Ευφυείς δομές για υβριδικές εργαλειομηχανές πρόσθεσης και αφαίρεσης υλικού

Οι εργαλειομηχανές αντιμετωπίζουν ιδιαίτερες λειτουργικές δυσκολίες σε χώρες με υψηλές θερμοκρασίες. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ελαφρύς σχεδιασμός συμβάλλει στην καλύτερη δυνατή απόδοση των μηχανημάτων επεξεργασίας μετάλλων.

 

Tων κ. Δημήτρη Μπάρκα και Αγαθοκλή Κριμπένη*

 

Η εγκατάσταση και λειτουργία ακριβών εργαλειομηχανών σε «αναδυόμενες» χώρες, εκτός από την Ευρώπη και τις ΗΠΑ, αποτελεί μια ενδιαφέρουσα πρόκληση, καθώς οι περιβαλλοντικές συνθήκες και ειδικότερα οι διαφορές στη θερμοκρασία επηρεάζουν την απόδοσή τους.

Για τη βελτίωση της ανταγωνιστικότητας στις παγκόσμιες αγορές εργαλειομηχανών, είναι απαραίτητη η ανάπτυξη μόνιμων νέων λύσεων και η βελτιστοποίηση των υπαρχουσών τεχνολογιών. Ωστόσο, σε κάποιες τρίτες χώρες η λειτουργία ακριβών εργαλειομηχανών παρουσιάζει κάποτε ορισμένες δυσκολίες. Η βάση των μηχανών συχνά δεν είναι τόσο σταθερή όσο απαιτείται κατά τη φάση της διάταξης και του σχεδιασμού.

Οι περιβαλλοντικές συνθήκες συχνά χαρακτηρίζονται από υψηλές θερμοκρασίες κατά τον ημερήσιο χρόνο λειτουργίας, σε σύγκριση με τα ευρωπαϊκά δεδομένα. Το γεγονός αυτό επηρεάζει ιδιαίτερα την απόδοση των εργαλειομηχανών μεσαίου μεγέθους.

Επιπλέον, από τη θερμότητα συμβαίνουν δομικές παραμορφώσεις που προκαλούν σφάλματα στην τοποθέτηση του μηχανήματος, ενώ ταυτόχρονα επηρεάζεται σημαντικά η απόδοση των εργαλειομηχανών. Τέτοιου είδους μηχανές σχεδιάζονται συνήθως ως μηχανές τύπου γάστρας, με πλάκα βάσης, δύο πλευρικά τοιχώματα, μια κινούμενη γέφυρα (στον άξονα x) που φέρει εγκάρσια ολίσθηση (στον άξονα y) και μια κατακόρυφα κινούμενη μνήμη RAM.

Οι εργαλειομηχανές αυτού του τύπου είναι εξοπλισμένες με άμεσες μονάδες κίνησης και στους 5 άξονες τροφοδοσίας, οι οποίοι διαθέτουν υψηλή δυναμική τοποθέτησης και ακρίβεια.

Όσον αφορά τη δυναμική ακαμψία και την ακρίβεια διαδρομής, η απόδοση του μηχανήματος μπορεί να επηρεαστεί από ανεπαρκή βάση. Επιπλέον, προκαλείται ευαισθησία από τις μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας περιβάλλοντος. λόγω του μεγέθους των δομικών στοιχείων της μηχανής και του μήκους των βραχιόνων μοχλού.

 

Σύγχρονη τεχνολογία

 

Ο ελαφρύς σχεδιασμός παρέχει υψηλές δυνατότητες στον τομέα των εργαλειομηχανών προκειμένου να μειωθεί η αδράνεια, να ανακουφιστούν τα συστήματα κίνησης τροφοδοσίας, να ενισχυθεί η δυναμική κίνησης τροφοδοσίας, να αυξηθεί η ακρίβεια διαδρομής και φυσικά να βελτιωθεί η ενεργειακή απόδοση.

Ο ελαφρύς σχεδιασμός συνεπάγεται είτε μια δομική βελτιστοποίηση όσον αφορά την τοπολογία και το πάχος των τοιχωμάτων των δομικών στοιχείων, είτε την εφαρμογή ελαφρών υλικών, είτε και συνδυασμό των δύο παραπάνω τεχνικών.

Προκειμένου να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητες αυτών των τεχνικών, απαιτούνται εξελιγμένες μέθοδοι σχεδίασης, διάταξης και βελτιστοποίησης, καθώς και τεχνικές μοντελοποίησης και προσομοίωσης.

Πρόσθετη παράμετρος βελτιστοποίησης πρέπει να θεωρηθεί και το σχετικό κόστος των διαθέσιμων στο εμπόριο απαιτούμενων υλικών.

 

Δομή δοκού αλουμινίου με σύνθετα υλικά άνθρακα

Ένα πραγματικό παράδειγμα ελαφρού σχεδιασμού είναι η δομή δοκού αλουμινίου με σύνθετα συστατικά άνθρακα – εποξειδικού υλικού υψηλού συντελεστή (HM) σε σχέση με το σχεδιασμό μιας μηχανής επιθεώρησης πάνελ LCD (εικ.1). Η διάταξη βελτιστοποιήθηκε ως προς το σχήμα διατομής της δοκού, τη σειρά στοίβαξης και το πάχος του σύνθετου οπλισμού σε σχέση με τη θεμελιώδη φυσική συχνότητα και την παραμόρφωση κάμψης.

Οι ευεργετικές δυναμικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών αξιοποιήθηκαν σε σχέση με τη σχεδίαση ενός βραχίονα οδήγησης μιας μηχανής κοπής σύρματος ηλεκτρικής εκκένωσης. Με την υποστήριξη των προσομοιώσεων πεπερασμένων στοιχείων (FE), πραγματοποιήθηκε λεπτομερής σχεδιασμός σχετικά με το μήκος συγκόλλησης και τον αριθμό των ενισχυτικών στρώσεων. Σε σύγκριση με τον συμβατικό βραχίονα, η μάζα μειώθηκε σε λιγότερο από 50%, η στατική ακαμψία διατηρήθηκε, ενώ βελτιώθηκε σημαντικά η θεμελιώδης φυσική συχνότητα καθώς και ο λόγος απόσβεσης(εικ. 2).

Εικόνα 1

Παραλλαγή 1 με εσωτερικά πλαίσια (α), κολλημένα μισά κελύφη (b), τοποθέτηση των χαλύβδινων ράβδων στις άκρες (c), χαλύβδινη πλάκα σύνδεσης στην κεφαλή μηχανικής κατεργασίας (d), συναρμολόγηση γραμμικών οδηγών (e) και πλήρης δομή με παρεμβαλλόμενο κεντρικό σωλήνα (f)

 

Εικόνα 2

Παραλλαγή 2 με βήματα υλοποίησης και δομή θήκης για ενσωμάτωση πλακών

 

Conventional casted slide = Συμβατική χυτή επικάλυψη

Body with glued sidewalls = Σώμα με συγκολλητά πλαϊνά τοιχώματα

Implementation of mail interfaces = Υλοποίηση των κύριων διεπαφών

CFRP plates = Πλάκες CFRP

Secondary part of linear drive = Δευτερεύον τμήμα γραμμικής μετάδοσης κίνησης

Linear guides = Γραμμικοί οδηγοί

*O κ. Δημήτριος Μπάρκας είναι μηχανολόγος μηχανικός, καθηγητής ΕΠΑ.Λ. και υπ. διδάκτορας ΕΚΠΑ, ενώ ο κ. Αγαθοκλής Κριμπένης είναι μηχανολόγος μηχανικός και επικ. καθηγητής ΕΚΠΑ.

 

 

Ελέγξτε επίσης

Βιομηχανικά ρομπότ πολλαπλών εργασιών

Η παραγωγική διαδικασία των σύγχρονων βιομηχανικών μονάδων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα ρομποτικά συστήματα, …