w przedziale<br />
czasowym l, inaczej µ il<br />
= 0;<br />
Zmienne:<br />
q ikl<br />
= 1, je˝eli w przedziale l operacja dla produktu k jest<br />
wykonywana na maszynie i, inaczej q ikl<br />
= 0;<br />
y vkl<br />
= 1, je˝eli w przedziale l produkt k znajduje si´<br />
w buforze przed stadium v, inaczej y vkl<br />
= 0<br />
28 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Cechà charakterystycznà opracowanych metod<br />
jest podzia∏ d∏ugoÊci uszeregowania na jednostkowe<br />
przedzia∏y czasowe l (tab. I). Liczba uwzgl´dnianych<br />
przedzia∏ów czasowych, oznaczona H (tab. I),<br />
nie mo˝e byç mniejsza od szacowanej d∏ugoÊci uszeregowania<br />
operacji monta˝owych. W celu oszacowania<br />
liczby tych przedzia∏ów mo˝na zastosowaç<br />
procedur´, uwzgl´dniajàcà planowane przestoje maszyn,<br />
opisanà w pracy [5], a tak˝e w pracy [6].<br />
Oto model matematyczny zbudowany dla poziomu<br />
II metody M1:<br />
Zminimalizowaç:<br />
przy ograniczeniach:<br />
(1)<br />
(2)<br />
(3)<br />
(4)<br />
(5)<br />
(6)<br />
(7)<br />
(8)<br />
(9)<br />
(<strong>10</strong>)<br />
W przedstawionym modelu matematycznym aproksymowana<br />
jest minimalizacja d∏ugoÊci uszeregowania.<br />
Minimalizacja sumy (1) zapewnia nie tylko<br />
budow´ harmonogramów o jak najkrótszych d∏ugoÊciach,<br />
ale równie˝ relatywnie krótkie czasy zakoƒczenia<br />
ostatnich operacji dla ka˝dego z produktów,<br />
czyli jak najkrótsze Êrednie czasy przep∏ywu produktów<br />
przez lini´ monta˝owà [7]. Poszukiwany jest<br />
ponadto taki harmonogram, w którym bufory mi´dzystadialne<br />
sà jak najmniej obcià˝one – w idealnym<br />
przypadku produkty przemieszczajà si´ bezpoÊrednio<br />
pomi´dzy maszynami. Poszczególne ograniczenia,<br />
zbudowane dla modelu, zapewniajà: (2) – wykonanie<br />
co najwy˝ej jednej operacji na maszynie udost´pnionej<br />
w danym przedziale czasowym; (3) – rozdzia∏<br />
wszystkich operacji pomi´dzy maszyny i wykonanie<br />
ich w danym czasie; (4) – niepodzielnoÊç w czasie<br />
wykonywanych operacji; (5) – zachowanie kolejnoÊci<br />
wykonywania operacji w jednokierunkowym systemie<br />
przep∏ywowym z uwzgl´dnieniem czasu transportu<br />
produktów pomi´dzy maszynami przynale˝nymi<br />
do ró˝nych stadiów; (6) – wyznaczenie czasu<br />
pobytu w buforach przez poszczególne produkty;<br />
(7) i (8) – umieszczenie produktu w buforze bezpoÊrednio<br />
przed wykonaniem kolejnych operacji;<br />
(9) – uwzgl´dnienie ograniczonej pojemnoÊci buforów;<br />
(<strong>10</strong>) – binarnoÊç zmiennych decyzyjnych.<br />
Eksperymenty obliczeniowe<br />
Przeprowadzone eksperymenty obliczeniowe s∏u-<br />
˝y∏y porównaniu harmonogramów budowanych<br />
z zastosowaniem metod M1, M2 i M3. Przeprowadzono<br />
je dla 4 grup zadaƒ testowych, których parametry<br />
zestawiono w tab. II. Dla ka˝dej z grup rozwiàzano<br />
20 przyk∏adów. Liniowe modele matematyczne<br />
zosta∏y zakodowane w j´zyku AMPL (ang.<br />
A Modelling Language for Mathematical Programming)<br />
[8]. Do obliczeƒ u˝yto komputera PC 1.66 MHz<br />
i wykorzystano pakiet optymalizacji dyskretnej GNU<br />
Linear Programming Kit (GLPK). Nie ograniczano<br />
czasu obliczeƒ dla pakietu optymalizacji dyskretnej<br />
– dla ka˝dego zadania czàstkowego wyznaczono<br />
rozwiàzanie optymalne ze wzgl´du na uwzgl´dniane<br />
kryterium. Rozmiary testowych zadaƒ, okreÊlone<br />
w tej tabeli, uzale˝nione by∏y od ograniczonych mo˝liwoÊci<br />
zastosowanego pakietu optymalizacji dyskretnej.<br />
Najwi´kszà liczb´ parametrów, zmiennych<br />
i ograniczeƒ uwzgl´dniono w monolitycznej metodzie<br />
M3.<br />
Do porównania metod wykorzystano dwa wskaêniki.<br />
Oto one:<br />
<br />
– wskaênik s∏u˝àcy porównaniu<br />
d∏ugoÊci uszeregowaƒ operacji monta-<br />
˝owych, wyznaczonych przy wykorzystaniu metody<br />
hierarchicznej M (M1 lub M2) z d∏ugoÊcià harmonogramu<br />
wyznaczonego w oparciu o metod´ monolitycznà<br />
M, gdzie<br />
– d∏ugoÊci uszeregowaƒ<br />
wyznaczonych przy wykorzystaniu metod hierarchicznych<br />
M (M1 lub M2), metody monolitycznej M3.<br />
Dla poszczególnych metod d∏ugoÊç uszeregowania<br />
wyznaczono wg zale˝noÊci (11) (S – zbiór sekwencji<br />
monta˝owych). Opisywany wskaênik przedstawia<br />
odchy∏k´ rozwiàzania przybli˝onego od optymalnego.<br />
<br />
(11)<br />
– wskaênik s∏u˝àcy porównaniu<br />
czasów obliczeƒ, gdzie: CPU M3 , CPU M – czasy obliczeƒ<br />
przy zastosowaniu metody monolitycznej M3, hierarchicznej<br />
M (M1, M2).<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
29
TABELA II. Parametry grup zadaƒ i wyniki porównaƒ metod<br />
Grupa Parametry grupy zadaƒ Sztywne marszruty Alternatywne marszruty<br />
M1 M2 M3 M3 M1 M2 M3 M3<br />
zadaƒ ϑ M N W S H σ M3<br />
σ M3<br />
χ M1<br />
χ M2<br />
σ M3<br />
σ M3<br />
χ M1<br />
χ M2<br />
1 2 4 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 14 9,5 8,8 6,2 5,5 8,9 6,2 8,9 8,1<br />
2 2 6 12 5 <strong>10</strong> 16 8,6 6,3 8,1 7,4 7,7 5,6 9,6 8,8<br />
3 3 6 14 5 <strong>10</strong> 18 7,7 5,4 11,3 9,9 6,4 5,2 14,2 11,7<br />
4 3 8 14 6 12 20 7,9 5,6 12,8 <strong>10</strong>,1 6,2 5,1 14,9 13,0<br />
Liczby: ϑ – stadiów, M – maszyn, N – typów operacji monta˝owych, W – typów produktów, S – sekwencji monta˝owych,<br />
H – przedzia∏ów czasowych.<br />
Zestawione w tabeli II wartoÊci Êrednie wskaêników<br />
σ i χ umo˝liwiajà bezpoÊrednie porównanie<br />
metod M1 i M2 z monolitycznà metodà M3. WartoÊci<br />
wskaênika σ wykazujà, ˝e w przypadku zastosowania<br />
metody M1 otrzymywane harmonogramy by∏y d∏u˝sze<br />
o 7,9 ÷ 9,5% dla sztywnych marszrut i o 6,2 ÷ 8,9<br />
dla alternatywnych marszrut, w porównaniu do zastosowania<br />
metody M3, przeznaczonej do wyznaczania<br />
rozwiàzaƒ optymalnych. Natomiast w przypadku<br />
metody M2 odchy∏ka od optimum d∏ugoÊci<br />
uszeregowania wynosi∏a 5,6 ÷ 8,8% dla sztywnych<br />
marszrut oraz 5,1 ÷ 6,2 dla alternatywnych marszrut.<br />
Porównanie to wykazuje równie˝, ˝e krótsze harmonogramy<br />
wyznaczane by∏y przy zastosowaniu metody<br />
M3, ni˝ w przypadku wykorzystania M2.<br />
Budowa harmonogramów o najkrótszych d∏ugoÊciach<br />
przy wykorzystaniu metody M3 zosta∏a jednak<br />
okupiona czasoch∏onnoÊcià obliczeƒ, wynikajàcà<br />
z koniecznoÊci równoczesnego uwzgl´dnienia<br />
wielu parametrów, ograniczeƒ i zmiennych. Zastosowanie<br />
metody M1 umo˝liwi∏o wyznaczenie rozwiàzaƒ<br />
w czasie do 13 razy krótszym w przypadku<br />
sztywnych marszrut i w czasie do 15 razy krótszym<br />
dla alternatywnych marszrut – w porównaniu do zastosowania<br />
metody M3. Natomiast w przypadku<br />
zastosowania metody M2 czas rozwiàzania skrócono<br />
do oko∏o <strong>10</strong> razy – dla sztywnych marszrut oraz do<br />
oko∏o 13 razy – dla alternatywnych marszrut. Korzystniejsze<br />
wartoÊci wskaênika σ dla metody M2,<br />
w porównaniu do zastosowania metody M1, zosta∏y<br />
osiàgni´te kosztem wzrostu czasu obliczeƒ, co zosta∏o<br />
odzwierciedlone w przedstawionych w tabeli II wartoÊciach<br />
wskaênika χ. WartoÊç tego wskaênika znacznie<br />
wzrasta∏a wraz ze wzrostem rozmiaru rozwiàzywanego<br />
zadania.<br />
Budowa harmonogramów monta˝u dla sztywnych<br />
marszrut, przyczyniajàca si´ do wi´kszej d∏ugoÊci<br />
uszeregowania operacji monta˝owych, ale wymagajàca<br />
krótszych czasów obliczeƒ – w porównaniu<br />
z uwzgl´dnieniem marszrut alternatywnych – skutkowa∏a<br />
równie˝ uzyskiwaniem wi´kszych wartoÊci<br />
wskaênika σ i mniejszych wartoÊci wskaênika χ.<br />
Uwagi i wnioski<br />
Zaprezentowane porównanie trzech metod harmonogramowania<br />
monta˝u dla linii monta˝owych<br />
z buforami mi´dzyoperacyjnymi pozwoli∏o nie tylko<br />
okreÊliç wady i zalety poszczególnych metod, ale<br />
równie˝ dwóch alternatywnych podejÊç do planowania<br />
monta˝u: monolitycznego i hierarchicznego.<br />
Wykaza∏o ono znaczne skrócenie d∏ugoÊci uszeregowania<br />
w przypadku zastosowania podejÊcia monolitycznego,<br />
w porównaniu z koncepcjà wielopoziomowà,<br />
kosztem czasoch∏onnoÊci obliczeƒ. Porównaƒ<br />
dokonano równie˝ na p∏aszczyênie marszrut monta˝u.<br />
Przedstawione metody mogà s∏u˝yç przeprowadzaniu<br />
symulacji – badaniu wp∏ywu rodzaju<br />
marszrut na d∏ugoÊç harmonogramów, uzupe∏nionej<br />
o analiz´ ponoszonych w zwiàzku z tym kosztów (m.in.<br />
rozmieszczenia podajników cz´Êci, przep∏ywów produktów<br />
przez lini´ monta˝owà).<br />
Porównanie dwóch hierarchicznych metod wykaza∏o,<br />
˝e pozostawienie wi´kszych kompetencji poziomowi<br />
szeregowania operacji wp∏ywa korzystnie<br />
na jakoÊç budowanych harmonogramów. Dokonywanie<br />
przydzia∏u operacji do maszyn na poziomie II<br />
zwi´ksza czasoch∏onnoÊç obliczeƒ, w porównaniu<br />
z realizacjà tego zadania na poziomie I, ale buduje si´<br />
relatywnie krótsze harmonogramy.<br />
Metoda monolityczna M3 przeznaczona jest przede<br />
wszystkim do rozwiàzywania problemów o relatywnie<br />
niewielkich rozmiarach. Pozosta∏e metody, dzi´ki zastosowaniu<br />
koncepcji dwupoziomowej, sà wskazane<br />
do wyznaczania rozwiàzaƒ dla problemów o wi´kszych<br />
rozmiarach. Obserwowany rozwój techniki<br />
komputerowej i oprogramowania daje jednak dobre<br />
perspektywy dla wykorzystywania wszystkich porównanych<br />
metod, opartych na programowaniu<br />
ca∏kowitoliczbowym. Rozwój ten zapewnia mo˝liwoÊç<br />
rozwiàzywania w coraz krótszym czasie problemów<br />
o coraz wi´kszych rozmiarach.<br />
LITERATURA<br />
1. Sawik T.: Production Planning and Scheduling in Flexible<br />
Assembly Systems. Springer-Verlag, Berlin1999.<br />
2. ¸ebkowski P.: Metody komputerowego wspomagania monta˝u<br />
mechanicznego w elastycznych systemach produkcyjnych.<br />
Wydawnictwa AGH, Kraków 2000.<br />
3. Quadt D., Kuhn H.: A taxonomy of flexible flow line<br />
scheduling procedures. European Journal of Operational<br />
Research, Vol 178, No. 3, 2007, pp. 686 – 698.<br />
4. Magiera M.: Monolityczna metoda selekcji i szeregowania<br />
sekwencji monta˝owych dla systemów przep∏ywowych.<br />
Technologia i Automatyzacja Monta˝u, nr 2 i 3, 2007;<br />
ss. <strong>10</strong> – 13.<br />
5. Magiera M.: Hierarchiczna metoda planowania monta˝u dla<br />
elastycznej linii monta˝owej z maszynami równoleg∏ymi<br />
o ograniczonej dost´pnoÊci [w:] Komputerowo zintegrowane<br />
zarzàdzanie. Praca pod red. R. Knosali. Tom II, Wydawnictwa<br />
Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005, ss. 56 – 65.<br />
6. Magiera M.: Algorytmy selekcji sekwencji monta˝owych dla<br />
systemów przep∏ywowych z uwzgl´dnieniem przestojów<br />
maszyn [w:] Technologia i Automatyzacja Monta˝u, nr 2,<br />
2006, ss. 30 – 33.<br />
7. Magiera M.: Hierarchiczna metoda planowania produkcji dla<br />
systemu przep∏ywowego bez magazynów. Wydawnictwo<br />
Politechniki Âlàskiej 2006, Zeszyty Naukowe, Automatyka,<br />
z.144, ss. 57 – 62.<br />
8. Fourer R., Gay D., Kernighan B.: AMPL, A Modelling<br />
Language for Mathematical Programming. Duxbury Press,<br />
Pacific Grove, CA. 2003.<br />
30 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Wykorzystanie lasera pomiarowego<br />
wspó∏pracujàcego z robotem przemys∏owym<br />
do sortowania cz´Êci<br />
Possibility of using measuring laser in co-operation<br />
with industrial robot to sort elements<br />
PIOTR ZYZAK<br />
Streszczenie: Artyku∏ przedstawia mo˝liwoÊci wykorzystania wspó∏pracy robota przemys∏owego z laserem pomiarowym<br />
do realizacji okreÊlonego zadania. Podano charakterystyk´ robota przemys∏owego i lasera pomiarowego, a tak˝e<br />
podstawowy algorytm programowania robota dokonujàcego lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy i sortowania cz´Êci<br />
w ÊciÊle zdefiniowanej przestrzeni (uk∏adzie wspó∏rz´dnych). W cz´Êci analitycznej zdefiniowano okreÊlone zadanie dla<br />
robota oraz przedstawiono schemat blokowy programu rozwiàzujàcego zadanie.<br />
S∏owa kluczowe: roboty przemys∏owe, laser pomiarowy, algorytm programu sterujàcego<br />
Abstract: The paper deals with a possibility of implementation of co-operation of industrial robot with measuring laser to<br />
accomplish a given task. Performance characteristics of the industrial robot and the measuring laser have been presented.<br />
Moreover, the paper describes basic programming algorithm of the robot carrying-out location of elements, measurement<br />
of diameter and sorting the elements according to the strictly defined space (co-ordinate system). In the analytical part of<br />
the paper a pre-determined task for the robot has been defined and a block diagram of the program solving such task<br />
has been provided.<br />
Keywords: industrial robots, measuring laser, algorithm of the control program<br />
Od dawna w zastosowaniach technologicznych<br />
dominowa∏y i nadal przewa˝ajà stykowe metody<br />
pomiarowe, które cechujà si´ wysokà dok∏adnoÊcià.<br />
Ich wadà jest jednak sama zasada pomiarowa, czyli<br />
koniecznoÊç styku elementu przyrzàdu pomiarowego<br />
(np. koƒcówki pomiarowej sondy na wspó∏rz´dnoÊciowych<br />
maszynach pomiarowych) z powierzchniami<br />
wykorzystywanymi w danym pomiarze. Nie<br />
zawsze jest to realne. Mogà te˝ wystàpiç znaczàce<br />
utrudnienia – niektóre materia∏y, konstrukcje przedmiotów<br />
(elementy cienkoÊcienne, tworzywa sztuczne,<br />
otwory o ma∏ych Êrednicach, kraw´dzie i naro˝a<br />
o ma∏ych promieniach zaokràgleƒ) – wp∏ywajàce na<br />
b∏àd pomiarowy [1].<br />
Rozwój pomiarów bezstykowych, który nastàpi∏<br />
w ostatnich 20 latach, zwiàzany jest z rozwojem<br />
w zakresie optoelektroniki, w której noÊnikiem informacji<br />
jest Êwiat∏o [1]. Nie bez znaczenia jest post´p<br />
w uk∏adach mikroprocesorowych, przek∏adajàcy<br />
si´ na wzrost mocy obliczeniowej. Pomiar bezstykowy<br />
bazuje na zjawisku rozproszenia Êwiat∏a lub jego<br />
odbicia od powierzchni przedmiotu. Sama klasyfikacja<br />
metod (rys. 1) [1] wskazuje na wag´ problematyki.<br />
Na rys. 1 dodatkowo oznakowano metod´ najbardziej<br />
rozpowszechnionà w zakresie bezstykowych pomiarów<br />
wielkoÊci geometrycznych.<br />
Dr in˝. Piotr Zyzak – Katedra Technologii Maszyn<br />
i Automatyzacji Akademii Techniczno-Humanistycznej<br />
w Bielsku-Bia∏ej, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Bia∏a, e-mail:<br />
pzyzak@ath.bielsko.pl.<br />
Tradycyjne metody pomiarów w warunkach przemys∏owych<br />
sà czasoch∏onne. Wymagajà zdefiniowania<br />
i oznaczania punktów pomiarowych, montowania<br />
wielu czujników, okablowania, kalibracji czujników<br />
i koƒcowego demonta˝u. Wszystkie te czynnoÊci<br />
Rys. 1. Podzia∏ optycznych metod akwizycji danych pomiarowych<br />
[1]<br />
nale˝y wykonywaç po ka˝dej modyfikacji obiektu<br />
mierzonego. Stanowisko robota przemys∏owego<br />
MOTOMAN UP6 wyposa˝onego w laser pomiarowy<br />
LK-G Series firmy KEYENCE w sposób w pe∏ni<br />
zautomatyzowany dokonuje pomiarów z∏o˝onych<br />
struktur znacznie szybciej i z wy˝szà g´stoÊcià punktów<br />
pomiarowych ni˝ tradycyjne systemy. Laser jest<br />
zamocowany mechanicznie do robota i za pomocà<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
31
odpowiedniego oprogramowania do∏àczonego przez<br />
producenta lasera istnieje mo˝liwoÊç dokonywania<br />
pomiarów obiektów o ró˝nej strukturze geometrycznej.<br />
Dzi´ki mechanicznemu zamocowaniu g∏owicy<br />
lasera pomiarowego do chwytaka, robot zapewnia<br />
automatycznà zmian´ jej pozycji podczas dokonywania<br />
lokalizacji, pomiaru Êrednicy i sortowania<br />
cz´Êci.<br />
Charakterystyka robota przemys∏owego<br />
i lasera pomiarowego<br />
Robot przemys∏owy MOTOMAN UP6 (rys. 2) jest<br />
przegubowym robotem szeÊcioosiowym o typowej<br />
kinematyce typu PUMA. Charakteryzuje si´ udêwigiem<br />
6 kg, mocà nap´dów 2 kVA, stosunkowo<br />
pomocà mo˝na bezpoÊrednio sterowaç nap´dami<br />
robota, edytowaç programy sterujàce oraz wykonywaç<br />
wszelkie inne czynnoÊci zwiàzane z obs∏ugà<br />
sterownika.<br />
Laser pomiarowy KEYENCE LK-H152, wykorzystywany<br />
do lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy<br />
i sortowania, jest laserem skoncentrowanym typu<br />
„spot”. Emitowana przez laser wiàzka Êwiat∏a skupia<br />
si´ w jednym punkcie, tworzàc widocznà kropk´.<br />
W celu przeprowadzenia pomiarów laserem pomiarowym<br />
z najwi´kszà dok∏adnoÊcià nale˝y ustawiç<br />
laser w odleg∏oÊci 147,5±2 mm od badanej<br />
powierzchni. Gdy warunek ten jest spe∏niony, na<br />
górnej obudowie lasera zaÊwieca si´ zielona dioda<br />
LED, w przeciwnym przypadku Êwieci si´ pomaraƒczowa.<br />
Rys. 2. Stanowisko robota przemys∏owego MOTOMAN UP6 [2]<br />
du˝à dok∏adnoÊcià (powtarzalnoÊç pozycjonowania<br />
ok. ±0,08 mm) i szerokim zakresem pr´dkoÊci ruchów<br />
cz∏onów (do 9000 cm/min). Jest on u˝ywany przede<br />
wszystkim jako robot spawalniczy. Nap´d robota<br />
MOTOMAN UP6 stanowi zespó∏ szeÊciu silników<br />
pràdu zmiennego 3-fazowego, wyposa˝onych w absolutne<br />
przetworniki obrotowo-impulsowe (uk∏ad<br />
pomiarowy), sterowanych przez serwonap´dy (przemienniki<br />
cz´stotliwoÊci). Stàd nie jest wymagana<br />
ka˝dorazowo po w∏àczeniu zasilania procedura<br />
kalibracji (bazowania) robota i od razu jest on gotowy<br />
do pracy. Robot przemys∏owy MOTOMAN UP6<br />
wykorzystuje sterownik Yaskawa XRC (rys. 2), który<br />
cechuje si´ mo˝liwoÊcià sterowania maksimum<br />
27 osiami numerycznymi, roz∏o˝onymi mi´dzy maksimum<br />
3 robotami. Dzi´ki budowie modu∏owej mo˝e<br />
byç wyposa˝ony w dodatkowe karty, obs∏ugujàce<br />
np. dodatkowe wejÊcia/wyjÊcia dyskretne, analogowe<br />
(wbudowany sterownik PLC) czy protoko∏y<br />
komunikacyjne. Standardowo sterownik udost´pnia<br />
projektowanie programów sterujàcych metodà<br />
uczenia dyskretnego (Teach-In). Integralnym elementem<br />
sterownika jest panel programisty. Za jego<br />
Laser LK-H152 mo˝e s∏u˝yç m.in.:<br />
do pomiaru odleg∏oÊci pomi´dzy punktem odniesienia<br />
a dowolnym punktem (znajdujàcym si´ na<br />
badanym elemencie) w zakresie pomiaru,<br />
do wykrywania elementów znajdujàcych si´<br />
w jego zakresie pomiarowym (gdy wykryje obecnoÊç<br />
przedmiotu, wystawia sygna∏ 1 lub 0 w zale˝noÊci<br />
od zastosowania),<br />
do obliczania ró˝nicy pomi´dzy wymiarem<br />
maksymalnym a minimalnym w wybranych punktach<br />
umieszczonych na odcinku pomiarowym, np. przy<br />
wyznaczaniu wysokoÊci nierównoÊci.<br />
Podstawowe dane dotyczàce lasera przedstawiono<br />
w tabeli.<br />
Laser LK-H152 wspó∏pracuje z kontrolerem<br />
LK-G5001P, dzi´ki któremu mo˝liwe jest wykonywanie<br />
pomiarów, komunikacja z komputerem PC lub<br />
sterownikiem PLC, pod∏àczenie monitora analogowego<br />
itp. W celu rozszerzenia mo˝liwoÊci kontrolera<br />
mo˝na do niego pod∏àczyç drugà g∏owic´ laserowà<br />
lub panel wyÊwietlacza, na którym pokazywana<br />
jest m.in. wartoÊç mierzona, wartoÊç tolerancji, stan<br />
emisji laserowej lub status pomiaru itp.<br />
32 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Rys. 3. Umiejscowienie lasera pomiarowego LK-H152 na chwytaku robota przemys∏owego: 1 – laser pomiarowy, 2 – chwytak<br />
robota przemys∏owego [3]<br />
Laser pomiarowy LK-H152 – podstawowe dane techniczne [4]<br />
Model<br />
LK-H152<br />
Odbicie rozproszone – do<br />
pomiaru dobrze mierzalnych<br />
przedmiotów<br />
Tryb zamocowania<br />
Odbicie zwierciadlane – do<br />
pomiaru przezroczystych/<br />
lustrzanych przedmiotów<br />
150 mm – skoncentrowane<br />
typu „spot”<br />
Dystans odniesienia<br />
147,5 mm – odbicie<br />
zwierciadlane<br />
±40 mm – skoncentrowane<br />
typu „spot”<br />
Zakres pomiarowy<br />
(–39,5 mm do +24,4 mm)<br />
– odbicie zwierciadlane<br />
Typ<br />
Czerwony laser<br />
pó∏przewodnikowy<br />
D∏ugoÊç fali 665 nm<br />
èród∏o Êwiat∏a Klasa lasera IEC 60825-1 Klasa 2<br />
Moc wyjÊciowa 0,95 mW<br />
Klasa lasera FDA(CDRH)21CFR Klasa II<br />
Ârednica plamki φ 120 µm<br />
Waga<br />
oko∏o 300 g<br />
Cz´Êç doÊwiadczalna<br />
Programowanie robota przemys∏owego jest jednym<br />
z najtrudniejszych w realizacji zadaƒ w zautomatyzowanych<br />
systemach wytwarzania. Jest ono<br />
szczególnie trudne, poniewa˝ jest zdeterminowane<br />
wymaganiami procesu technologicznego. Sk∏ada si´<br />
z dwóch zadaƒ: podstawowego – jakim jest programowanie<br />
ruchu, i pomocniczego – obejmujàcego<br />
realizacj´ warunków synchronizacji robota z procesem<br />
technologicznym.<br />
Istotnym zadaniem w przypadku dokonywania<br />
lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy i sortowania<br />
cz´Êci przez robota jest okreÊlenie trajektorii<br />
ruchu robota. Jest ona zdefiniowana miejscem docelowym,<br />
jakie robot powinien osiàgnàç i sposobem,<br />
w jaki powinien jà zrealizowaç. KoniecznoÊç<br />
unikania kolizji wymusza realizacj´ tego zadania<br />
metodà kolejnych kroków, tzw. kroków elementarnych.<br />
Krokiem elementarnym trajektorii robota nazywaç<br />
b´dziemy jego przemieszczenie wynikajàce<br />
ze zmiany wspó∏rz´dnych ruchu wyznaczonych<br />
w przestrzeni zewn´trznej robota (przestrzeƒ zadania<br />
robota). Oznacza to, ˝e ka˝da trajektoria robota jest<br />
„sumà” nast´pujàcych po sobie, uporzàdkowanych<br />
kroków elementarnych, po zrealizowaniu których<br />
robot osiàga zaplanowany stan. Stany osiàgane sà<br />
w wyniku realizacji przyj´tego sposobu dzia∏ania.<br />
Jak zatem widaç, zadanie planowania trajektorii<br />
robota sprowadza si´ do wyboru odpowiedniego<br />
ciàgu kroków elementarnych, osiàganych w nich<br />
stanów elementarnych oraz sposobów, za pomocà<br />
których mo˝e byç to zrealizowane [5].<br />
Nale˝y przyjàç, ˝e zadanie planowania trajektorii<br />
robota realizowane jest w uk∏adzie wspó∏rz´dnych,<br />
w którym poszczególne obiekty poddawane pomiarom<br />
nie zmieniajà swojego po∏o˝enia. Zatem, potencjalnà<br />
liczb´ wszystkich stanów, jakie robot mo˝e<br />
osiàgnàç, i kroków, jakie mo˝e zrealizowaç, mo˝na<br />
uznaç za skoƒczonà [5].<br />
Uwzgl´dniajàc poczynione we wprowadzeniu za-<br />
∏o˝enia, mo˝na uszczegó∏owiç okreÊlony podstawowy<br />
algorytm programowania robota, dokonujàcego<br />
lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy i sortowania<br />
cz´Êci w ÊciÊle zdefiniowanej przestrzeni<br />
(uk∏adzie wspó∏rz´dnych):<br />
Krok 1: Zdefiniuj zadanie, podajàc po∏o˝enie docelowe<br />
robota Pk (bie˝àcym po∏o˝eniem poczàtkowym<br />
jest P1),<br />
Krok 2: OkreÊl zbiór mo˝liwych do zrealizowania<br />
stanów robota w uk∏adzie wspó∏rz´dnych,<br />
Krok 3: Ustal sposób dzia∏ania, czyli poszukiwania<br />
kolejnych miejsc w przestrzeni pomiarowej,<br />
Krok 4: Parametryzuj okreÊlone wielkoÊci potrzebne<br />
do realizacji zadania, przypisujàc je do zmiennych,<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
33
Krok 5: Zapami´tuj wartoÊci wyznaczonych wielkoÊci,<br />
Krok 6: Wyznaczaj kolejno docelowe pozycje,<br />
bazuj na ich wspó∏rz´dnych.<br />
Pierwszà czynnoÊcià przed wykonaniem lokalizacji<br />
przedmiotu, pomiaru Êrednicy i sortowania<br />
cz´Êci przez robota przemys∏owego z u˝yciem lasera<br />
pomiarowego jest okreÊlenie przestrzeni roboczej,<br />
w której definiuje si´ uk∏ad wspó∏rz´dnych<br />
u˝ytkownika. Jest to uk∏ad kartezjaƒski i w nim<br />
programista, wg zdefiniowanego algorytmu, realizuje<br />
parametryczne programowanie robota przemys-<br />
∏owego, wykorzystujàc instrukcje j´zyka programowania<br />
INFORM II, który s∏u˝y do programowania<br />
robota przemys∏owego MOTOMAN UP6, dzia-<br />
∏ajàcego z wykorzystaniem sterownika XRC [6].<br />
INFORM II sk∏ada si´ z instrukcji i pozycji dodatkowych<br />
(znacznik i dane liczbowe). Instrukcje sà<br />
u˝ywane do wykonywania operacji i przetwarzania.<br />
W przypadku gdy pozycja robota w przestrzeni<br />
jest programowana instrukcjà ruchu (MOVE),<br />
automatycznie wyÊwietlana jest metoda interpolacji<br />
ruchu. Dodatkowe punkty: pr´dkoÊç, czas itp.<br />
sà wyÊwietlane w zale˝noÊci od rodzaju instrukcji.<br />
Najwa˝niejsze instrukcje, które sà cz´sto u˝ywane,<br />
znajdujà si´ w zestawie podzbioru instrukcji. Ogólnie<br />
w uk∏adzie sterowania XRC liczba instrukcji<br />
jest ograniczona, co pozwala na ∏atwiejszy ich wybór<br />
i wprowadzanie.<br />
TreÊç zadania do rozwiàzania zosta∏a zdefiniowana<br />
nast´pujàco: wykorzystujàc laser pomiarowy zamocowany<br />
w sposób mechaniczny do chwytaka robota,<br />
dokonaç lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy<br />
szeÊciu tarcz o zmiennej Êrednicy zewn´trznej i sta∏ej<br />
wartoÊci Êrednicy otworu w Êrodku tarczy. Na podstawie<br />
obliczonej wartoÊci Êrednicy zewn´trznej robot<br />
powinien posortowaç przedmioty, przenoszàc je<br />
w okreÊlone miejsce symulujàce pole odstawcze (lub<br />
wspó∏prac´ przenoÊników z robotem). Przedmioty<br />
u∏o˝one sà w sposób losowy wzd∏u˝ odcinka pomiarowego<br />
w przestrzeni pracy robota. Zadanie nale˝y<br />
rozwiàzaç w sposób parametryczny, wykorzystujàc<br />
instrukcje j´zyka programowania INFORM II.<br />
Pomiar Êrednicy zewn´trznej przedmiotu i sortowanie<br />
powinny byç realizowane przez zap´tlenie<br />
programu sterujàcego. Zadanie uznaje si´ za rozwiàzane<br />
wtedy, gdy wszystkie przedmioty zostanà<br />
u∏o˝one w ÊciÊle okreÊlone miejsca. W przypadku<br />
niewykrycia przedmiotu wzd∏u˝ odcinka pomiarowego,<br />
program sterujàcy powinien zakoƒczyç swoje<br />
dzia∏anie.<br />
Punkty pomiarowe wyznaczone z rzeczywistego<br />
przedmiotu sà zapami´tywane w okreÊlonych<br />
zmiennych, które nast´pnie mogà byç odczytane.<br />
W kolejnym kroku wyznacza si´ charakterystyczne<br />
pozycje robota i pozycje mierzonego obiektu. Po<br />
wykonaniu pomiarów Êrednicy przedmiotu dokonywana<br />
jest analiza wyników. Robot i proces lokalizacji<br />
przedmiotu sà kontrolowane przez oprogramowanie<br />
sterownika robota przemys∏owego. Wysoka<br />
g´stoÊç punktów pomiarowych uzyskiwana w krótkim<br />
czasie znacznie skraca czas pomiaru, np. pomiar<br />
Êrednicy przedmiotu typu tarcza z otworem mo˝e<br />
byç dokonany w czasie krótszym ni˝ kilkanaÊcie<br />
sekund. Proces pomiaru nie wymaga te˝ nadzorowania.<br />
Przedmiotami, których lokalizacji, pomiaru Êrednicy<br />
oraz sortowania ma dokonaç robot, sà aluminiowe<br />
elementy typu tarcza z otworem, o Êrednicach<br />
zewn´trznych φ:70, 80, 90, <strong>10</strong>0, 1<strong>10</strong>, 120 mm. Tarcze<br />
majà otwór wewn´trzny o Êrednicy φ 35 mm. Do centralnego<br />
ustawienia koƒcówki chwytajàcej robota<br />
w Êrodku wewn´trznego otworu krà˝ka wykorzystano<br />
laser KEYENCE LK-H152. Robot wyznacza Êrednic´<br />
zewn´trznà tarczy, wykorzystujàc instrukcje obliczeniowe,<br />
które oparte sà na podanych w kodzie êród-<br />
∏owym programu zmiennych, a nast´pnie odk∏ada<br />
go w inne dla ka˝dej tarczy miejsce. Laser pomiarowy<br />
podaje okreÊlone sygna∏y przy spe∏nieniu warunków<br />
logicznych, dzi´ki którym w uk∏adzie sterowania<br />
robota okreÊlonym zmiennym zostajà przyporzàdkowane<br />
charakterystyczne wielkoÊci niezb´dne do<br />
Rys. 4. Reprezentacja graficzna zadania lokalizacji pomiaru Êrednicy i sortowania cz´Êci przez robota przemys∏owego [2]<br />
34 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Rys. 5. Reprezentacja graficzna zadania – u∏o˝enie przedmiotów posortowanych w kolejnoÊci od najwi´kszej do najmniejszej<br />
Êrednicy [2]<br />
obliczeƒ, s∏u˝àcych rozwiàzaniu zadania. Instrukcje<br />
obliczeniowe realizowane sà niezale˝nie od instrukcji<br />
ruchu.<br />
Reprezentacja graficzna zadania pomiarowego<br />
zosta∏a przedstawiona na rys. 4 i 5. Zaznaczono<br />
po∏o˝enie uk∏adu wspó∏rz´dnych u˝ytkownika,<br />
w którym robot – wykonujàc program „NKR1” – dokonuje<br />
lokalizacji przedmiotu, pomiaru Êrednicy<br />
i sortowania cz´Êci. W punkcie X zdefiniowano charakterystyczne<br />
miejsce, w którym rozpoczyna si´<br />
realizacja opracowanego programu do lokalizacji,<br />
pomiaru Êrednicy i sortowania cz´Êci. Przedmioty<br />
przed wykonaniem programu powinny byç rozmieszczone<br />
wzd∏u˝ odcinka ORG-X. KolejnoÊç u∏o-<br />
˝enia przedmiotów do lokalizacji i pomiarów Êrednicy<br />
jest dowolna. Zaznaczono równie˝ po∏o˝enie na<br />
p∏aszczyênie XY miejsc, w które robot po dokonaniu<br />
lokalizacji i wyznaczeniu Êrednicy z u˝yciem lasera<br />
pomiarowego winien od∏o˝yç dany przedmiot. Po-<br />
∏o˝enie tych miejsc jest ÊciÊle zdefiniowane w programie<br />
s∏u˝àcym do lokalizacji, pomiaru Êrednicy<br />
i sortowania cz´Êci. Wspó∏rz´dne punktów okreÊlone<br />
na p∏aszczyênie XY, w które robot odk∏ada posortowane<br />
przedmioty, sà wa˝ne dla poprawnej<br />
realizacji zadania. W kolejnym programie s∏u˝àcym<br />
do uk∏adania cz´Êci ju˝ posortowanych w kolejnoÊci<br />
od najwi´kszej do najmniejszej Êrednicy wykorzystuje<br />
si´ wspó∏rz´dne punktów, opisujàcych<br />
miejsce w przestrzeni roboczej robota przemys-<br />
∏owego, w które by∏y od∏o˝one posortowane przez<br />
niego przedmioty.<br />
Schemat blokowy opracowanego programu do<br />
lokalizacji, pomiaru Êrednicy i sortowania cz´Êci przez<br />
robota przemys∏owego z u˝yciem lasera pomiarowego<br />
mo˝e zostaç udost´pniony przez autora.<br />
Podsumowanie<br />
Aktualnie ma∏o jest informacji dotyczàcych wspó∏pracy<br />
robotów przemys∏owych z laserami pomiarowymi.<br />
Wykorzystujàc mo˝liwoÊci uk∏adów sterowania<br />
robotów przemys∏owych w powiàzaniu<br />
z mo˝liwoÊciami pomiarowymi laserów, mo˝na<br />
opracowaç szczegó∏owe programy pomiarowe<br />
przeznaczone dla okreÊlonej grupy cz´Êci technologicznie<br />
podobnych. Niezb´dne jest w tym celu<br />
zdefiniowanie uk∏adu wspó∏rz´dnych, w którym robot<br />
przemys∏owy z u˝yciem lasera pomiarowego realizuje<br />
okreÊlone zadanie.<br />
Dokonywanie pomiarów przez robota przemys-<br />
∏owego mo˝e byç realizowane przy spe∏nieniu okreÊlonych<br />
warunków, dotyczàcych poprawnej wspó∏pracy<br />
robota z laserem pomiarowym.<br />
Opracowany program do lokalizacji, pomiaru Êrednicy<br />
i sortowania cz´Êci jest w pe∏ni funkcjonalny.<br />
OtwartoÊç programu umo˝liwia jego zmian´ i modyfikacj´<br />
przez okreÊlenie nowej funkcji celu.<br />
LITERATURA<br />
1. Morek R.: Pomiary bezstykowe – cz. I. Stal Metale &<br />
Nowe Technologie. Marzec – Kwiecieƒ, 2012, ss. 48 – 50.<br />
Maj – Czerwiec, 2012, ss. 136 – 138.<br />
2. Niemiec K., Zyzak P.: Identyfikacja parametryczna modeli<br />
obiektów przemys∏owych z wykorzystaniem lasera wspó∏pracujàcego<br />
z robotem MOTOMAN UP6. Praca in˝ynierska,<br />
Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Bia∏ej, <strong>2014</strong>.<br />
3. Gi˝ycki P., Stryczek R.: Wykonanie pakietu oprogramowania<br />
dydaktycznego dla robota Motoman. Praca magisterska,<br />
Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Bia∏ej, 2013.<br />
4. http://www.keyence.com/product/measure/laser-1d/1kg.5000/specs/index.jsp.<strong>10</strong>.06.2013,<br />
godz.12:35.<br />
5. http://www.journalamme.org/papers_amme03/12<strong>10</strong>5.pdf,<br />
11.06.2013, godz. 9:45.<br />
6. Materia∏y informacyjne http://www.motoman.pl, 02.06.<strong>2014</strong>,<br />
godz. 11.30.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
35
Wp∏yw warunków skrawania ekologicznego<br />
(MQCL i MQL) na struktur´ geometrycznà<br />
obrobionej powierzchni ze stali nierdzewnej 2H13<br />
The effect of ecological cutting (MQCL and MQL)<br />
conditions on the texture of the machined surface<br />
of 2H13 stainless steel<br />
RADOS¸AW W. MARUDA<br />
Streszczenie: W pracy przedstawiono wyniki badaƒ wp∏ywu sposobu ch∏odzenia na wybrane parametry chropowatoÊci<br />
powierzchni obrobionej stali nierdzewnej ze stali 2H13. Porównywano metody skrawania na sucho, ch∏odzenia spr´˝onym<br />
powietrzem, metodami Minimum Quantity Cooling Lubrication (MQCL) oraz Minimum Quantity Lubrication (MQL) przy<br />
toczeniu z ró˝nymi posuwami i pr´dkoÊciami skrawania. Ustalono wp∏yw parametrów tworzenia mg∏y emulsyjnej i olejowej<br />
na wybrane parametry chropowatoÊci. Przy planowaniu badaƒ wykorzystano metod´ Parameter Space Investigation.<br />
Metody MQL i MQCL okaza∏y si´ bardziej skuteczne przy skrawaniu stali nierdzewnej, zapewniajàc mniejsze wartoÊci<br />
parametrów chropowatoÊci. Najni˝sze wartoÊci uzyskano dla metody MQL, która powoduje zmniejszenie wartoÊci<br />
parametru Ra i Rz od 2% do 86% i parametru RSm od 2% do 50% w porównaniu z obróbkà na sucho.<br />
S∏owa kluczowe: stal nierdzewna, chropowatoÊç powierzchni obrobionej, MQL, MQCL, obróbka na sucho<br />
Abstract: Research results of the impact of a cooling method on selected parameters of the roughness of a machined<br />
surface were presented in the paper. Methods of dry machining, compressed air cooling Minimum-Quantity-Cooling-Lubrication<br />
(MQCL) as well as Minimum-Quantity-Lubrication (MQL) while turning of 2H13 stainless steel with different feed rase<br />
and cutting speed were also compared. The impact of volumetric air flow and the liquid mass, which were the parameters<br />
of creating emulsion and oil mist, on the selected parameters of roughness were also determined. The research was<br />
carried out according to the Parameter Space Investigation method. MQCL and MQL methods proved to be more effective<br />
in cutting stainless steel, providing the smaller values of the roughness parameters. The lowest values were obtained for<br />
the MQL method which resulted in reducing the value of Ra and Rz parameter from 2% to 86% as well as RSm parameter<br />
from 2% to 50% compared with the dry processing.<br />
Keywords: stainless steel, roughness of machined surface, MQL, MQCL, dry machining<br />
Od momentu, kiedy po raz pierwszy zacz´to<br />
poddawaç obróbce metale, zacz´to równie˝ stosowaç<br />
ciecze ch∏odzàco-smarujàce (CCS) w celu minimalizacji<br />
oporów skrawania oraz odprowadzenia<br />
cz´Êci wytworzonego ciep∏a ze strefy skrawania, co<br />
korzystnie wp∏ywa na stan warstwy wierzchniej<br />
i struktur´ geometrycznà powierzchni elementów<br />
maszyn [1].<br />
Przy wykonywaniu ostrzy z nowych materia∏ów<br />
konstrukcyjnych stosuje si´ technologie skrawania,<br />
które nie wymagajà u˝ywania CCS. Wyeliminowanie<br />
lub znaczne zredukowanie przep∏ywu cieczy powoduje<br />
obni˝enie kosztów zwiàzanych z ich zastosowaniem,<br />
a tak˝e mo˝e zredukowaç koszty samej<br />
obróbki [1, 2]. Warunki takie sà tak˝e bardziej przyjazne<br />
dla Êrodowiska oraz eliminujà zagro˝enia<br />
dla zdrowia wynikajàce z kontaktu obs∏ugi z cieczami<br />
obróbkowymi [3]. Obróbka w takich warunkach ma<br />
Dr in˝. Rados∏aw W. Maruda – Wydzia∏ Mechaniczny,<br />
Uniwersytet Zielonogórski, ul. Prof. Z. Szafrana 4,<br />
65-516 Zielona Góra, e-mail: r.maruda@ibem.uz.zgora.pl.<br />
praktyczny sens tylko wtedy, gdy wszystkie zabiegi<br />
w danej operacji sà wykonywane bez udzia∏u CCS,<br />
bowiem przerywane doprowadzanie cieczy do strefy<br />
skrawania w kontakcie z rozgrzanymi ostrzami narz´dzi<br />
pracujàcych na sucho mo˝e doprowadziç do<br />
licznych p´kni´ç i drobnych wykruszeƒ ostrzy wykonywanych<br />
z materia∏ów wra˝liwych na szoki termiczne<br />
[4, 5].<br />
Obiecujàcà alternatyw´ dla tradycyjnych metod<br />
ch∏odzenia stanowià metody wykorzystujàce minimalne<br />
iloÊci Êrodków do ch∏odzenia i smarowania<br />
lub minimalne iloÊci Êrodków do smarowania strefy<br />
obróbki (odpowiednio MQCL lub MQL). Wówczas<br />
iloÊç doprowadzanego medium czynnego jest mniejsza<br />
ni˝ <strong>10</strong>0 ml/h [6]. Ârodek ten dostarcza si´ do strefy<br />
skrawania za pomocà strumienia spr´˝onego powietrza<br />
od zewnàtrz lub przez kanaliki w korpusie<br />
narz´dzia. Przy zastosowaniu metod MQL i MQCL<br />
nie skrawa si´ ca∏kowicie na sucho, a jednoczeÊnie<br />
metody te sà bardziej ekonomiczne i przyjazne<br />
dla Êrodowiska [6 – 9]. Tak ma∏e iloÊci wykorzystanego<br />
medium czynnego wystarczajà, aby zna-<br />
36 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
czàco zredukowaç tarcie na powierzchniach narz´dzia,<br />
zapobiegaç powstawaniu nalewów i z∏àczy<br />
adhezyjnych oraz odprowadzaç ciep∏o ze strefy<br />
obróbki [<strong>10</strong>, 11].<br />
Stosowane materia∏y i metodyka badaƒ<br />
W metodzie MQCL jako medium czynne wykorzystano<br />
koncentrat emulsji OPORTET RG-2. Jest to<br />
Êrodek uniwersalny, u˝ywany przy toczeniu, frezowaniu,<br />
nacinaniu gwintów. Koncentrat ten nie traci<br />
swych w∏aÊciwoÊci u˝ytkowych przez d∏ugi okres<br />
oraz nie zawiera takich zwiàzków, jak azotany, chlor,<br />
formaldehydy.<br />
St´˝enie koncentratu w wodzie wynosi∏o 2%.<br />
Natomiast w metodzie MQL wykorzystano olej<br />
nieemulgujàcy do obróbki skrawaniem ACP-3E, który<br />
zosta∏ opracowany w∏aÊnie z uwagi na wymagania<br />
ekologiczne. Jest to olej niezawierajàcy w swoim sk∏adzie<br />
zwiàzków chloru.<br />
Proces badano, wykorzystujàc tokark´ k∏owà i nó˝<br />
tokarski z oprawkà CSDBM2020M12 z p∏ytkà wymiennà<br />
SNUN120408. W celu zminimalizowania wp∏ywu<br />
zu˝ycia ostrza na wyniki badaƒ dla ka˝dego<br />
sposobu ch∏odzenia stosowano nowe ostrze p∏ytki<br />
skrawajàcej. Dane techniczne i geometri´ narz´dzia<br />
skrawajàcego przedstawiono w tab. I.<br />
Materia∏ obrabiany stanowi∏a stal nierdzewna 2H13<br />
(PN-71/H-86020). Sk∏ad chemiczny oraz w∏aÊciwoÊci<br />
stali przedstawiono w tab. II, natomiast struktur´<br />
na rys. 1. Martenzytyczne stale nierdzewne uzyskujà<br />
swoje wysokie w∏asnoÊci wytrzyma∏oÊciowe<br />
w wyniku obróbki cieplnej polegajàcej na hartowaniu<br />
w oleju lub na powietrzu oraz nast´pujàcym<br />
po nim procesie odpuszczania. W wyniku<br />
hartowania struktura stali zmienia si´ w martenzyt<br />
o wysokiej twardoÊci i wytrzyma∏oÊci, a przez odpuszczanie<br />
podwy˝sza si´ w∏asnoÊci plastyczne tej<br />
stali [12].<br />
Do tworzenia mg∏y emulsyjnej w metodzie MQCL<br />
i mg∏y olejowej w metodzie MQL u˝yto urzàdzenia<br />
majàcego dysze z regulacjà przep∏ywu obj´toÊciowego<br />
powietrza oraz przep∏ywu masowego emulsji.<br />
Urzàdzenie to zosta∏o pod∏àczone do spr´˝arki. CiÊnienie<br />
wytwarzane przez spr´˝ark´ wynosi∏o 2 MPa.<br />
Stanowisko badawcze przedstawiono na rys. 2.<br />
TABELA I. Specyfikacja narz´dzia skrawajàcego<br />
Ostrze Substrat Geometria<br />
Kàt przystawienia g∏ównej kraw´dzi<br />
T1 TwardoÊç: skrawajàcej κ r<br />
= 70°,<br />
1490 HV30 kàt przystawienia pomocniczej<br />
kraw´dzi skrawajàcej κ r<br />
’ = 20°,<br />
MM 2025 Symbol: P25 kàt natarcia γ = –8°, kàt przy∏o˝enia<br />
α 0<br />
= 8°, promieƒ naro˝a 0,8 mm<br />
Rys. 2. Stanowisko badawcze<br />
Rys. 1. Struktura stali nierdzewnej martenzytycznej 2H13 (powi´kszenie<br />
x250) [12]<br />
Na podstawie zaleceƒ przemys∏owych zosta∏ dobrany<br />
zakres parametrów skrawania:<br />
sta∏a g∏´bokoÊç skrawania a p<br />
= 1 mm;<br />
posuw f = 0,1 – 0,5 mm/obr;<br />
pr´dkoÊç skrawania v c<br />
= 45 – 250 m/min;<br />
oraz zakres parametrów tworzenia mg∏y emulsyjnej<br />
i olejowej:<br />
przep∏yw masowy emulsji E = 1,8 – 3,6 g/min;<br />
przep∏yw obj´toÊciowy powietrza P = 4,5 – 6,9<br />
m 3 /h.<br />
TABELA II. Sk∏ad chemiczny i w∏aÊciwoÊci stali 2H13 [12]<br />
SK¸AD CHEMICZNY<br />
W¸AÂCIWOÂCI MECHANICZNE<br />
C, Si max<br />
, S max<br />
, P max<br />
, Mn max<br />
Cr, Cu max<br />
, Ni, R eH min<br />
, R m,<br />
, A 5<br />
,<br />
HB<br />
% % % % % % % % MPa MPa %<br />
0,16 – 0,25 1,00 0,015 0,04 1,50 12,00 –14,00 0,3 - 500 700 – 850 13 230<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
37
Rys. 3. Rzuty punktów badaƒ doÊwiadczalnych na przyk∏adowe pary osi<br />
Pomiaru chropowatoÊci dokonano, stosujàc przyrzàd<br />
TR-200, zgodnie z normami ISO-3274:1997 i ISO<br />
4287:1998. Badano nast´pujàce wskaêniki chropowatoÊci:<br />
Êrednià arytmetycznà rz´dnych profilu Ra,<br />
najwi´kszà wysokoÊç profilu Rz i Êrednià szerokoÊç<br />
rowków elementu profilu RSm.<br />
Przy planowaniu badaƒ wykorzystano metod´<br />
Parameter Space Investigation (PSI), która polega na<br />
rozmieszczeniu punktów badaƒ doÊwiadczalnych<br />
w wielowymiarowej przestrzeni badanej tak, ˝eby<br />
punkty ich rzutów na osie X 1<br />
-X 2<br />
, X 2<br />
-X 3<br />
,…X i<br />
-X j<br />
znajdowa∏y<br />
si´ na równych odst´pach pomi´dzy sobà<br />
(rys. 3). Na podstawie algorytmu przedstawionego<br />
w [13, 14] zosta∏ opracowany program komputerowy<br />
i obliczono wspó∏rz´dne punktów badaƒ,<br />
przyjmujàc X min<br />
= 0 i X max<br />
= 1. Ustalono, ˝e dla analizy<br />
zale˝noÊci Y = f(X i<br />
) wystarczy realizacja badaƒ<br />
w 7 punktach przestrzeni wielowymiarowej. W tym<br />
przypadku na ka˝dej z osi X i<br />
otrzymujemy 7 punktów,<br />
gdy˝ minimalna liczba w przypadku nieznanej skomplikowanej<br />
zale˝noÊci wynosi 5. Taka liczba punktów<br />
jest wystarczajàca do obliczeƒ statystycznych wyników<br />
pomiarów.<br />
Wyniki badaƒ<br />
Na podstawie pomiarów chropowatoÊci wyznaczono<br />
parametry, które zastosowano do obliczenia<br />
równania regresji liniowej wielowymiarowej.<br />
Równania regresji dla poszczególnych parametrów<br />
chropowatoÊci w zale˝noÊci od sposobu ch∏odzenia<br />
oraz wspó∏czynnik korelacji wielowymiarowej<br />
R i przedzia∏ ufnoÊci majà nast´pujàcà<br />
postaç:<br />
Przy metodzie ch∏odzenia „na sucho”<br />
Ra = 0,272·f 0,768·v 0,513<br />
c<br />
µm<br />
r = 0,9268 µm<br />
Rz = 2,63·f 0,548·v 0,395<br />
c<br />
µm<br />
r = 0,9342 µm<br />
RSm = 0,06·f 0,475·v 0,180<br />
c<br />
mm<br />
r = 0,9389 mm<br />
Przy metodzie ch∏odzenia spr´˝onym powietrzem<br />
Ra = 6150·f 0,021·v c<br />
0,858·P -3,662 µm<br />
r = 0,9753 µm<br />
Rz = 3030·f 0,014·v c<br />
0,557·P -2,581 µm<br />
r = 0,9823 µm<br />
RSm = 61,4·f -0,001·v c<br />
0,597·P -2,473 mm<br />
r = 0,9651 mm<br />
Przy metodzie MQL<br />
Ra = 0,376·f 0,362·v c<br />
1,392·P 1,550·E -0,526 µm<br />
r = 0,9756 µm<br />
Rz = 7,27·f 0,208·v c<br />
1,418·P 0,926·E -0,223 µm<br />
r = 0,9681 µm<br />
RSm = 1,63·f -0,011·v c<br />
0,779·P -0,002·E -0,586 mm<br />
r = 0,9467 mm<br />
Przy metodzie MQCL<br />
Ra = 353·f 0,028·v c<br />
1,776·P -1,799·E 0,604 µm<br />
r = 0,9843 µm<br />
Rz = 551·f 0,067·v c<br />
1,476·P -1,567·E 0,620 µm<br />
r = 0,9921 µm<br />
RSm = 5,33· f 0,001·v c<br />
0,941·P -1,012·E 0,280 mm<br />
r = 0,9891 mm<br />
Wykresy zmian parametrów chropowatoÊci powierzchni<br />
obrobionej stali nierdzewnej 2H13 po toczeniu,<br />
w zale˝noÊci od zmiennej pr´dkoÊci skrawania<br />
v c<br />
, otrzymane na podstawie równaƒ regresji,<br />
przedstawiono na rys. 4.<br />
Analizujàc rys. 4, zauwa˝ano, ˝e najmniejsze wartoÊci<br />
poszczególnych parametrów chropowatoÊci<br />
w zale˝noÊci od zmiennego posuwu uzyskano przy<br />
ch∏odzeniu metodà MQL. Tylko dla parametru Ra<br />
poni˝ej posuwu 0,2 mm/obr mniejszà wartoÊç otrzymano<br />
przy zastosowaniu metody MQCL. Najgorsze<br />
rezultaty pod wzgl´dem jakoÊci powierzchni<br />
obrobionej otrzymano dla obróbki na sucho przy<br />
f < 0,45 mm/obr, natomiast przy f > 0,45 mm/obr dla<br />
metody MQCL. Najwi´ksze ró˝nice w zmianach poszczególnych<br />
parametrów chropowatoÊci zauwa˝ano<br />
przy ma∏ych posuwach.<br />
Na rys. 5 zosta∏y zaprezentowane zmiany procentowe<br />
parametru Ra po toczeniu stali 2H13 dla<br />
38 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
a)<br />
a)<br />
b)<br />
b)<br />
c)<br />
c)<br />
Rys. 4. Wp∏yw posuwu f na wybrane parametry chropowatoÊci<br />
powierzchni obrobionej stali 2H13 po toczeniu przy:<br />
v c<br />
= 140 m/min; P = 5,5 m 3 /h; E = 2,5 g/min: a) parametr Ra;<br />
b) parametr Rz; c) parametr RSm<br />
Rys. 5. Zmiany parametru chropowatoÊci Ra po toczeniu na<br />
sucho stali 2H13 w porównaniu z ch∏odzeniem: a) spr´˝onym<br />
powietrzem; b) metodà MQCL; c) metodà MQL przy<br />
P = 5,5 m 3 /h i E = 2,5 g/min: (znak „-” – polepszenie; znak „+”<br />
– pogorszenie)<br />
ró˝nych metod ch∏odzenia w zale˝noÊci od zmiennego<br />
posuwu i pr´dkoÊci skrawania.<br />
Analizujàc rys. 5, stwierdzono, ˝e najlepsze rezultaty<br />
uzyskano, stosujàc ch∏odzenie metodà MQL.<br />
Zmniejszenie wartoÊci parametru Ra w porównaniu<br />
z obróbkà na sucho wynosi nawet do 85%. Najwi´kszà<br />
popraw´ chropowatoÊci odnotowano przy<br />
ma∏ych posuwach i wzgl´dnie du˝ych pr´dkoÊciach<br />
skrawania, czyli w warunkach odpowiadajàcych obróbce<br />
wykoƒczeniowej. Zastosowanie metody MQCL<br />
równie˝ poprawia chropowatoÊç powierzchni obrobionej<br />
stali 2H13 (do 72%). Zastosowanie ch∏odzenia<br />
spr´˝onym powietrzem wp∏ywa na zmian´ parametru<br />
Ra znacznie mniej w stosunku do obróbki na sucho.<br />
Na rys. 6 przedstawiono charakterystyczne profile<br />
chropowatoÊci dla stali 2H13 w wybranych warunkach<br />
skrawania.<br />
Jak widaç na rys. 6, skutecznie dobrane warunki<br />
ch∏odzenia strefy skrawania majà znaczny wp∏yw na<br />
kszta∏t profilu nierównoÊci powierzchni obrobionych.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
39
a)<br />
b)<br />
c)<br />
d)<br />
Rys. 6. Profile chropowatoÊci powierzchni stali nierdzewnej 2H13 po toczeniu przy obróbce z ró˝nymi metodami ch∏odzenia<br />
dla v c<br />
= 240 m/min, f = 0,15 mm/obr, E = 2,6 g/min, P = 6,5 m 3 /h: a) na sucho, b) spr´˝onym powietrzem; c) metodà MQCL;<br />
d) metodà MQL<br />
Znaczne zmniejszenie wysokoÊci nierównoÊci mo˝e<br />
w sposób istotny wp∏ywaç na w∏aÊciwoÊci eksploatacyjne<br />
tej powierzchni, m.in. na wartoÊç wspó∏czynnika<br />
tarcia oraz intensywnoÊç zu˝ycia.<br />
Wnioski<br />
Zastosowanie ch∏odzenia z minimalnym przep∏ywem<br />
CCS w porównaniu z ch∏odzeniem spr´-<br />
˝onym powietrzem i obróbkà na sucho zmniejsza<br />
wartoÊci parametrów chropowatoÊci powierzchni<br />
obrobionej elementów ze stali 2H13 do 86%. Najmniejsze<br />
wartoÊci parametrów chropowatoÊci powierzchni<br />
uzyskano dla metody MQL.<br />
LITERATURA<br />
1. Weinert K., Inasaki I., Sutherland J.W., Wakabayashi T.:<br />
Dry Machining and Minimum Quantity Lubrication. CIRP<br />
Annals – Manufacturing Technology, No. 2, Vol. 53, 2004,<br />
pp. 511 – 537.<br />
2. Kyung-Hee P., Olortegui-Yume J., Moon-Chul Y., Kwon P.:<br />
A study on droplets and their distribution for minimum<br />
quantity lubrication (MQL). International Journal of Machine<br />
Tools & Manufacture Vol. 50, 20<strong>10</strong>, pp. 824 – 833.<br />
3. Tawakoli T., Hadad M.J., Sadeghi M.H.: Influence of oil<br />
mist parameters on minimum quantity lubrication – MQL<br />
grinding process. International Journal of Machine Tools &<br />
Manufacture, Vol. 50, 20<strong>10</strong>, pp. 521 – 531.<br />
4. Avila R.F., Abrao A.M.: The effect of cutting fluids on the<br />
machining of hardened AISI 4340 steel. Journal of Materials<br />
Processing Technology, Vol. 119, 2001, pp. 21 – 26.<br />
5. Konold T.: Maschinentechnik für die Trockenbearbeitung.<br />
VDI-Z, lntegrierte Produktion, No. 4, 2001, ss. 61 – 63.<br />
6. Kammermeier D., Kauper H., Borchert W.: Die zweite<br />
Generation der Trockenzerspanung heißt High Performance<br />
Cutting (HPC) [in:] K. Weinert, Spanende Fertigung, Vulkan-<br />
Verlag, Essen, 2001, ss. 136 – 150.<br />
7. Brinksmeier E., Walter A., Brockhoff T.: Minimum Quantity<br />
Lubrication in Grinding, 2nd International Machining and<br />
Grinding Conference, Dearborn, Michigan, Sept. 8 – 11,<br />
1997, SME-Paper MR 97 – 230.<br />
8. Klocke F., Eisenblaetter G.: Machinability Investigation of<br />
the Drilling Process Using Minimal Cooling Lubrication<br />
Techniques. Production Engineering, No. 1, 1997, ss. 19 – 24.<br />
9. Lawal S.A., Choudhury I.A., Nukman Y.: A critical assessment<br />
of lubrication techniques in machining processes:<br />
a case for minimum quantity lubrication using vegetable<br />
oil-based lubricant. Journal of Cleaner Production, Vol. 41,<br />
2013, ss. 2<strong>10</strong> – 221.<br />
<strong>10</strong>. Hadad M., Sadeghi B.: Minimum quantity lubrication-MQL<br />
turning of AISI 4140 steel alloy. Journal of Cleaner Production,<br />
Vol. 54, 2013, ss. 332 – 343.<br />
11. Frǎtilǎ D.F., Caizar C.: Assessment of Cooling Effect and<br />
Surface Quality to Face Milling of AlMg3 Using Several<br />
Cooling Lubrication Methods, Materials and Manufacturing<br />
Processes, Vol. 27, 2012, ss. 291 – 296.<br />
12. Serbiƒski W.: Wp∏yw obróbki cieplnej na mikrostruktur´,<br />
w∏asnoÊci mechaniczne i granice pe∏zania stali 2H13 stosowanej<br />
na ∏opatki turbin parowych. Hutnik – WiadomoÊci<br />
Hutnicze, nr 7-8, 2004, ss. 421 – 424.<br />
13. Statnikov R.B., Matusov J.B.: Multicriteria Analysis in<br />
Engineering, Springer, 2002.<br />
14. Statnikov R.B., Statnikov A.: The Parameter Space Investigation<br />
Method Toolkit. Artech House, Boston/London, 2011.<br />
40 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Innowacje w technologii obróbki<br />
korpusów ˝eliwnych<br />
Innovation in technology of cast iron bodies<br />
WALDEMAR ADAM<br />
ANDRZEJ GESSNER<br />
Streszczenie: W publikacji przedstawiono metod´ szybkiej oceny dok∏adnoÊci wykonania korpusów odlewanych<br />
z wykorzystaniem bezdotykowego skanera optycznego, a tak˝e propozycj´ metody ustawienia korpusu w przestrzeni<br />
obróbczej wykorzystujàcej wyniki pomiaru geometrii korpusu. Obie metody zosta∏y zweryfikowane w warunkach<br />
przemys∏owych.<br />
S∏owa kluczowe: korpus ˝eliwny, pomiar optyczny, trasowanie<br />
Abstract: The paper presents a method of rapid evaluation of geometric accuracy of cast iron bodies with the use of<br />
optical scanner as well as a concept of cast iron body orienting within the machine tool space. Both methods were verified<br />
in the machine tool industry.<br />
Keywords: cast iron body, optical measurement, marking out<br />
Nieustannie skracajàcy si´ cykl ˝ycia wyrobu<br />
zmusza producentów do poszukiwania rozwiàzaƒ<br />
maksymalnie skracajàcych czas i obni˝ajàcych koszt<br />
wprowadzenia go do sprzeda˝y. Dodatkowo, korzyÊci<br />
ekonomiczne wynikajàce z wprowadzenia pionierskiego,<br />
innowacyjnego rozwiàzania technicznego,<br />
mogà spe∏niaç decydujàcà rol´ w umocnieniu pozycji<br />
firmy i decydowaç o dalszej jej egzystencji.<br />
Publikacja przedstawia metod´ szybkiej oceny,<br />
przy u˝yciu optycznego systemu skanujàcego, dok∏adnoÊci<br />
geometrycznej korpusu odlewanego wraz<br />
z propozycjà metody ustawienia korpusu odlewanego<br />
w przestrzeni obróbczej obrabiarki sterowanej<br />
numerycznie. Badania przeprowadzono w firmie<br />
produkcyjnej FAMOT Pleszew Sp. z o.o., b´dàcej<br />
cz∏onkiem najwi´kszego producenta maszyn do obróbki<br />
metali – koncernu DMG MORI SEIKI. FAMOT,<br />
jako najwi´kszy producent obrabiarek w Polsce<br />
i Europie Ârodkowej, produkuje rocznie ponad<br />
<strong>10</strong>00 maszyn finalnych, 2000 komponentów mechanicznych<br />
oraz innych cz´Êci, stanowiàcych podstaw´<br />
do dalszego monta˝u obrabiarek w innych<br />
fabrykach koncernu.<br />
Odlewanie ˝eliwa jest najbardziej rozpowszechnionà,<br />
a co za tym idzie, najtaƒszà technologià wytwarzania<br />
korpusów, mimo bardzo czasoch∏onnych<br />
i energoch∏onnych zabiegów przygotowania formy<br />
i rdzeni oraz samej operacji odlewania. Koszty ˝eliwa<br />
sà wcià˝ relatywnie ma∏e, a rozpowszechnienie technologii<br />
odlewania sprawia, ˝e ten proces dobrze<br />
Dr in˝. Andrzej Gessner – Instytut Technologii Mechanicznej,<br />
Politechnika Poznaƒska, ul. Piotrowo 3, 61-138 Poznaƒ,<br />
e-mail: andrzej.gessner@put.poznan.pl; mgr in˝. Waldemar<br />
Adam – Wydzia∏ Obróbki Mechanicznej Famot<br />
Pleszew sp. z o.o.<br />
nadaje si´ do wykorzystania w produkcji ma∏oseryjnej<br />
– typowej dla obrabiarek. Zapotrzebowanie<br />
FAMOT na korpusy ˝eliwne wynosi oko∏o 9 000 ton<br />
rocznie, obrabianych jest oko∏o 25 000 ró˝nych cz´Êci,<br />
w przedziale wagowym 1 – 6 000 kg, od kilkunastu<br />
dostawców, majàcych swoje siedziby w Azji oraz Unii<br />
Europejskiej. Przygotowanie ró˝nych jakoÊciowo<br />
odlewów do obróbki, na ponad 40 najnowoczeÊniejszych<br />
obrabiarkach skrawajàcych, zmusza kierownictwo<br />
firmy do poszukiwania rozwiàzaƒ optymalizujàcych<br />
proces obróbki, zaczynajàc od operacji<br />
trasowania, która, jako proces wykonywany manualnie,<br />
wymaga du˝ego nak∏adu pracy. Dodatkowo,<br />
d∏ugi czas dostawy cz´Êci zamawianych w Azji wymaga<br />
minimalizowania wszelkich strat, zwiàzanych<br />
z przygotowaniem korpusów do obróbki. Ocena<br />
odlewów próbnych nowego typu obrabiarki musi<br />
nastàpiç w jak najkrótszym czasie i byç dok∏adna,<br />
aby umo˝liwiç sporzàdzenie protoko∏u odbioru partii<br />
próbnej dla dostawcy i powiadomienie go o ewentualnej<br />
koniecznoÊci przeprowadzenia dodatkowych<br />
modyfikacji w modelu ocenianego korpusu. Celem<br />
przeprowadzonych badaƒ by∏o opracowanie metodyki<br />
wdro˝enia optycznego systemu pomiarowego do<br />
szybkiej oceny i ustawiania odlewów do obróbki.<br />
Ocena stanu aktualnego<br />
Przeprowadzono analiz´ przep∏ywu materia∏ów<br />
przez wydzia∏ obróbki mechanicznej. Jako przedmiot<br />
analizy wytypowano komplet korpusów centrum<br />
wiertarsko-frezerskiego MillTap 700 (rys. 1), z za∏o-<br />
˝eniem rocznej serii produkcyjnej na poziomie<br />
520 jednostek.<br />
Dystans, jaki pokonujà korpusy MillTap 700 przez<br />
wydzia∏ obróbki mechanicznej, to rocznie oko∏o<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
41
1385 kilometrów, w czasie 370 godzin. Wyniki analizy<br />
w przypadku sto∏u wykaza∏y du˝à liczb´ operacji<br />
oraz znaczne koszty transportu mi´dzyoperacyjnego<br />
(oko∏o 800 euro rocznie). Dodatkowo, pojawi∏<br />
si´ potencja∏ oszcz´dnoÊci w przypadku ca∏kowitej<br />
redukcji operacji trasowania (3293 euro) i obróbki<br />
zgrubnej, wykonywanej na frezarce bramowej<br />
(7800 euro).<br />
Rys. 1. Komponent mechaniczny MillTap 700 [1]<br />
Przedstawione fakty zmusi∏y do poszukiwania<br />
oszcz´dnoÊci, prowadzàcych do optymalizacji procesów<br />
obróbki, a tym samym zwi´kszenia wydajnoÊci<br />
wydzia∏u w porównaniu z konkurentami<br />
z bran˝y obróbkowej – tak˝e w koncernie DMG MORI<br />
SEIKI [2]. Podj´to decyzj´ o eliminacji operacji trasowania<br />
i zastàpieniu jej operacjà optycznej oceny<br />
dok∏adnoÊci geometrycznej korpusów odlewanych,<br />
obrabianych przez FAMOT.<br />
Za∏o˝enia projektowanego systemu<br />
W celu kompleksowego rozwiàzania problemu<br />
opracowano za∏o˝enia podstawowe, które potraktowano<br />
jako warunek realizacji inwestycji i wdro˝enia<br />
optycznego systemu skanujàcego w firmie FAMOT:<br />
1. Eliminacja procesu trasowania – operacja skanowania<br />
powinna byç krótsza o wi´cej ni˝ 50% aktualnego<br />
czasu trasowania.<br />
2. Sprawdzenie poprawnoÊci wykonania korpusu<br />
w odlewni traktowane jako ocena wejÊciowa i eliminujàca<br />
braki ze wzgl´du na b∏´dy geometrii lub<br />
kszta∏tu (np. otwory technologiczne) [3].<br />
3. Ocena naddatków na wszystkich powierzchniach<br />
przeznaczonych do obróbki przed jej rozpocz´ciem<br />
i eliminacja braków wynikajàcych ze zbyt ma∏ego<br />
naddatku lub jego ca∏kowitego braku [2].<br />
4. Ocena klasy dok∏adnoÊci wykonania odlewu<br />
przez jego dostawc´ z uwzgl´dnieniem, za∏o˝onego<br />
w programie obróbczym, naddatku. Rozbie˝noÊci<br />
prowadzà do koniecznoÊci korekty programu obróbkowego<br />
i zwi´kszenia liczby przejÊç narz´dzia,<br />
a tym samym do wyd∏u˝enia czasu obróbki i zwi´kszenia<br />
zu˝ycia narz´dzia, wzgl´dnie jego uszkodzenia<br />
wskutek kolizji, wynikajàcej z braku korekty<br />
programu [4].<br />
Oprócz podstawowych wymagaƒ okreÊlono tak˝e<br />
warunki dodatkowe, których spe∏nienie znacznie<br />
wp∏ynie na popraw´ jakoÊci procesów:<br />
1. Wst´pna ocena nowo wdra˝anego korpusu<br />
odlewanego lub nowego programu obróbkowego,<br />
wykonana optycznym systemem skanujàcym, pozwalajàca<br />
na porównanie z modelem CAD, powinna<br />
byç szybsza ni˝ przy u˝yciu wspó∏rz´dnoÊciowych<br />
maszyn pomiarowych (brak koniecznoÊci tworzenia<br />
programu pomiarowego).<br />
2. Szybka ocena obrobionych wst´pnie korpusów<br />
przed obróbkà wykaƒczajàcà – porównanie za∏o˝onych<br />
w programie obróbczym naddatków z rzeczywistymi<br />
(brak eliminacji tego b∏´du skutkuje zazwyczaj<br />
przekroczeniami wymiarowymi w obróbce<br />
finalnej, a w skrajnych przypadkach koniecznoÊcià<br />
wybrakowania korpusu).<br />
3. Mo˝liwoÊç automatyzacji procesu przez zastosowanie<br />
robotów, manipulatorów itp. Eliminacja<br />
czynnika ludzkiego w procesie i standaryzacja czasów<br />
przygotowania korpusów do obróbki.<br />
Badania wst´pne<br />
Do badaƒ wst´pnych wytypowano odlewy saƒ Y<br />
obrabiarki MillTap 700. Skanowanie geometrii odlewów<br />
wykonano skanerem Êwiat∏a strukturalnego<br />
Atos III firmy GOM. Ze wzgl´du na wielkoÊç odlewu<br />
przyj´to pole pomiarowe 500. Odlewy w trakcie skanowania<br />
le˝a∏y swobodnie na paletach transportowych,<br />
a skaner by∏ przemieszczany wzgl´dem nich<br />
przy u˝yciu standardowego stojaka mobilnego. Dopasowanie<br />
kolejnych uj´ç skanujàcych (zebranych<br />
chmur punktów) zapewni∏o oprogramowanie ATOS<br />
Professional V7.5 SR1 firmy GOM. Uprzednie oklejenie<br />
odlewu znacznikami (markerami) pozwoli∏o na<br />
skrócenie czasu wykonywanych w tym celu obliczeƒ.<br />
Po zeskanowaniu widocznej geometrii odlewu zosta∏<br />
on obrócony i dokoƒczono skanowanie pozosta∏ych<br />
obszarów. Proces skanowania geometrii tego odlewu<br />
pokazano na rys. 2.<br />
Rys. 2. Skanowanie saƒ Y obrabiarki MillTap 700 [1]<br />
42 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
a) b)<br />
Rys. 3. Ocena wst´pna zeskanowanego odlewu (a) oraz uproszczona informacja opisujàca ustawienie odlewu do obróbki (b), [1]<br />
Na rys. 3a przedstawiono wst´pnà ocen´ dok∏adnoÊci<br />
zeskanowanego odlewu. Ocena zosta∏a przeprowadzona<br />
z wykorzystaniem oprogramowania<br />
ATOS Professional V7.5 SR1 firmy GOM, które dopasowa∏o<br />
model zeskanowanego odlewu do modelu<br />
3D zaprojektowanego korpusu. W badaniach<br />
wst´pnych wykorzystano dopasowanie typu best-fit,<br />
które orientuje dwa modele w taki sposób, aby sumaryczna<br />
odleg∏oÊç pomi´dzy punktami na modelu<br />
zeskanowanym i modelu zaprojektowanym by∏a<br />
minimalna. Odleg∏oÊci pomi´dzy powierzchniami<br />
obu modeli zosta∏y przedstawione w postaci kolorowej<br />
mapy odchy∏ek naniesionej na powierzchnie<br />
zeskanowanego odlewu (rys. 3a). Kolor zielony oznacza<br />
zgodnoÊç (odleg∏oÊç bliska zeru), kolor ˝ó∏ty<br />
przechodzàcy w czerwony oznacza ró˝nic´ dodatnià<br />
interpretowanà jako naddatek na powierzchni obrabianej,<br />
a kolor niebieski oznacza ró˝nic´ ujemnà, czyli<br />
potencjalnà wad´, np. niedolanie w danym obszarze<br />
lub ukruszenie modelu odlewniczego. Ocena wst´pna<br />
odlewu na podstawie mapy odchy∏ek naniesionych<br />
na jego modelu wykaza∏a, ˝e wi´kszoÊç powierzchni<br />
obrabianych ma naddatek na obróbk´ w zakresie<br />
4 – 6 mm, co jest wartoÊcià poprawnà dla tej wielkoÊci<br />
odlewu.<br />
Odlewy nast´pnie ustawiano w przestrzeni obróbkowej,<br />
wykorzystujàc informacje (d∏ugoÊci podpór)<br />
uzyskane za pomocà oprogramowania pomiarowego<br />
ATOS Professional V7.5 SR1 firmy GOM<br />
(rys. 3b). Dla danej wzajemnej orientacji zeskanowanego<br />
odlewu oraz zaprojektowanego modelu<br />
korpusu wyznaczono odleg∏oÊci pomi´dzy tymi modelami<br />
w punktach podparcia odlewu w pierwszej<br />
operacji obróbki zgrubnej. Dla grupy punktów odpowiadajàcych<br />
podporom, na których odlew jest<br />
k∏adziony (tj. poziomowany), ró˝nica tych odleg∏oÊci<br />
wskazuje na wymaganà ró˝nic´ w d∏ugoÊciach<br />
podpór. Podobna zasada zosta∏a przyj´ta dla punktów<br />
odpowiadajàcych podporom ustawiajàcym kierunek<br />
odlewu na stole obrabiarki. Obróbka zgrubna<br />
tak ustawianych odlewów prowadzona by∏a na pi´cioosiowym<br />
centrum obróbkowym DMC 200U.<br />
Wynik obróbki zgrubnej by∏ zadowalajàcy. Jedynym<br />
b∏´dem by∏o niezabielenie powierzchni przedstawionej<br />
na rys. 4a. B∏àd ten móg∏ wynikaç z nieprecyzyjnie<br />
okreÊlonego punktu zerowego przedmiotu<br />
obrabianego lub z nieprecyzyjnie zdefiniowanych<br />
wspó∏rz´dnych punktów podparcia korpusu,<br />
czego bezpoÊrednià przyczynà by∏ przyrzàd mocujàcy<br />
ustawiany r´cznie przez operatora. Analiza<br />
a) b)<br />
Rys. 4. B∏àd (niezabielenie) w obróbce zgrubnej odlewu saƒ (a) oraz sposób jego wyeliminowania (b), [1]<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
43
wykaza∏a, ˝e przesuni´cie obróbki o 0,7 mm w osi X<br />
wystarczy∏oby do ca∏kowitej eliminacji niezabielenia<br />
(rys. 4b). Stwierdzono, ˝e aby wyeliminowaç<br />
takie b∏´dy, nale˝y przeprojektowaç przyrzàd mocujàcy<br />
w taki sposób, aby punkty podparcia odlewu<br />
by∏y sta∏e, o znanym i niezmiennym po∏o˝eniu.<br />
Punkty podparcia zosta∏y równie˝ naniesione na<br />
modelu zaprojektowanego korpusu, aby dok∏adnie<br />
w tych lokalizacjach wyznaczaç ró˝nice d∏ugoÊci<br />
podpór.<br />
Aplikacja w serii produkcyjnej<br />
Pozytywne wyniki wst´pnej obróbki mechanicznej<br />
saƒ Y MillTap 700 by∏y podstawà do rozszerzenia<br />
badaƒ na seri´ produkcyjnà odlewów konsoli DMU 50<br />
wykonano tak, aby zawsze jeden punkt podparcia by∏<br />
sta∏y, a kolejne mog∏y byç ustawiane wed∏ug informacji<br />
uzyskanych z porównania zeskanowanego<br />
modelu odlewu z referencyjnym. Punkty podparcia<br />
konsoli DMU 50 ecoline przedstawiono na rys. 5,<br />
przebudowany przyrzàd mocujàcy na rys. 6, a ustawiony<br />
do obróbki korpus na rys. 7.<br />
Obróbka wszystkich szeÊciu korpusów odby∏a si´<br />
praktycznie bezproblemowo. Wyjàtkiem by∏a sztuka<br />
nr 4, której powierzchnia prowadnic osi B nie zosta∏a<br />
zabielona ze wzgl´du na b∏àd odlewniczy. G∏´bokoÊç<br />
niezabielenia wynios∏a oko∏o 1 mm. B∏àd odlewu,<br />
choç widoczny po póêniejszej analizie wyników skanowania<br />
(rys. 9), nie zosta∏ zg∏oszony. Sporzàdzono<br />
raport wskazujàcy na koniecznoÊç programowego<br />
identyfikowania podobnych b∏´dów.<br />
Rys. 5. Punkty podparcia konsoli DMU 50 ecoline [1]<br />
ecoline, w liczbie 6 sztuk. Odlewy te, z racji ob∏ego,<br />
nieprostopad∏oÊciennego kszta∏tu sprawiajà trudnoÊci<br />
zarówno podczas trasowania, jak te˝ przy<br />
ustawianiu w przestrzeni obróbkowej. Aby osiàgnàç<br />
dok∏adny wynik obróbki, przebudowano przyrzàdy<br />
mocujàce dla pierwszego programu obróbki<br />
wst´pnej, szczegó∏owo okreÊlajàc miejsca podpór<br />
i uzyskujàc powtarzalnoÊç mocowania kolejnych<br />
odlewów na stole obrabiarki. Przyrzàdy mocujàce<br />
Rys. 6. Przebudowany przyrzàd mocujàcy [1] Rys. 7. Odlew w przyrzàdzie po obróbce [1]<br />
44 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Rys. 8. Obrobiona zgrubnie konsola osi B DMU 50 ecoline [1]<br />
Rys. 9. B∏àd niezabielenia powierzchni prowadnicy osi B [1]<br />
Zdj´cia obrobionego zgrubnie korpusu konsoli osi<br />
B DMU 50 ecoline przedstawiono na rys. 8. Niezabielenie<br />
powierzchni obrazuje rys. 9.<br />
Wyniki przeprowadzonych doÊwiadczeƒ uwidoczni∏y<br />
kompleksowoÊç zagadnieƒ, które muszà zostaç<br />
poddane analizie przedwdro˝eniowej.<br />
Podsumowanie<br />
Optyczny system skanujàcy umo˝liwia szybkie<br />
wykrycie nawet najdrobniejszych niezgodnoÊci<br />
w wykonaniu odlewu, przez porównanie go z modelem<br />
CAD. Zastosowane metody pozwalajà na sprawne<br />
przeprowadzenie kontroli ca∏ej partii dostarczonych<br />
odlewów, eliminujàc mo˝liwoÊç wystàpienia<br />
braków w momencie rozpocz´cia obróbki mechanicznej.<br />
U˝ycie systemu redukuje koszty utrzymania<br />
zapasu bezpieczeƒstwa odlewów, który,<br />
przy ich natychmiastowej weryfikacji, mo˝e zostaç<br />
zmniejszony do minimum, poprawiajàc wskaêniki<br />
odnowienia zapasów i p∏ynnoÊci finansowej firmy<br />
(koszty magazynowania i finansowania odlewów).<br />
Przeprowadzone badania Êwiadczà o wysokim<br />
zaawansowaniu technologicznym dostawców odlewów<br />
firmy FAMOT, a zastosowanie optycznego systemu<br />
skanujàcego do sprawdzenia wszystkich dostarczanych<br />
odlewów pozwoli na maksymalne ograniczenie<br />
kosztów wynikajàcych z wystàpienia braków,<br />
ze wzgl´du na kszta∏t oraz optymalizacj´ naddatków.<br />
Ostatnie dzia∏anie wp∏ynie znaczàco na<br />
redukcj´ czasów obróbki mechanicznej i obni˝y zu-<br />
˝ycie narz´dzi skrawajàcych. Mo˝liwa b´dzie tak˝e<br />
eliminacja czasoch∏onnej operacji trasowania odlewów,<br />
która aktualnie w firmie FAMOT wykonywana<br />
jest manualnie.<br />
Uwzgl´dniajàc tylko oszcz´dnoÊci zwiàzane z wyeliminowaniem<br />
trasowania oraz obróbki zgrubnej<br />
baz technologicznych, inwestycja rz´du 1 mln z∏<br />
zwraca si´ w ok. 6 lat. Bioràc dodatkowo pod uwag´<br />
oszcz´dnoÊci zwiàzane z mniejszym zu˝yciem narz´dzi<br />
skrawajàcych, okres zwrotu skróci si´ do 3 lat.<br />
Technologia opracowana zosta∏a w ramach projektu<br />
rozwojowego nr 0909/R/T02/20<strong>10</strong>/<strong>10</strong> i jest obj´ta<br />
4 zg∏oszeniami patentowymi.<br />
LITERATURA<br />
1. Adam W.: System optymalizacji technologii korpusów<br />
obrabiarkowych. Praca magisterska. Politechnika Poznaƒska,<br />
Poznaƒ 2013 (niepublikowana).<br />
2. Ràczka J., Stryjski J., Tabor A.: Technologia Odlewnictwa.<br />
Projektowanie nowoczesnych metod wykonywania odlewów.<br />
Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 1994<br />
3. Perzyk M., Waszkiewicz S., Kaczorowski M., Jopkiewicz A.:<br />
Odlewnictwo. WNT, Warszawa 2000.<br />
4. Or∏ow P.I.: Zasady konstruowania w budowie maszyn. WNT,<br />
Warszawa 1971.<br />
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
45
WSPÓ¸CZESNE MATERIA¸Y KONSTRUKCYJNE<br />
Materia∏y do lekkich konstrukcji<br />
Nowe materia∏y o wysokiej wytrzyma∏oÊci<br />
i zdolnoÊci poch∏aniania energii<br />
Wytwarzane przez Bond Laminates, jednostk´ zale˝nà<br />
koncernu LANXESS, specjalistyczne kompozyty zbrojone<br />
w∏óknami ciàg∏ymi znajdujà nowe zastosowania<br />
w karoseriach samochodów. Jednym z przyk∏adów jest<br />
materia∏ z serii Tepex dynalite stosowany do zabezpieczania<br />
komory silnika w samochodzie MINI John Cooper<br />
Works GP.<br />
Materia∏ cechuje si´ du˝à wytrzyma∏oÊcià i sztywnoÊcià.<br />
Dzi´ki tym w∏aÊciwoÊciom mo˝liwa jest ochrona podwozia,<br />
które jest podatne na uderzenia kamieni lub otarcia o nawierzchni´<br />
na drogach z∏ej jakoÊci.<br />
Tepex dynalite mo˝e byç stosowany jako<br />
zabezpieczenia podwozi samochodów, szczególnie<br />
pojazdów u˝ytkowanych w rejonach,<br />
w których stan dróg nie jest najlepszy, a tym<br />
samym wymagajàcych dodatkowej ochrony<br />
(fot. LANXESS AG)<br />
Tepex dynalite jest wytwarzany w wyniku formowania<br />
t∏ocznego, ∏àczàcego procesy przep∏ywu i formowania.<br />
Proces produkcji polega na po∏àczeniu polipropylenu z niedoprz´dami<br />
z w∏ókien szklanych ciàg∏ych i tworzeniu komponentu<br />
bezpoÊrednio z masy tworzywa termoplastycznego<br />
DLFT (Direct Long Fiber Thermoplastic) w formie<br />
t∏ocznej. Szczególnà cechà procesu produkcyjnego jest to,<br />
˝e obydwie zewn´trzne warstwy materia∏u sà t∏oczone<br />
jednoczeÊnie, aby wzmocniç miejsca podatne na najwi´ksze<br />
obcià˝enia.<br />
W rezultacie powstaje element o strukturze kanapkowej<br />
(sandwich) z rdzeniem z materia∏u DLFT oraz cz´Êcià powierzchni<br />
wykonanà ze specjalistycznego kompozytu. W porównaniu<br />
z elementem DLFT wykonanym w ca∏oÊci z polipropylenu<br />
zewn´trzne warstwy wykonane z Tepex dynalite<br />
zapewniajà trzykrotnie wi´kszà wytrzyma∏oÊç i wy˝szy<br />
poziom poch∏aniania energii. Materia∏ Tepex dynalite<br />
<strong>10</strong>4-RG 601 sk∏ada si´ ze struktury polipropylenowej, której<br />
cz´Êcià jest tkanina zawierajàca w 47% (obj´toÊci) niedoprz´dy<br />
z w∏ókien szklanych ciàg∏ych.<br />
Tepex dynalite mo˝e byç stosowany jako zabezpieczenia<br />
podwozi samochodów, szczególnie pojazdów u˝ytkowanych<br />
w rejonach, w których stan dróg nie jest najlepszy,<br />
a tym samym wymagajàcych dodatkowej ochrony. Zdaniem<br />
producenta rozwiàzania o strukturze kanapkowej zawierajàcej<br />
DLFT mogà byç nawet o 50% l˝ejsze od stali<br />
i o 20% l˝ejsze od zabezpieczeƒ aluminiowych. Kompozyty<br />
termoplastyczne o strukturze kanapkowej wykazujà równie˝<br />
doskona∏e w∏aÊciwoÊci akustyczne i mogà byç stosowane<br />
jako izolacja dêwi´kowa.<br />
Termoplastyczne kompozyty typu kanapkowego<br />
z rdzeniem o strukturze plastra miodu wykonane<br />
z poliamidu<br />
Firmy LANXESS i EconCore NV wspólnie pracujà nad<br />
wytworzeniem nowych termoplastycznych materia∏ów<br />
warstwowych przeznaczonych do stosowania w lekkich<br />
konstrukcjach. Wspó∏praca obejmuje wytwarzanie rdzeni<br />
kompozytowych o strukturze plastra miodu z poliamidów<br />
Durethan w zautomatyzowanym, ciàg∏ym procesie opatentowanym<br />
przez firm´ EconCore. Termoplastyczne<br />
kompozyty Tepex umacniane w∏óknem szklanym, produkowane<br />
przez Bond Laminates – firm´ wchodzàcà w sk∏ad<br />
koncernu LANXESS, majà byç ∏àczone z poliamidowymi<br />
rdzeniami. W efekcie ma powstaç materia∏ o podwy˝szonych<br />
w∏aÊciwoÊciach.<br />
Poliamidowe rdzenie o strukturze plastra miodu w po-<br />
∏àczeniu z kompozytami typu kanapkowego (sandwich)<br />
b´dà mog∏y byç stosowane w konstrukcjach lekkich, np.<br />
w przemyÊle samochodowym. Dotyczy to szczególnie kompozytów<br />
z zewn´trznà warstwà z materia∏u Tepex.<br />
Dzi´ki swoim w∏aÊciwoÊciom, zaawansowane poliamidy<br />
Durethan sprawiajà, ˝e rdzenie o strukturze plastra miodu<br />
wykazujà bardzo du˝à sztywnoÊç i wytrzyma∏oÊç nawet<br />
przy stosunkowo wysokich temperaturach oraz dobrà odpornoÊç<br />
na starzenie termiczne. Po∏àczenie rdzeni o strukturze<br />
plastra miodu z zewn´trznymi warstwami z kompozytu<br />
Tepex daje w rezultacie kompozyt kanapkowy o jeszcze<br />
wy˝szej sztywnoÊci i wytrzyma∏oÊci. Mo˝na oczekiwaç,<br />
˝e termoplastyczne kompozyty kanapkowe cechujàce si´<br />
wysokimi w∏aÊciwoÊciami mechanicznymi b´dà mog∏y<br />
zast´powaç w wielu dziedzinach metale, wp∏ywajàc na<br />
Struktura termoplastycznego kompozytu typu kanapkowego<br />
z poliamidu z warstwà zewn´trznà z materia∏u Tepex (fot.<br />
EconCore)<br />
zmniejszenie masy na przyk∏ad w pojazdach mechanicznych,<br />
ale tak˝e w budownictwie i bran˝y transportowej,<br />
w produkcji jachtów i ∏odzi, w bran˝y meblarskiej.<br />
www.lanxess.com<br />
46 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong><br />
47
TECHNOLOGIE CHRONIÑCE ÂRODOWISKO<br />
Mo˝liwoÊci zastàpienia trichloroetylenu<br />
w przemys∏owym myciu cz´Êci<br />
Wszystkie maszyny myjàce Dürr Ecoclean sà wyposa˝one<br />
w zamkni´tà komor´ roboczà; jednoczeÊnie dzi´ki wbudowanemu<br />
obwodowi oczyszczajàcemu rozpuszczalnik mo˝e byç<br />
rozprowadzany w zamkni´tym obwodzie, wi´c jego zu˝ycie<br />
zmniejszy si´ znaczàco w porównaniu z otwartym lub wpó∏zamkni´tym<br />
procesem<br />
k∏adajà si´ w molekule i jak si∏y elektrostatyczne dzia∏ajà<br />
na zewnàtrz. Te czynniki majà wp∏yw na rozpuszczalnoÊç<br />
substancji lub, dok∏adniej, jej mo˝liwoÊç dzia∏ania jako<br />
rozpuszczalnik. G∏ównà zasadà jest „podobne rozpuszcza<br />
podobne”. Oznacza to, ˝e substancje niepolarne, takie jak<br />
t∏uszcze i oleje, dobrze rozpuszczajà si´ w niepolarnych<br />
rozpuszczalnikach, ale s∏abo w polarnych. Z drugiej strony,<br />
substancje polarne, takie jak sole czy emulsje, dobrze rozpuszczajà<br />
si´ w Êrodkach polarnych (woda), ale s∏abo<br />
w niepolarnych.<br />
Na tej zasadzie mo˝na dokonaç wst´pnego wyboru<br />
spoÊród nast´pujàcych Êrodków: perchloroetylen, nie-<br />
Trichloroetylen (TRI) jest u˝ywany zw∏aszcza w precyzyjnym<br />
myciu cz´Êci w ró˝nych ga∏´ziach przemys∏u,<br />
takich jak sprz´t lotniczy czy medyczny. Trichloroetylen<br />
zosta∏ w∏àczony do Aneksu XIV Rozporzàdzenia REACH UE.<br />
W zwiàzku z tym, u˝ycie tego rozpuszczalnika w przemys∏owym<br />
myciu cz´Êci zostanie w przysz∏oÊci znacznie<br />
ograniczone. Nale˝y wi´c zastàpiç rozpuszczalniki zawierajàce<br />
TRI alternatywnymi Êrodkami lub procesami myjàcymi.<br />
JeÊli nie jest to mo˝liwe, po 21 kwietnia 2016 r., u˝ycie<br />
TRI b´dzie dozwolone tylko za wyjàtkowym zezwoleniem<br />
w najnowszych zamkni´tych systemach. Z tego powodu<br />
u˝ytkownicy stojà przed wyzwaniem zastàpienia TRI innym<br />
odpowiednim Êrodkiem lub procesem myjàcym. JeÊli zamiana<br />
jest niemo˝liwa z powodów technicznych lub ekonomicznych,<br />
u˝ytkownik musi wystàpiç do ECHA (Europejska<br />
Agencja Chemikaliów) o autoryzacj´. Aplikacja ta musi<br />
zostaç wype∏niona najpóêniej do 21 paêdziernika <strong>2014</strong> r.<br />
G∏ówne kryteria doboru substancji myjàcej wymagajà<br />
ustalenia typu i wielkoÊci zanieczyszczenia, materia∏u<br />
i geometrii czyszczonej cz´Êci oraz wymaganego stopnia<br />
czystoÊci.<br />
Wa˝nà rol´ pe∏ni równie˝ kompatybilnoÊç pomi´dzy<br />
Êrodkiem zanieczyszczajàcym i myjàcym. Jest to przede<br />
wszystkim funkcja polarnoÊci wymienionych substancji<br />
– parametru, który okreÊla, jak napi´cia elektryczne rozchlorowcowane<br />
w´glowodory, rozpuszczalniki polarne<br />
lub Êrodki myjàce na bazie wody. Perchloroetylen jest<br />
chlorowanym w´glowodorem o podobnych w∏aÊciwoÊciach<br />
rozpuszczajàcych jak TRI, ale mniej groênym. Niechlorowcowane<br />
w´glowodory sà mieszankami, które<br />
ró˝nià si´ pod wzgl´dem sk∏adu i zakresu temperatur<br />
wrzenia, np. izoparafina. Rozpuszczalniki polarne oparte<br />
na zmodyfikowanych alkoholach majà w∏aÊciwoÊci rozpuszczajàce<br />
wod´ i t∏uszcz, co sprawia, ˝e sà przydatne<br />
do usuwania po∏àczonych typów zanieczyszczeƒ. Ârodki<br />
myjàce na bazie wody sà dost´pne w formie neutralnych,<br />
kwasowych i zasadowych preparatów.<br />
Najlepszà alternatyw´ dla TRI mo˝na okreÊliç przez<br />
próby mycia z rzeczywistymi zanieczyszczonymi cz´Êciami.<br />
Niemiecka firma Dürr Ecoclean przeprowadza takie<br />
próby bezp∏atnie w swoich centrach testowych w wielu<br />
europejskich krajach. Testy te dajà mo˝liwoÊç jednoczesnego<br />
okreÊlenia koniecznych parametrów procesu oraz<br />
technologii, dzi´ki czemu okreÊlony rezultat mycia zostanie<br />
osiàgni´ty przy odpowiedniej niezawodnoÊci, powtarzalnoÊci<br />
i wydajnoÊci w rzeczywistych warunkach produkcyjnych.<br />
Wyjàtki od wymaganego zastàpienia TRI sà mo˝liwe tylko<br />
w aplikacjach, gdzie z powodów technicznych lub ekonomicznych<br />
TRI nie mo˝na zastàpiç przed datà wycofania<br />
lub w ogóle. W podaniu o autoryzacj´ nale˝y przedstawiç<br />
obszerne uzasadnienie potwierdzajàce przedsi´wzi´te kroki<br />
w celu zastàpienia substancji. Dlatego aplikant powinien<br />
przed∏o˝yç na przyk∏ad wyniki testów mycia pokazujàce,<br />
˝e nie mo˝na osiàgnàç w∏aÊciwej jakoÊci mycia za pomocà<br />
alternatywnego rozpuszczalnika. Wa˝nym technicznym powodem<br />
mo˝e byç równie˝ fakt, ˝e produkty wra˝liwe na<br />
temperatur´ wykluczajà u˝ycie rozpuszczalników z wy˝szà<br />
temperaturà wrzenia.<br />
Wa˝nym powodem ekonomicznym mo˝e byç fakt, ˝e<br />
proces mycia przeszed∏ certyfikacj´ – zwykle przy wielkich<br />
kosztach i staraniach – w innej firmie i jego ponowna certyfikacja<br />
z innym rozpuszczalnikiem by∏aby ekonomicznie<br />
nieuzasadniona. Co wi´cej, proÊba o autoryzacj´ musi zawieraç<br />
szczegó∏owe informacje o zadaniach mycia oraz<br />
u˝yciu TRI i sposobach obchodzenia si´ z nim. Nale˝y te˝<br />
udowodniç, ˝e ryzyko zwiàzane z u˝yciem tego rozpuszczalnika<br />
jest w odpowiedni sposób kontrolowane.<br />
Bez wzgl´du na podane czynniki, autoryzacja zostanie<br />
wydana tylko pod warunkiem, ˝e dalsze u˝ycie TRI b´dzie<br />
si´ odbywa∏o w zamkni´tym uk∏adzie myjàcym, zgodnym<br />
z najnowszà technologià. Wymaganie to spe∏niajà wszystkie<br />
urzàdzenia Dürr Ecoclean zaprojektowane do mycia chlorowanymi<br />
w´glowodorami. Proces mycia i suszenia odbywa<br />
si´ w zamkni´tej komorze roboczej (fot.). Równie˝ technika<br />
wypierania przep∏ywu powietrza z procesu, zintegrowana<br />
z systemami CHC, gwarantuje obs∏ug´ w pe∏ni wolnà od<br />
oparów bez u˝ycia filtrów z aktywnym w´glem. JednoczeÊnie<br />
wbudowany obwód destylacyjny zapewnia, ˝e<br />
rozpuszczalnik pozostanie w zamkni´tej p´tli, wi´c jego<br />
zu˝ycie zostanie dramatycznie zredukowane w porównaniu<br />
z zu˝yciem w otwartych lub w po∏owie zamkni´tych<br />
procesach.<br />
èród∏o: Dürr Ecoclean GmbH<br />
48 ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>10</strong>/<strong>2014</strong>
Sarmata<br />
Sarmata to system komputerowy, który rozpoznaje polskie s∏owa. Wi´kszoÊç podobnych technologii<br />
jest oparta na j´zyku angielskim. Konstruktorzy z AGH „nauczyli” swój system rozpoznawaç tysiàc polskich<br />
komend. Tym samym otworzyli Polakom mo˝liwoÊç g∏osowego komunikowania si´ z urzàdzeniami<br />
cyfrowymi. Pierwsze wdro˝enia nastàpià w telekomunikacji.<br />
Dzi´ki aplikacji do obs∏ugi tzw. interfejsu g∏osowego u˝ytkownicy systemu b´dà mogli wydawaç<br />
swojemu telefonowi, tabletowi czy komputerowi polecenie, zamiast u˝ywaç myszy czy ekranu dotykowego.<br />
Firmy telekomunikacyjne, które zdecydujà si´ na zakup systemu Sarmata, nie b´dà musia∏y zatrudniaç<br />
telefonistów. Wystarczy, ˝e klient poprosi o po∏àczenie z dzia∏em obs∏ugi klienta, sekretariatem czy<br />
magazynem – system sam automatycznie prze∏àczy go na odpowiednià lini´, bez klikania przyciskami<br />
w komórce.<br />
Komercjalizacjà Sarmaty zajmuje si´ uczelniany spin-off Techmo – spó∏ka technologiczna, której wspó∏w∏aÊcicielem<br />
jest spó∏ka celowa AGH, a zarzàdzajà nià badacze i twórcy rozwiàzania: dr in˝. Bartosz Zió∏ko<br />
i mgr in˝. Dawid Skurzok, prof. dr hab. in˝. Mariusz Zió∏ko, dr in˝. Jakub Ga∏ka i mgr in˝. Tomasz Jadczyk,<br />
b´dàcy równie˝ wspó∏w∏aÊcicielami spó∏ki.<br />
Techmo to akronim s∏ów: technologie mowy. Przetwarzanie mowy i j´zyka naturalnego na tekst pisany to<br />
jedno z wa˝nych wyzwaƒ wspó∏czesnej nauki. Zastosowaƒ technologii mowy jest wiele. W laboratoriach<br />
AGH opracowywane sà m.in. systemy rozpoznawania mowy.<br />
„Rozpoznawanie mowy sk∏ada si´ z kilku etapów. Pierwszym jest odpowiednia rejestracja dêwi´ku,<br />
kolejnym jest podzia∏ tego dêwi´ku na fragmenty, czyli segmentacja, nast´pnie przeprowadzamy parametryzacj´,<br />
a wi´c dobór liczb, które b´dà reprezentowaç dany fragment nagrania. Ten zestaw liczb mo˝emy<br />
porównaç z wczeÊniejszymi nagraniami, postawiç hipotezy, a nast´pnie przejÊç do modelowania<br />
j´zykowego. Wykorzystujemy do tego m.in. statystyki wyst´powania s∏ów, wypowiedzi na ró˝ne tematy”<br />
– mówi dr Zió∏ko.<br />
Jak t∏umaczy, stworzenie takiego systemu dla j´zyka polskiego to du˝e wyzwanie. Do tego typu badaƒ<br />
potrzebne sà gotowe nagrania, teksty. Badania nad systemami angloj´zycznymi rozpocz´∏y si´ 60 lat temu,<br />
ale w Polsce rozwijane sà zaledwie od dekady. System taki musi zostaç „wytrenowany” – w tym celu podaje<br />
mu si´ wzorce danych s∏ów. To proces czasoch∏onny, a ˝eby go uproÊciç, tworzy si´ specjalne programy<br />
komputerowe, które dzielà d∏ugie nagrania na mniejsze fragmenty – na przyk∏ad na zdania albo s∏owa. Te<br />
mniejsze fragmenty zostajà rozpoznawane automatycznie. TrudnoÊci pot´guje fakt, ˝e dla naszego j´zyka nie<br />
ma jeszcze oprogramowania dzia∏ajàcego niezawodnie na wielkich s∏ownikach.<br />
Choç technologie te sà dopiero rozwijane, spó∏ka Techmo ju˝ rok temu „wysz∏a na rynek”, ˝eby aktywnie<br />
szukaç klientów w bran˝y IT. Dzi´ki temu na etapie wdro˝enia mo˝na jeszcze wszystko dostosowaç do<br />
indywidualnych potrzeb partnera biznesowego.<br />
„Sarmata sprawdzi si´ m.in. w systemach automatycznego odpowiadania, kiedy dzwonimy na automat<br />
i rozmawiamy z maszynà. Podobne wdro˝enie to rozmowa z automatycznà sekretarkà i system prze∏àczania.<br />
Kolejne zastosowanie to dzwonienie na infolini´ czy do banku, ˝eby s∏ownie zrealizowaç przelew” – t∏umaczy<br />
jeden ze wspó∏za∏o˝ycieli spó∏ki Dawid Skurzok.<br />
Dodaje, ˝e spó∏ka udziela przysz∏ym klientom, ju˝ na wczesnym etapie wspó∏pracy, wsparcia technicznego.<br />
W ten sposób do konkretnych projektów zatrudniani sà pracownicy. Uczelnia nie mog∏aby<br />
oddelegowaç swoich badaczy do obs∏ugi specjalnego oprogramowania, by∏oby to nieracjonalne wykorzystanie<br />
kapita∏u intelektualnego. Naukowcy pracujà wi´c nad innowacyjnymi rozwiàzaniami, a spó∏ka,<br />
zgodnie z profilem swojej dzia∏alnoÊci, poszukuje i wspiera klientów. Prawa w∏asnoÊci intelektualnej<br />
do systemów pozostajà w AGH.<br />
„Uczelnia ma swoje sposoby dzia∏ania, które nie sà wystarczajàco szybkie dla rynku. AGH udziela licencji,<br />
ale jeÊli trzeba coÊ dorobiç pod kàtem wspó∏pracy systemu Sarmata z produktem innej firmy, to us∏ug´<br />
Êwiadczy Techmo – wyjaÊnia szczegó∏y prezes spó∏ki dr Zió∏ko. – Spin-off skojarzony z uczelnià Êwietnie<br />
nadaje si´ do tego, by zajàç si´ takimi praktycznymi drobiazgami.”<br />
Jego zdaniem ta dzia∏alnoÊç nie tylko nie koliduje, ale uzupe∏nia si´ z pracà naukowà. „Projekty badawczo-<br />
-rozwojowe prowadzimy w tej samej tematyce, w której dzia∏a spó∏ka. Zaj´cia ze studentami prowadzimy<br />
te˝ z przetwarzania mowy i z programowania, a nowe projekty cz´sto zg∏aszamy jako konsorcjum spó∏ki<br />
i uczelni, ˝eby cz´Êç zadaƒ realizowaç tu, a cz´Êç tam. Obecnie jest to symbioza” – podsumowuje Bartosz<br />
Zió∏ko.<br />
Technologie mowy mogà w przysz∏oÊci pozwoliç nam na g∏osowe komunikowanie si´ z komputerami.<br />
Ju˝ teraz sà dost´pne automatyczne t∏umaczenia, wyszukiwanie g∏osowe, systemy automatycznej obs∏ugi<br />
klienta. Sarmata jest wcià˝ rozwijanym projektem. System mo˝na dostosowaç zarówno do konkretnego<br />
mówcy, jak i uruchomiç w trybie modelu ogólnego. System osiàgnà∏ skutecznoÊç 97,7 proc. w testach,<br />
podczas których musia∏, w warunkach rozmowy telefonicznej, rozpoznawaç s∏owa kluczowe przewidziane<br />
do u˝ycia w centralach telefonicznych, takich jak cyfry lub typowe nazwy dzia∏ów w firmach.<br />
PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska
Sarmata<br />
Sarmata to system komputerowy, który rozpoznaje polskie s∏owa. Wi´kszoÊç podobnych technologii<br />
jest oparta na j´zyku angielskim. Konstruktorzy z AGH „nauczyli” swój system rozpoznawaç tysiàc polskich<br />
komend. Tym samym otworzyli Polakom mo˝liwoÊç g∏osowego komunikowania si´ z urzàdzeniami<br />
cyfrowymi. Pierwsze wdro˝enia nastàpià w telekomunikacji.<br />
Dzi´ki aplikacji do obs∏ugi tzw. interfejsu g∏osowego u˝ytkownicy systemu b´dà mogli wydawaç<br />
swojemu telefonowi, tabletowi czy komputerowi polecenie, zamiast u˝ywaç myszy czy ekranu dotykowego.<br />
Firmy telekomunikacyjne, które zdecydujà si´ na zakup systemu Sarmata, nie b´dà musia∏y zatrudniaç<br />
telefonistów. Wystarczy, ˝e klient poprosi o po∏àczenie z dzia∏em obs∏ugi klienta, sekretariatem czy<br />
magazynem – system sam automatycznie prze∏àczy go na odpowiednià lini´, bez klikania przyciskami<br />
w komórce.<br />
Komercjalizacjà Sarmaty zajmuje si´ uczelniany spin-off Techmo – spó∏ka technologiczna, której wspó∏w∏aÊcicielem<br />
jest spó∏ka celowa AGH, a zarzàdzajà nià badacze i twórcy rozwiàzania: dr in˝. Bartosz Zió∏ko<br />
i mgr in˝. Dawid Skurzok, prof. dr hab. in˝. Mariusz Zió∏ko, dr in˝. Jakub Ga∏ka i mgr in˝. Tomasz Jadczyk,<br />
b´dàcy równie˝ wspó∏w∏aÊcicielami spó∏ki.<br />
Techmo to akronim s∏ów: technologie mowy. Przetwarzanie mowy i j´zyka naturalnego na tekst pisany to<br />
jedno z wa˝nych wyzwaƒ wspó∏czesnej nauki. Zastosowaƒ technologii mowy jest wiele. W laboratoriach<br />
AGH opracowywane sà m.in. systemy rozpoznawania mowy.<br />
„Rozpoznawanie mowy sk∏ada si´ z kilku etapów. Pierwszym jest odpowiednia rejestracja dêwi´ku,<br />
kolejnym jest podzia∏ tego dêwi´ku na fragmenty, czyli segmentacja, nast´pnie przeprowadzamy parametryzacj´,<br />
a wi´c dobór liczb, które b´dà reprezentowaç dany fragment nagrania. Ten zestaw liczb mo˝emy<br />
porównaç z wczeÊniejszymi nagraniami, postawiç hipotezy, a nast´pnie przejÊç do modelowania<br />
j´zykowego. Wykorzystujemy do tego m.in. statystyki wyst´powania s∏ów, wypowiedzi na ró˝ne tematy”<br />
– mówi dr Zió∏ko.<br />
Jak t∏umaczy, stworzenie takiego systemu dla j´zyka polskiego to du˝e wyzwanie. Do tego typu badaƒ<br />
potrzebne sà gotowe nagrania, teksty. Badania nad systemami angloj´zycznymi rozpocz´∏y si´ 60 lat temu,<br />
ale w Polsce rozwijane sà zaledwie od dekady. System taki musi zostaç „wytrenowany” – w tym celu podaje<br />
mu si´ wzorce danych s∏ów. To proces czasoch∏onny, a ˝eby go uproÊciç, tworzy si´ specjalne programy<br />
komputerowe, które dzielà d∏ugie nagrania na mniejsze fragmenty – na przyk∏ad na zdania albo s∏owa. Te<br />
mniejsze fragmenty zostajà rozpoznawane automatycznie. TrudnoÊci pot´guje fakt, ˝e dla naszego j´zyka nie<br />
ma jeszcze oprogramowania dzia∏ajàcego niezawodnie na wielkich s∏ownikach.<br />
Choç technologie te sà dopiero rozwijane, spó∏ka Techmo ju˝ rok temu „wysz∏a na rynek”, ˝eby aktywnie<br />
szukaç klientów w bran˝y IT. Dzi´ki temu na etapie wdro˝enia mo˝na jeszcze wszystko dostosowaç do<br />
indywidualnych potrzeb partnera biznesowego.<br />
„Sarmata sprawdzi si´ m.in. w systemach automatycznego odpowiadania, kiedy dzwonimy na automat<br />
i rozmawiamy z maszynà. Podobne wdro˝enie to rozmowa z automatycznà sekretarkà i system prze∏àczania.<br />
Kolejne zastosowanie to dzwonienie na infolini´ czy do banku, ˝eby s∏ownie zrealizowaç przelew” – t∏umaczy<br />
jeden ze wspó∏za∏o˝ycieli spó∏ki Dawid Skurzok.<br />
Dodaje, ˝e spó∏ka udziela przysz∏ym klientom, ju˝ na wczesnym etapie wspó∏pracy, wsparcia technicznego.<br />
W ten sposób do konkretnych projektów zatrudniani sà pracownicy. Uczelnia nie mog∏aby<br />
oddelegowaç swoich badaczy do obs∏ugi specjalnego oprogramowania, by∏oby to nieracjonalne wykorzystanie<br />
kapita∏u intelektualnego. Naukowcy pracujà wi´c nad innowacyjnymi rozwiàzaniami, a spó∏ka,<br />
zgodnie z profilem swojej dzia∏alnoÊci, poszukuje i wspiera klientów. Prawa w∏asnoÊci intelektualnej<br />
do systemów pozostajà w AGH.<br />
„Uczelnia ma swoje sposoby dzia∏ania, które nie sà wystarczajàco szybkie dla rynku. AGH udziela licencji,<br />
ale jeÊli trzeba coÊ dorobiç pod kàtem wspó∏pracy systemu Sarmata z produktem innej firmy, to us∏ug´<br />
Êwiadczy Techmo – wyjaÊnia szczegó∏y prezes spó∏ki dr Zió∏ko. – Spin-off skojarzony z uczelnià Êwietnie<br />
nadaje si´ do tego, by zajàç si´ takimi praktycznymi drobiazgami.”<br />
Jego zdaniem ta dzia∏alnoÊç nie tylko nie koliduje, ale uzupe∏nia si´ z pracà naukowà. „Projekty badawczo-<br />
-rozwojowe prowadzimy w tej samej tematyce, w której dzia∏a spó∏ka. Zaj´cia ze studentami prowadzimy<br />
te˝ z przetwarzania mowy i z programowania, a nowe projekty cz´sto zg∏aszamy jako konsorcjum spó∏ki<br />
i uczelni, ˝eby cz´Êç zadaƒ realizowaç tu, a cz´Êç tam. Obecnie jest to symbioza” – podsumowuje Bartosz<br />
Zió∏ko.<br />
Technologie mowy mogà w przysz∏oÊci pozwoliç nam na g∏osowe komunikowanie si´ z komputerami.<br />
Ju˝ teraz sà dost´pne automatyczne t∏umaczenia, wyszukiwanie g∏osowe, systemy automatycznej obs∏ugi<br />
klienta. Sarmata jest wcià˝ rozwijanym projektem. System mo˝na dostosowaç zarówno do konkretnego<br />
mówcy, jak i uruchomiç w trybie modelu ogólnego. System osiàgnà∏ skutecznoÊç 97,7 proc. w testach,<br />
podczas których musia∏, w warunkach rozmowy telefonicznej, rozpoznawaç s∏owa kluczowe przewidziane<br />
do u˝ycia w centralach telefonicznych, takich jak cyfry lub typowe nazwy dzia∏ów w firmach.<br />
PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska
Change language