Studium symbiózy geometrické a pracovní přesnosti frézovacích center

Abstract

Disertační práce se zabývala studiem symbiózy geometrické a pracovní přesnosti frézovacích center. V úvodu práce byla vysvětlena problematika přesného obrábění, kvalita obráběcích strojů a jejich přesnost v rámci různých vlivů. V přehledu současné problematiky byly uvedeny práce autorů, kteří se zmíněnou problematikou již zabývali. V teoretické části se práce zaměřila na druhy přesností obráběcích strojů. Byly zde vysvětleny pojmy geometrická a pracovní přesnost strojů, jejich parametry a možné metody měření. V další části se práce zabývala moderními měřícími přístroji a jejich využití. V experimentální části práce je uvedeno schéma postupu jednotlivých cílů disertační práce a jejich časová osa. Pro potřeby experimentů bylo využito frézovací centrum DMU 50, které se nachází v prostorách laboratoří Vysoké školy báňské- Technické univerzity Ostrava. Potřebné vybavení a materiál pro realizaci prací poskytla Fakulta strojní. V oblasti měření geometrické přesnosti obráběcího stroje byl využit měřící přístroj Ballbar QC20-W společnosti Renishaw. Tento přístroj dokáže bezdrátově měřit parametry obráběcího stroje i v horizontu několika časových úseků pro jejich případné porovnání. Jeho parametry a postup měření jsou popsány v rámci práce. Součástí programu Ballbar jsou vyhodnocovací grafy, které byly popsány a použity v dalších krocích experimetu. Před samotným měřením systémem Ballbar bylo provedeno kontrolní měření pro zjištění nepřesností a vad na vřetenu frézovacího centra. Druhým kontrolním měřením bylo stanovení opakovatelnosti a kompenzace nastavení polohy. Tyto dvě kontrolní měření neodhalily výrazné problémy, které by ovlivnily další měření. Poté bylo přistoupeno k samotnému měření systémem Ballbar v rámci časového úseku 3 let pro zjištění přesnosti obráběcího stroje v závislosti na čase. Měření probíhalo pro všechny tři roviny stroje (xy, yz ,zx). Tato data byla zpracována do grafů a tabulek pro lepší přehlednost celé problematiky. Poslední měření s označením B11(xy, yz, zx) bylo podrobněji analyzováno, jelikož bylo použito pro další analýzu možné symbiózy. Všechna získaná data byla využita pro zhodnocení geometrické přesnosti stroje. Pro zjištění pracovní přesnosti obráběcího stroje byly navrženy kontrolní vzorky označené V(xy, yz, zx). Tyto vzorky byly vyrobeny na frézovacím centru DMU 50 vždy po šesti kusech pro každou rovinu. Výroba vzorků přeběhla hned po posledním měření systémem Ballbar pro co nejpřesnější možné porovnání obou metod. Po výrobě kontrolních vzorků proběhlo jejich měření na tří souřadnicovém měřícím stroji Wenzel LH 65. Vzorky byly upnuty a měřeny stejným způsobem, kterým byly vyrobeny v obráběcím stroji včetně přesné polohy vůči osám. Toto opatření zajistilo získání stejných hodnot pro obě metody měření. Z šesti vzorků každé roviny byl vždy vybrán jeden pro další analýzu možné symbiózy obou metod měření přesnosti. Po získání všech dat obou metod se přistoupilo k jejímu vyhodnocení. Cílem bylo zjistit, zda lze porovnat geometrickou přesnost stroje zastoupenou daty z měření systémem Ballbar s pracovní přesností stroje, která byla zastoupena kontrolními vzorky, změřenými na souřadnicovém měřícím přístroji. Graficky i kvantitativně se data nejvíce shodovaly v rovině yz a zx, kde hodnoty kruhovitosti byly ve stejné úrovni s minimálními odchylkami vůči sobě. Závěrem lze říci, že symbióza mezi pracovní a geometrickou přesností obráběcích center je možná. Pro další výzkum v této oblasti je v závěru několik doporučení.

The dissertation dealt with the study of the symbiosis of geometric and working precision of milling centers. In the beginning of the thesis, the issue of precision machining, the quality of machine tools and their accuracy within the framework of various influences were explained. In the overview of current issues, the works of authors who have already dealt with the mentioned issues were presented. In the theoretical part, the work focused on the types of precision of machine tools. The concepts of geometric and working accuracy of machines, their parameters and possible measurement methods were explained here. In the next part, the work dealt with modern measuring devices and their use. In the experimental part of the thesis, the scheme of the progress of the individual goals of the dissertation and their timeline is presented. The milling center DMU 50, which is located in the premises of the laboratories of the University of Mining and Technology of the Ostrava University, was used for the experiments. The necessary equipment and material for the implementation of the work was provided by the Faculty of Mechanical Engineering. Renishaw's Ballbar QC20-W measuring device was used to measure the geometric accuracy of the machine tool. This device can wirelessly measure the parameters of the machine tool even in the horizon of several time periods for their eventual comparison. Its parameters and measurement procedure are described in the work. Part of the Ballbar program are the evaluation graphs that were described and used in the next steps of the experiment. Before the actual measurement with the Ballbar system, a control measurement was performed to detect inaccuracies and defects on the spindle of the milling center. The second control measurement was to determine the repeatability and compensation of the position setting. These two control measurements did not reveal significant problems that would affect further measurements. After that, the measurement itself was started with the Ballbar system within a period of 3 years to determine the accuracy of the machine tool as a function of time. The measurement took place for all three planes of the machine (xy, yz, zx). This data was processed into graphs and tables for a better clarity of the entire issue. The last measurement labeled B11(xy, yz, zx) was analyzed in more detail, as it was used for further analysis of possible symbiosis. To determine the working accuracy of the machine tool, control samples marked V(xy, yz, zx) were designed. These samples were produced on the DMU 50 milling center in six pieces for each plane. Sample production took place immediately after the last measurement with the Ballbar system for the most accurate possible comparison of both methods. After manufacturing the control samples, they were measured on a Wenzel LH 65 three-coordinate measuring machine. The samples were clamped and measured in the same way as they were made in the machine tool, including the exact position relative to the axes. This measure ensured that the same values were obtained for both measurement methods. From the six samples of each plane, one was always selected for further analysis of the possible symbiosis of both accuracy measurement methods. In conclusion, it can be said that symbiosis between working and geometric accuracy of machining centers is possible. In conclusion, there are several recommendations for further research in this area.