РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ...

38
ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3. ar3_nma.ppt 1 255 http://cent.mas.bg.ac.rs Машински факултет Београд Катедра за производно машинство http://www.mas.bg.ac.rs 2.5.5 МАШИНЕ АЛАТКЕ и РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ AP AP-3 Примери мезо и Примери мезо и микромашина микромашина МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020 АР-3 Примери мезо и микромашина МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Transcript of РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ...

Page 1: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 1

2 5 5

http://cent.mas.bg.ac.rs

Машински факултет Београд

Катедра за производно машинство

http://www.mas.bg.ac.rs

2.5.5МАШИНЕ АЛАТКЕ

и РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ

APAP--33Примери мезо иПримери мезо и микромашинамикромашина

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

АР-3 Примери мезо и микромашина

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Page 2: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 2

• Уводд• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

Увод(Уобичајене и могуће теме у микро и мезо технологијама)

• Процеси: резање (S, B, G, Br…), пластично деформисање(истискивање, савијање, просецање, ваљање, сабијање...), електроерозија (жица, пуна електрода), обрада ласером, прерада пластике, склапање, мерење...

• Алати и прибори за микротехнологије: и они су производи ових• Алати и прибори за микротехнологије: и они су производи ових технологија.

• Актуатори.• Управљање.• Надзор.

• Микро и мезо машине алатке.• Микро и мезо фабрике.• Енергетска ефикасност.

Еколошка ефикасност

• Подршка за боље разумевање тема са предавања АН9• Идеје за теме

семинарских радова• Еколошка ефикасност.• ...

Ако је много чега доступно многима, можда ваља то видети, па

покренути своју интерпретацију, не препричавајући туђе.

семинарских радова

Page 3: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 3

• Уводд• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

Класификацијa технологија

Субратктивна (обрада одвајањем материјала)

Примери технологија за микро и мезо машине алатке

Стругање

Бушење

Глодање

Микро-мезо ЕDM,

ECM,

Laser, ...( р д д ј р ј )

Технологије обликовања (деформисања)

Адитивна (додавање материјала)

Брушење,

Пробијање

Просецање

Извлањење

Истискивање

Инкрементално

Микро-мезо

Стереолитографија,

Селективно ласреско

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Инкрементално дефоремисање,

Ливење, ...

Технологије за микро и мезо обраде су оне које се изводе на микро / мезо деловима и производима који спадају у домен величина од 100 до 10 000 микрона.

синтеровање,

Електрообликовање,

LIGA, …

Page 4: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 4

Механичка силаМеханичка сила: : одвајањеодвајањеМикро стругањеМикро стругање

Шема Tипови Обрада на ултрапрецизним

струговима са дијамантским

Примери

ру јалатом

Обрада на минијатуризованим струговима

Ref: Lu et al Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol 39/1999 pp

Микро алат

Ref: Lu et al Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol 39/1999 pp 1171-1183.

Ref: Rehman et al Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol 45/2005 pp 631-639.

39/ 999 pp1171-1183.

Карактеристике Min. D ~ 10 μm Ra ~ 60 nm Roundness ~ 0.5 μm

pp

ШемаГеомeтрија алата

Механичка силаМеханичка сила: : одвајањеодвајањеМикро бушењеМикро бушење

Coated Micro-drillRef: Gabler et al Diamond and Related materials Vol 9/2000 pp 921-924.

Микро алат

pp

Карактеристике Min. D ~ 7 μm Ra < 1 μm L/D ~ 4

6.7 μm Hole Ref:Egashira et al Precision EnggVol 26/2002 pp 263-268.

Познати проблеми повећање

отпора резања

извијање алата

Page 5: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 5

Примери микро стругања и бушења

Микро стругање

Микро бушење

ШемаMicro end-mill types

Механичка силаМеханичка сила: : одвајањеодвајањеМикро глодањеМикро глодање

Пример

Микро алат Micro WallsWall height : 650 μmWall thickness : 25 μm

Material : BrassRef: Bang et al Int.J.Adv. Manuf.Tech

25/2005 pp 888-894.

Карактеристике Min. Size ~ 25 μm Ra ~ 20-80 nm

Coated End MillRef: Uhlmann et al J.Material Processing Tech. Vol 167/2005 pp 402-407.

Page 6: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 6

Шема

Механизам

Механичка силаМеханичка сила: : одвајањеодвајањеМикро брушење

Механизам уклањања материјала крти лом хемо механичка смицање

Оптички елементи

Пример

Slot width : 100 μmAspect ratio : 15Material : WCRef: Ramesh et al Int.J. Machine Tools and .Manufacture 44/2004 pp 39-49.

Могућности процеса Min. Size ~ 100 μm Ra < 4 nm

Пример микро глодања

Page 7: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 7

15μmDisplacement sensorPiezoelectric actuator

Die-set

Displacement sensorPiezoelectric actuator

Die-set

Пластично деформисањеПластично деформисање: : ПримериПримери

Микро Микро пробијањепробијање

SiC fiber

Human hairfoil

Load cell

foil

Load cell

Микро пробијање је једна од технологија микропроизводње у области пластичног деформисања, које каратерише д ф р ј р рједноставност процеса,ниска цена, велика производност и тачност.

Недостатак је ограничење у величини пробијеног микро-отвора због тешкоће израде микро алата (пробојаца).

Један пример микро Један пример микро пробијањапробијања

Микро пробојац пречника 100 m

Микро пробијање

Димензије плоче за пробијање

Ј. Xu, et all, Micro-punching process of stainless steel foil with micro-die fabricated by micro-EDM, Microsyst Technol (2014) 20:83–89 DOI 10.1007/s00542-013-1768-1

Page 8: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 8

Инкрементално деформисање (обликовање)Инкрементално обликовање лима је технологија код које се лим низом малих инкременталних деформација постепено обликује до коначног изгледа. Примена је могућа и на полимерним и композитним листовима.

Лим се обликује алатом лоптастог врха, обично пречника 5 до 20 мм. Алат се може поставити у главно вретено CNC машине или ендефектор робота за обраду. Алатомсе улази у материјал за око 1 мм и прати се контура жељеног дела чиме се постепено лим деформише све док се не формира цео облик дела.

Мање време за развојДиректно из CAD модела до готовог делаНема губитка времена на пројекат и израду калупаПогодно за мали обим производње и брзу израду

Класификација метода за инкрементално деформисање

Tomasz TRZEPIECIŃSKI, Bogdan KRASOWSKI, Andrzej KUBIT, Dawid WYDRZYŃSKI, Possibilities of application of incremental sheet-forming technique in aircraft industry, DOI: 10.7862/rm.2018.08

Page 9: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 9

Инкрементално обликовање

чекићем се остварују мала удубљења ударцима по површини лима

Понављањем удараца у ХУ равни деформације се равномерно увећавају

Померањем по Z-оси на доле чекића повећава се дубина

Пластично деформисањеПластично деформисањеМикро инкрементално обликовање лима

деформисања

Коначно се добија 3Д облик захваљујући инкременталним деформацијама управљаним по три осе X, Y и Z

Принцип инкременталног обликовања лима

Ref: Saotome, Y., et al 2001 Ref: Tanaka, S., et al, 1996

Инкрементално обликовање без калупа

Инкрементално обликовање са калупом

Page 10: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 10

Примери делова добијенихинкременталним обликовањем

Генерисање путање алата

(a)

(b)

(c)

(d)

(a) (c)

CAD моделран парт спирална путања алата са адаптивним слајсингом

спирална путања алата без адаптивног

слајсинга

Page 11: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 11

Примери израдака

МикроМикро--истискивање истискивање истискивање микро пиноваистискивање микро пинова

На одељењу за машинско инжењерство Northwestern Универзитета

Микро обликовање је одговарајућа технологија за употребу у производњи микроделова, посебно за масовну производњу, где је микро-истискивање, типична

технологија која је брза и ствара мање отпадног материјала у поређењу с обрадом резањем.

На одељењу за машинско инжењерство Northwestern Универзитета се користи технологија истискивања микро пинова.

(Prof. J. Cao, et al, Northwestern University)

Микро-екструдер (1 генерација) димензије пречника пинова: 1.2mm, 0.8mm, 0.48mm.

Page 12: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 12

МикроМикро--истискивањеистискивањеистискивање микро пиноваистискивање микро пинова

• Истискивање: идеално за масовну производњу

• кључна питања:ф– деформациона сила

– трење на површини алата и обратка– Оштећења пинова услед велике силе

избацивања

• Побољшање могуће применом сегментних калупа

(Prof. J. Cao, Northwestern)

150 mm

Микро-екструдер (2 генерација)

130 mm

Предња страна актуатора причвршћена је на ову

површину носача

Page 13: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 13

--истискивањеистискивање

210mm

210 mm405mm

150mm

405 mm

150 mm

Склопљени Микро-екструдер са подсклопом, актуатором и

потпорним носачем.

• пречник основе 1.50 mm;

• истиснути пречник dia. = 1.00 mm

Пример истиснутог почетног узоркаПример истиснутог почетног узорка

Почетни узорак екструдираног пинаПочетни узорак екструдираног пина

(а) може се видети вишак материјала причвршен на добијени пин, који се накнадно уклања

(б)посматрајући са врха пина видљиво је померање између две половине калупа

Page 14: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 14

Типови процеса

Топљење/испаравањеТопљење/испаравање::Електроерозиона обрадаЕлектроерозиона обрада

електроерозионо обрада пуном електродом

Die-sinking EDMEDM Wire EDM

електроерозиона обрада жичаном електродом

електродом

EDM MillingWEDG

Wire Electro Discharge Grinding

електроерозионо брушење

електроерозионо глодање

Микро електроерозиона

обрада жицом

примери обрађених делова

0.03 mm

Page 15: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 15

Микро електроерозиона

обрада пуном електродом

(Micro EDM)

Конвенционално микро-глодање и жичани EDM нису увек способни да у устворе потребне микро-геометрије.

На пример израда калупа за зупчанике који се производе за употребу у сатовима, се не могу извести електроерозијом жичаном електродом.

Разло ге тај што није било доступног материјала жице електроде пречника знатно мањег од потребног минималног радијуса од 25 микрона за врхове зуба зупчаника зупчаника.

Micro EDM је процес који је развила швајцарска компанија Sarix. Ово је поступак 3Д микро електроерозије пуном електродом с тим да ова електрода не представља негатив онога што се обрађује. Овде је алат ротирајућа врло танка шипка, која се креће као глодало и материјал не уклања резањем, већ електроерозијом.

Решење проблема је технологија микро електроерозионог глодања (Micro EDM ).

• Уводд• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

Page 16: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 16

Типични примери(http://www.wtec.org/micromfg/workshop/proceedings/Entire-Proceedings.pdf)

M1

M2

M1

WTEC Report

M3 M4 M5

...

Takashima Multi-Pro(http://www.takashima.co.jp/en/Desk%20Top%20Process%20Machine.html)

• Реконфигурабилна.• Габарит: 476х477 mm. Троосна, АС мотори. • Могуће конфигурације: ЕDM 1,2; Milling 1,2;

Grinding.• EDM 1 Помоћу јединице за EDM 1 са• EDM 1. Помоћу јединице за EDM 1 са

управљаним вретеном. Број обрта вретена: до 3000. Погон: сервомотор. Снага: 150 W. Пречник стезача за алате: до 1 mm.

• Milling 2. Помоћу јединице за Milling 2. Број обрта главног вретена: 5000 до 60000. Снага до 370 W. Пречник стезача за алате: до 6 mm. Троши до 30 l/min ваздуха за хлађење. Тачност обртања вретена, односно, алата: боља од 1 μm.

• Grinding. Помоћу јединице за брушење. Намењена је за обраду делова од керамикеНамењена је за обраду делова од керамике и супер легура. Број обрта вретена: до 120000. Снага: до 21 W. Пречник стезача за алате: до 4 mm. Троши до 80 l/min ваздуха за хлађење. Тачност обртања вретена: боља од 1 μm (ексцентрицитет отвора у стезачу алата у односу на конус у главном вретену).

• Опције: хлађење уљном маглом, ултразвучна обрада...

Page 17: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 17

EDM1

Milling 2

EDM2

g

Grinding

M1 Takashima Multi-Pro

http://www.youtube.com/results?search_query=Takashima+Multi-Pro

Page 18: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 18

(FANUC ROBONANO, WTEC Report)

• Ултра прецизна машина која може да ради као петоосна глодалица, струг, петоосна брусилица, брзоходна оштрилица, петоосна рендисаљка ...

П б ј• Погон главног обртног кретања је ваздушна турбина са бројем обрта 70000.

• Стругање врши монокристалом дијаманта.

• Рендисање може да врши брзоходном јединицом са погоном помоћу пиезокристала и фреквенцом 3 kHz.

• Управљачка јединица је FANUC Series 15i. Инкремент транслаторних оса је 1nm, а обртних 0.00001º. Тачност позиционирања је ±2 nm

• Могућност мерења на машини.

• Намена: израда огледала, филтера, скала, мрежа, LCD, малих сочива, микро калупа и сличних ултра прецизних делова.

РОБОНАНО је способан за симултано петоосно глодање и стругање, брушење, рендисање као и мерење са нано резолуцијом.

360

360

Радноокружење машине

Ходовиоса

Окретна кабина за приступ зони обраде приликом постављања обратка, алата и прибора

Page 19: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 19

обрадак

алат

Опције постављања обратка и обрадних јединица са алатом.Алат и обрадак се могу постављати на обе обртне осе и на С и на В.

Ултрапрецизно глодањеВретено ваздушне турбине

A - алат

ААА

RPRP

A - алат

Вретено ваздушне турбине које се на машину поставља за

потребе ултрапрецизног глодања

RP – обрадак (радни предмет)A - алат

RPRP

Обрада V жлебова Променљиви облици жлебова

Обрада freeform површина коришћењем

симултанеПетоосне обраде

Page 20: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 20

Ултрапрецизно стругање

A - алат

обрадакобрадак

A алат

Носач алата

A - алат

Примери обраде ултрапрецизног стругања

Алат за стругањеса монокристалом

дијаманта.

Главно вретено ваздушне турбине за стругање

Носач алата

Носачвретена или носача алата

Ултрапрецизно брушење

Користећи једно вретено за стругање или два вретена застругање или два вретена за

глодање (од којих је једно за алат) можете брусити језгра сочива

израђених од тврдих материјала, као што је волфрам-карбид, са

великом прецизношћу.

Вретено ваздушне турбине као за стругање(опционо)

тоцило

Главно вретено ваздушне турбине као за глодање

(опционо) КонкавноТачност профила

Page 21: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 21

Ултрапрецизно рендисање

Алат јејне обртни обрадак

Алат јене обртни

Обрада петоосним рендисањем алатом (који није обртан) коришћењем расположивог петоосног управљања што омогућава израду закривљених непрекидних жлебова која се срећу код мултифокалних фреснел сочива.

Ултрапрецизно брзоходно рендисање

A - алат

обрадак

A

обрадак

Ra= 1nm

Опремљеност машине Робонано са опционом јединицом за ултрапрецизно брзоходно рендисање могу се направити микроскопски жлебови са врло добром површинском тачношћу где је могуће остварити и храповост до 1нанометра.

Page 22: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 22

Ултра прецизно мерење на машини (Nanochecker)

Омогућава да се обрађени облик радног предмета мери директно на машини са могућношћу дораде, а без потребе за скидањем обратка ради мерења.

Nanochecker

Карактеристике:

Максимална брзина мерења: 500 mm/minРезолуција мерења 1 нанометарДимензије: 56x90x56 mmМаса: 0.4 kg

Софтвер за мерењеСа CAD/CAM функцијом

Development of an automated microfactory: Part 1 – Microfactory architecture and sub-systems development,University of Illinois, UIUC)

• Пример петоосне мезо машине алатке. Постоји и прототип троосне машине.О ј б• Основна намена је обрада глодањем и бушењем. Може се прилагодити и за обраду стругањем и за обраду ласером.

• Површина основе је 0.3 m2. • Број обрта главног вретена је 160000. • Лежишта главног вретена су

аеростатичка.• Погони свих помоћних кретања су

сервомотори без четкица. • Убрзање транслаторних оса је 6G.

Инкремент енкодера транслаторних оса• Инкремент енкодера транслаторних оса је 20nm, а вођице су котрљајне.

• Ходови транслаторних оса су 40mm, осе B 180º, а осе С 360º.

• Крутости машине: КXX=0.78 N/μm,YY=0.85 N/μm, KZZ=0.89 N/μm.

• Структура микрофабрике: по једна троосна и петоосна машина, једна мерна машина и један палетни систем.

Page 23: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 23

Управљање, ваздух инапајање

МЕРНАИЗМЕЊИВАЧ

монитор компјутера

Gantryробот

Лејаут једне микрофабрике

МЕРНАМАШИНА

ТРООСНАМАШИНА

ПЕТООСНАМАШИНА

ИЗМЕЊИВАЧПАЛЕТА

МАШИНААЛАТКА

МАШИНААЛАТКА

носач каблова

Парадигма микрофабрике је развијена паралелно са новом врстом микро и мезо машина алатки, пројектованих за производњу мезо и микро прецизних делова по много нижим ценама од традиционалних машина.

Троосна машина 33--Axis Axis mMmMАА

Петоосна машина55--Axis mMAxis mMАА

http://micromanufacturing.org/uploads/publications/microfactory1.pdf

• 180x180x300mm габарит машине• 25x25x25mm ходови оса

Троосна и петоосна машина из претходно показане микрофабрике

су дате на овом слајду.

Page 24: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 24

Микро мерна машинаМикро мерна машина

Метролошка станица са микро мерном машином у микрофабрици укључује регистрацију дела и инспекцију дела. ц ју д

Ова машина користи исте кинематске спојнице за причвршћивање палета и сензора. Ове спојнице омогућавају употребу вишеструких сензора, укључујући ласерске

http://micromanufacturing.org/uploads/publications/microfactory1.pdf

број оса: три (X, Y Z)

Ласер резолуције 0.01μм

сензоре даљине, тактилне сонде и vision системе

Gantry Gantry РОБОТРОБОТ

Пренос припремака обадакаПренос припремака, обадакаи сензора са машине намашину врши се помоћучетворосног Gantry робота уконзолној конфигурацији. Иматри транслаторна померања иоријентацију обртањемендефектора са хватачем.

Хватач је двопрсти и користисе за хватање и држање

http://micromanufacturing.org/uploads/publications/microfactory1.pdf

се за хватање и држањеприпремка, обрадака исензора током транспорта.

Page 25: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 25

Investigation on the key technologies of micro machine tool andprototype development, ICIRA 2008, pp. 240-249.)

• Габарит машине је 400х320х100mm, габарит обратка је 50х50х50 mm.

• Машина је троосна.

• Има брзоходно електромоторно главно вретено.

• Погони помоћних кретања су ултра прецизни транслаторни серво мотори.

• Мерни системи су лењири.

• Управљање је отворене архитектуре.

И• Има троосни прецизни динамометар за мерење силарезања.

• Радни простор се посматра помоћу CCD стерео микроскопа са увећањем до 240.

• Машина се програмира помоћу G кôда.

LUMEX 25C, Matsuura Machinery, WTEC Report

• Машина је хибридна, дакле, припада комплексним (мултифункционалним) машинама.

• Намењена је за синтеровање и обраду глодањемглодањем.

• Синтеровање се врши у металном праху помоћу ласера. Састав праха је: 90% челика и 10% бакра. Ласер је типа CO2. Има снагу од 300W.

• Омогућава обраду глодањем великим брзинама резања. Тако се у истом обрадном систему врше и израда припремка и завршна обрада.

• Користи се метод додавања материјала: после сваких 5 пролаза у синтеровању врши се обрада ивицасинтеровању врши се обрада ивица текућег слоја са просечном тачношћу до 25 μm. Храпавост површи готовог дела је око 15 μm. Тврдоћа је око 20HRc, са планом да се достигне 40 HRc. Користи се средство за хлађење приликом обраде глодањем.

• Проблем су порозност готовог дела и спорост процеса.

Page 26: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 26

M6Сечење воденим ножем(Finecut™ precision cutting systems)

Page 27: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 27

Сечење воденим ножем Finecut™ precision cutting systems

Примена: за медицинску опрему, накит, прецизну механику, ваздухопловство, електронику,...

Може да сече скоро све материјале

нема топлоте у зони резања

висока прецизност и квалитет обрађене површине

радијуси до 0.15 mm и мање

сечење димензија 0.3 mm и мање

толеранција: +/-0.01 mm

Сечење воденим ножем(Finecut™ precision cutting systems)

Page 28: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 28

Примери обрађених делова(Finecut™ precision cutting systems)

• Уводд• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

Page 29: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 29

Нови тип концептаМини-производна линија

Претходна производна линија

Основна идеја микро фабрикеОсновна идеја микро фабрике

Lens Lens ModuleModule

Micro Micro MotorMotor

Дигитална производњаДигитална производња& Даљинско управљање& Даљинско управљање

PlugPlug--InInMechanismMechanism

µF

О микрофабрикама и микро машинама алаткама(http://unit.aist.go.jp/amri/group/finemfg/English/research/Microfactory/CPT2002.pdf)

• Микро стругови• Микро глодалице

М• Микро пресе• Микро роботи• Микро манипулатори• Микро машине за прераду пластике• Микро електроерозионе машине• Микро мерне машине• Микро машине за ваљање• Микро машине за савијањеМикро машине за савијање• Микро машине за просецање• Микро машине за инкрементално обликовање• ...

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Page 30: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 30

Прва микрофабрика(AIST)

• Габарит: 62 490 380625х490х380mm

• Маса: 34kg

• Једна глодалица

• Један струг

• Једна преса

• Један робот

Ј• Један манипулатор

• Две ручице

• Један екран

Пример производног програма(Микро куглични лежај)

спољ. пречник 900m = 0.9 mm

конус 100-500m

3 mm

пречник куглица 200m =0.2 mm

Појединачно израђени делови и састављени производ – микро куглични лежај

Page 31: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 31

МИКРО СТРУГ

Први микро струг – MEL, 1996, Јапан

димензије:32 0 x 25 0 x 30 5 mm3

MEL(Mechanical Engineering Laboratory )

32.0 x 25.0 x 30.5 mm тежина: 100 g

X-Y осе су погоњене пиезоелектричним актуаторима главно вретено је снаге 1.5 W и остварује 10,000 min-1

може да обрађује месинг са тачношћу од 1.5 μm до 2.5 μm минимални пречник обраде је 60 μm

Page 32: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 32

(лево: прва верзија, десно: нова верзија, са НУ)

МИКРО СТРУГ

МИКРО СТРУГ

Камера за праћење обраде

Page 33: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 33

МИКРО СТРУГ

NC систем за микро струг

Обрађени микро шешир

ЛЕГО фигура осветљава радни простор

Генерације микро струга

Прва концепција струга, безнумеричког управљања:

Друга концепција струга, санумеричким управљањем:

МИКРО СТРУГ

• Габарит: 32х25х30.5 mm.• Маса: 100 g.• Носач алата: (X,Y) сто са пиезо

актуаторима.• Снага мотора за главно

кретање: 1.5 W.• Број обрта главног вретена:

10000 o/min.• Храпавост у правцу помоћног

• Пиезо актуатори на оба помоћна кретања.

• Сила помоћних кретања: 3 N.• Снага мотора за главно

кретање: 1.5 W.

р у р цукретања приликом обраде месинга: 1.5 μm.

• Кружност обрађеног цилиндра: 2.5 μm.

• Минимални пречник обраде: 60 μm.

Page 34: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 34

основна машина

димензије: 170х170х102mm главно вретено: DC серво мотор 36W

МИКРО ГЛОДАЛИЦА

главно вретено: DC серво мотор 36Wброј обрта:15600 min-1

прихват алата: 3 mm

Користи се за обраду глодањем равних површина и бушење рупа

• Габарит: 111х66х170 mm.• Снага: 100 W.• Сила: 3 kN.• Актуатор: рециркулационо

завојно вретено.

МИКРО ПРЕСА

ј р• Преносник за главно

кретање: зупчасти каишни преносник.

• Брзина притискивача и крајеви хода управљају се системом за нумеричко управљање.

• 60 циклуса у минути

Page 35: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 35

двопрста микро рука

има 50mm дугачке стаклене игле каопрсте.

РОБОТ

р

Сваки прст имапиезоелектричне актуаторe

Прстима може да се управља као штапићима

Опсег рада прстију је 100 × 100 ×30микрометара.

Р ј ј јРезолуција померања прстију је 1 микрометар или мање.

Максимално управљива величина објекта је200 микрометара.

МАНИПУЛАТОР

Мотори М1 и М2 погоне зглобове АВ и АС респективно.

Мотор М3 обезбеђује оријентацију вертикалне осеМотор М3 обезбеђује оријентацију вертикалне осе.

Мотор М4 обезбеђује транслацију вертикалне осе.

Рука може радити унутар круга 200mm у пречникуса хоризонталном тачношћу позиционирања ~20 микрометара.

Манипулатор је конфигурисан као комбинација SCARA механизма и пантограф паралелног механизма.

Page 36: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 36

• Уводд• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

Један пример развоја мини CNC машине алатке

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Page 37: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 37

Један пример развоја мини CNC машине алатке

Мини CNC машина алатка је едукациона

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Мини CNC машина алатка је едукационамашина, која се може направити од свимадоступних компонената као што су стари погониод DVD/CD читача за погоне НУ оса иодговарајући рацунар за управљање на PCплатформи применом LinuxCNC софтвераотворене архитектуре или управљања на једнојод компактних рачунарских платформи као штоје Raspberyy Pi.

Мини троосна CNC машина алатка

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2020

Page 38: РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ APAP--33cent.mas.bg.ac.rs/nastava/ma_bsc/pdf_nma/ar3_nma.pdf · 2020. 4. 28. · Int.J.Machine Tools & Manufacture Vol ... Xu, et all, Micro-punching

ПРИМЕРИ МЕЗО И МИКРО МАШИНА MANG. Подсетник за АР-3.

ar3_nma.ppt 38

• Увод• Увод• Примери технологија за микро и мезо машине алатке• Примери микро и мезо машина алатки• Примери микрофабрика• Један пример развоја мини CNC машине алатке• Литература

1) http://www.micromanu.com/x/resourcecentre.html2) http://www.micromanu.com/x/guideArchiveArticle.html?id=265

3) http://www.mech.northwestern.edu/MFG/AML/M4/M4-Files/Ehmann/tsld002.htm4) http://micromanufacturing.org/uploads/publications/microfactory1.pdf5) http://micromanufacturing.org/uploads/publications/microfactory2.pdf

6) http://unit.aist.go.jp/amri/group/finemfg/English/research/Microfactory/CPT2002.pdf7) J. Shi, J. Mi, J. Wang, K. Chen, W. Wang,G. Cai, Investigation on the Key Technologies of Micro

Machine Tool and Prototype Development, ICIRA 2008, Part II, LNAI 5315.