W czasie ubiegłorocznej edycji targów EUROTOOL swoje osiągnięcia prezentowali nie tylko producenci maszyn, ale również uczelnie wyższe. Jedną z nich była krakowska AGH, na stoisku której mogliśmy przyjrzeć się ciekawej obrabiarce.

Zaprojektowana w Katedrze Robotyki i Mechatroniki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie sterowana numerycznie frezarka pięcioosiowa jest połączeniem kinematycznej struktury równoległej i szeregowej. Struktura równoległa mechanizmu lub robota jest to takie połączenie mechanizmów, w którym kilka łańcuchów kinematycznych (ramion) połączonych jest wspólnym przegubem lub platformą, na której znajduje się chwytak lub narzędzie obrabiające. W przypadku struktury szeregowej ramiona połączone są kolejno jedno do drugiego. Efektem takiego połączenia jest obciążenie napędu drugiego ramienia ramieniem trzecim, a napęd ramienia pierwszego, obciążony jest masą ramienia drugiego i trzeciego.

Przy takim połączeniu tylko niektóre połączenia są napędzane i sterowane. W maszynie zastosowano różne napędy – łańcuchy szeregowe, równoległe lub szeregowo-równoległe (hybrydowe). Za ich użyciem w budowie obrabiarek przemawia wiele zalet przekładających się na wydajną pracę maszyn, tj.: korzystny stosunek masy do wielkości mechanizmu oraz wysoka sztywność maszyny. Rozważając zastosowanie mechanizmów równoległych do budowy obrabiarek należy wziąć pod uwagę wszystkie ich zalety, ale również ich wady, na które składają się: mniejsza przestrzeń robocza w porównaniu z mechanizmami szeregowymi, bardziej złożone układy sterowania czy też możliwość kolizji współpracujących ze sobą ramion.

Głównym założeniem takiego połączenia jest wykorzystanie zalet i ominięcie wad obu typów struktur. Zwiększenie przestrzeni roboczej w porównaniu do obrabiarek równoległych, wzrost sztywności i zmniejszenie masy w zestawieniu z szeregowymi maszynami to jedynie przykładowe ulepszenia urządzenia.

Generalna koncepcja budowy obrabiarki hybrydowej polega na zintegrowaniu robota równoległego typu tripod przesuwającego narzędzie w trzech stopniach swobody z mechanizmem szeregowym opartym o stół uchylno-obrotowy. W efekcie powstało urządzenie o funkcjonalności pięcioosiowej frezarki typu NC (ang. Numerical Control) klasy HSM (ang. High Speed Machining) i programowanej za pomocą G-kodu (język zapisu poleceń dla urządzeń CNC) wg. standardu ISO.

Konstrukcja obrabiarki będąca przedmiotem kilku udzielonych patentów pozwoliła na uzyskanie szybkich ruchów w dużej przestrzeni roboczej z dostateczną możliwością obciążenia i wysoką stabilnością. Przeznaczeniem frezarki jest wysokoobrotowa obróbka metali miękkich (aluminium, miedź), tworzyw sztucznych i innych materiałów (np. drewno). Typowe uzyskiwane posuwy robocze wynoszą od 0,02 do 0,1 [mm/ostrze]. Chwilowa prędkość liniowa ruchów roboczych narzędzia względem przedmiotu obrabianego (posuw) wynosi od 0,1 do 10 [m/min]. Prędkość ruchów jałowych narzędzia wynosi około 60 [m/min], natomiast maksymalne chwilowe przyspieszenie liniowe od 5 do 20 [m/s2]. Platforma ruchoma obrabiarki wyposażona jest w gniazdo do mocowania elektrowrzeciona na zasadzie uniwersalnego zacisku. W prototypowym urządzeniu zastosowano elektrowrzeciono umożliwiające obróbkę z prędkościami obrotowymi od 1000 do 40 000 [obr/min]. Wrzeciono posiada uchwyt narzędziowy – typ CHN-16 – pozwalające na mocowanie frezów przeznaczonych do obróbki wysokoobrotowej o średnicach od 3 do 10 [mm]. Mocowanie narzędzi odbywa się ręcznie. Przestrzeń roboczą frezarki stanowi walec o średnicy 400 [mm] i wysokości 400 [mm].

Skonstruowana frezarka jest lżejsza w porównaniu do konwencjonalnych obrabiarek CN (waży około 1900 [kg], bez uwzględnienia osprzętu mocującego element poddawany obróbce i samego elementu), a jej wymiary gabarytowe to: 1020 [mm] długości, 1180 [mm] szerokości i około 2010 [mm] wysokości. Uwzględniając jednak charakter pracy robota równoległego, instalacja obrabiarki wymaga przestrzeni o średnicy do 3000 [mm] i wysokości do 2500 [mm].

Frezarka została wyróżniona nagrodą "Małego Smoka Wawelskiego" w kategorii obrabiarki na 18-tych Między-narodowych Targach Obrabiarek, Narzędzi i Urządzeń do Obróbki Materiałów – EUROTOOL® 2013 – w Krakowie, a projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju

(AGH Kraków / Fot: 4metal.pl)