OSNOVI TEHNOLOŠKIH PROCESA

Projektirani tehnološki proces je skup teorijsko - naučnih znanja i praktičnih iskustava usmjerenih na definiranje slijeda, postupaka i režima procesa obrade s ciljem pretvaranja nižih upotrebnih vrijednosti pripremka u više kvalitetne vrijednosti gotovog proizvoda.Tehnološki proces je dio proizvodnog procesa. Tehnološki proces obuhvata propisani redoslijed postupaka obrade koje treba izvesti da bi se dobio geometrijski oblik zadanih dimenzija, tačnosti, kvaliteta obrade i drugih osobina.Tehnološki procesi mogu biti jednostavni i složeni. Jednostavni procesi pretvaraju pripremak u proizvod u hodovima koji se odvijaju određenim i propisanim redoslijedom.Složeni tehnološki procesi se izvode sa više rednih ili paralelnih zahvata, koji mogu biti diferencirani i/ili koncentrirani. Kada se u jednom zahvatu istovremeno nalazi više alata, čija se vremena obrade preklapaju ili slijede govori se o simultanim procesima obrade (automati, specijalne mašine, automatske linije i si.).

TEHNOLOŠKI POSTUPAK

Dio proizvodnog procesa, koji se obavlja na proizvodnim radnim mjestima, naziva se tehnološkim postupkom ili procesom. To je onaj dio procesa proizvodnje kroz koji prolazi materijal na putu od sirovine do gotovog proizvoda kada mu mijenjamo oblik, dimenzije, mehaničke, fizičke i hemijske osobine tj. to je skup svih obrada na predmetu obrade koje se izvode određenim sredstvima za rad na određenom prostoru i uz određene režime obrade.

DODACI ZA OBRADU

Dodatak za obradu u količinskom smislu je razlika mase između pripremka i izratka. Dodatak za obradu je neophodan, iako predstavlja gubitak materijala i ima tehno - ekonomski značaj, jer veliki dodatak za obradu povećava gubitak materijala, vrijeme obrade i cijenu izrade |4,I6j,Međutim, da bi se od pripremka dobio definirani i kvalitetni izradak potrebni su dodaci za obradu, koji ovise o vrsti i tačnosti obrade.Dodatak za obradu ovisi o vrsti materijala izratka, metodi dobivanja pripremka (odijevale, otpresak, otkovak), veličini i geometrijskom obliku izratka, režimu obrade, načinu stezanja i baziranja obratka, zahtijevanom stepenu tačnosti i kvaliteti obrađene površine, te tipu proizvodnje.

IZBOR POLAZNOG OBLIKA MATERIJALA - PRIPREMKA

Izbor polaznog oblika materijala, odnosno pripremka je vrlo odgovoran tehno - ekonomski zadatak tehnologa.Na izbor vrste i oblika pripremka utiče:

geometrijski oblik i tehnološka složenost izratka, količina proizvodnje, vrsta osnovnog materijala, zahtjevan kvalitet i funkcija izratka u eksploataciji, eksploatacijski, tehnološki i ekonomski uslovi.

Osnovni kriterij pri izboru pripremka je da ukupni troškovi materijala i izrade budu minimalniPolazni oblik materijala za velike serije, se obično dobiva postupkom vrućeg i hladnog deformiranja (kovanje, izvlačenje, ististkivanje i dr.) ili savremenim metodama livenja (livenje pod pritiskom, precizni - mikro liv). Kod pojedinačne i maloserijske proizvodnje primjenjuje se konvencionalno

livenje, zavarivanje i šipkasti (valjani ili vučeni) materijal koji se može koristiti i kod velikoserijske proizvodnje ukoliko se tehnološki proces izvodi na poluatomatskim i automatskim mašinama.Konstrukcionim crtežom definiran je kvalitet i vrsta osnovnog materijala, pa je ograničen izbor polaznog oblika materijala, npr. ako je materijal liveno željezo ili čelični liv tada će polazni oblik biti odljevak.

IZBOR VARIJANTE TEHNOLOŠKOG PROCESA

Izbor varijante tehnološkog procesa, kao i tehnološkog postupka u okviru određenog tehnološkog procesa je kompleksan i odgovoran zadatak tehnologa. Ovisno o vrsti proizvoda, njegove funkcije, geometrijskog oblika, zahtijevane tačnosti tehnološki proces obrade se može sastojati iz operacija različitih vrsta, obrade, npr. obrade struganjem {tokarenje, bušenje, glodanje, rezanje navoja itd.), obrade deformiranjem (izvlačenje, istiskivanje, probijanje itd.), termičke obrade (žarenje, napuštanje, kaljenje itd.), obrade zavarivanjem (plinsko, elektrootporno, TIG, MIG, itd.), površinske obrade, itd.Ovo pokazuje da postoji veliki broj mogućih kombinacija varijanti procesa obrade i redoslijeda operacija (slika 3.42). Dakle, u principu broj mogućih tehnoloških procesa je vrlo velik. Međutim, iz mogućeg skupa tehnoloških varijanti, na temelju karakteristika izratka, može se vrlo brzo definirati određeni broj varijanti koje imaju realnu podlogu za izbor najpovoljnijeg procesa ili postupka obrade.Pri izboru varijante tehnološkog procesa ili postupka obrade osnovni kriterij su minimalni troškovi. Da bi odredili troškove treba postaviti odgovarajuće matematičke modele. To znači da se u okviru pojedinih procesa za svaku operaciju i zahvat moraju definirati troškovi, čiji zbir daje ukupne troškove. Dakle, iz skupa analiziranih procesa ili postupka usvaja se onaj koji daje najmanje troškove obrade uz uslov da zadovoljava utvrđene tehničko - tehnološke kri terije izratka.

IZBOR OBRADNE MAŠINE

Struktura obradnog sistema sa klasičnim upravljanjem određena je upravljačkom jedinicom (čovjek - operater), mašinom (energija), alatom, priborom i uređajima i materijalom (obradak).Osnovne karakteristike koje treba analizirati pri izboru obradne mašine su:

Energetske (instalirana snaga). Tehnološki prostor obrade (površina radnog stola, prečnici obrade, prostor procesa obrade -

alati i obradak). Kinematske osobine (broj obrtaja, stepenovanje obrtaja - brzina, raspodjela od nmi„ do nmax

i dubina skidanja materijala amax), hodovi alata ili obratka (uzdužni, poprečni, vertikalni). Tehnološke osobine (vrste postupaka obrade i izbor režima obrade, parametri procesa

obrade, pozicioniranje obratka, mogućnost koncentracije operacija i zahvata). Informacijske osobine (upravljačka jedinica - upravljački računar, način programiranja rada i

upravljanja, nositelj informacija). Stezna mjesta za alate i naprave, način stezanja, broj alata i broj steznih mjesta obratka i

alata. Tačnost mašine (radna - tehnološka tačnost). Stepen automatizacije (klasična, automatska, CNC, fleksibilna). Masa mašine. Gabaritne dimenzije i radni prostor. Cijena mašine i troškovi obrade (DEM/h).

Danas postoje moderne metode modeliranja i optimizacije izbora obradne mašine utemeljene na tehno - ekonomskoj analizi troškova obrade. Prema tome, postoje četiri osnovna kriterija pri izbora obradne mašine, i to:

1. tehničko - tehnološki kriterij,2. kriterij nivoa automatizacije,3. kriterij minimalnih troškova,4. kriterij maksimalne proizvodnosti.Prva dva kriterija određena su složenošću proizvoda i zahtijevima procesa obrade, dok ostala dva

kriterija su rezultat optimizacije obradnih procesa, gdje postoji funkcija cilja minimalnih troškova obrade, odnosno maksimalnih ekonomskih efekata.

PROJEKTIRANJE KLASIČNIH TEHNOLOŠKIH POSTUPAKA

Tehnološki proces obrade obuhvata transformaciju polaznog materijala, odnosno pripremka u finalni proizvod tj. izradak. Transformacija se izvodi koračnoin metodom postepene promjene geometrijskog oblika, dimenzija, unutrašnjih svojstava materijala i vanjskih svojstava kvaliteta obrađenih površina. Klasični tehnološki procesi obrade se izvode na klasičnim obradnim sistemima i reaiizuju se klasičnim postupcima obrade. Klasični obradni sistemi imaju ručno upravljanje, gdje je još uvijek znatan uticaj operatora koji upravlja obradnom jedinicom. Operator utiče na tačnost obrade, produktivnost i stepen iskorištenja, te jednim dijelom i na tehnološki tok (slijed obradnih operacija i zahvata i pomoćnih zahvata)

PLANIRANJE PROCESA OBRADE

Planiranje procesa obrade je stvaralački rad tehnologa koji počiva na korištenju naučnih metoda, stručnih znanja i iskustvu. Programirani proces ima dalekosežni uticaj na sve tehno-ekonomske parametre proizvodnje, plasmana i budućnost proizvoda na tržištu. Zbog toga je potrebno poznavati ne samo metodologiju projektiranja procesa, već i način aplikacije na konkretne uslove proizvodne prakse.Proces obrade se sastoji od:

tehnoloških operacija, zahvata i prolaza.

Tehnološka operacija se izvodi na obratku, pri čemu se mijenjaju geometrijska, fizikalna, dimenzijska i/ili hemijska svojstva materijala pripremka. Operacija je osnovna jedinica tehnološkog postupka obrade jednog ili više obradaka, koja se izvodi na jednom radnom mjestu. Radne operacije mogu biti složene kada sadrže više zahvata i jednostavne kada imaju jedan radni zahvat koji čini operaciju.Operacija se može shvatiti i kao obrada između dva stezanja, iako može biti i sa više stezanja obratka, kada se obrada između dva stezanja označava kao faza obrade (slika 4.3).Zahvat je dio operacije obrade koji se odnosi na obradu jedne površine, s određenim alatom i režimom obrade. Dakle, pri izvođenju zahvata ne mijenja se obrađivana površina, alat niti projektirani režim obrade. Sa promjenom bilo kojeg od navedenih parametara (površina, alat, režim obrade) započinje naredni zahvat. Kod obrade skidanjem strugotine zahvati mogu imati jedan ili više prolaza.Prolaz je dio zahvata koji se izvodi na određenoj površini obratka.Kada su dodaci za obradu veći, veći je i broj potrebnih prolaza, tako da se sa istim režimom obrade i istim alatom izvodi više prolaza (slika 4.4) |13|. Tek se posljednjim prolazom dobije traženi kvalitet obrađene površine. Potreban broj prolaza određuje se iz dodatka za obradu i režima obrade (dubine rezanja).

Najvažniji su tehnološki zahvati (zahvati obrade) kojima se mijenja oblik, dimenzije i druga svojstva materijala obratka. Dakle, prolaz je dio zahvata koji se ponavlja više puta.

IZBOR REZNIH ALATA

Izbor reznih alata vrši se prema vrsti obrade (gruba, čista, fina i specijalna), geometrijskom obliku površine, zahtjevanom kvalitetu obrađene površine, vrsti materijala obratka, tehnološkom nivou mašine (klasični, CNC, NC, FMS), dodatku za obradu i tehnološkom sistemu: mašina - obradak - alat - pribor. Takođe, izbor alata zavisi i od tehnološke operacije obrade. Alati mogu biti standardni i specijalni. Pri projektiranju tehnološkog procesa tehnolog nastoji izabrati standardne alate za koje navodi broj standarda, dok za nestandardne - specijalne alate prikazuje crtežom oblik alata i opisno postavlja zadatak za konstrukciju i izradu alata

ODREĐIVANJE PARAMETARA REŽIMA OBRADE

Nakon planiranja procesa obrade i izrade plana obrade površina prelazi se na određivanje režima obrade. Režim obrade zavisno od vrste materijala obratka, obradne mašine, zahtjevanog kvaliteta obrađene površine, izvršenog izbora alata može se odrediti:

1. statistički na osnovu iskustvenih (tabličnih) podataka izvedenih sličnih procesa obrade i2. analitički, izračunavanjem parametara režima obrade

IZBOR OPTIMALNOG REŽIMA OBRADE

Elementi režima obrade direktno utiču na vrijeme obrade, produktivnost procesa, troškove obrade i postojanost alata. Zbog toga, optimalni režim obrade određuje se na razne načine npr. linearnim i konveksnim programiranjem, iterativnim postupcima itd. Kod savremenih procesa obrade (CNC, NC, FMS) nije upitno optimiranje elemenata režima obrade. Međutim, i kod konvencionalnih tehnoloških procesa teži se izbora optimalnih parametara procesa obrade, jer to ima višestruke tehno- ekonomske koristi.

PREMA TEHNOLOŠKOM NIVOU TEHNOLOGIJE SE DIJELE NA:

1. Konvencionalne mašine2. Nekonvencionalne mašine

Konvencionalne mašine mogu biti : konvencionalne tehnologije i konvencionalni sistemi upravljanja, a nekonvencionalne mašine imaju kompjutersko upravljanje gdje proces može biti, nekonvencionalan, fleksibilna tehnologija ili konvencionalna tehnologija.

PROJEKTIRANJE GRUPNIH TEHNOLOŠKIH POSTUPAKA

Grupna tehnologija se temelji na spoznaji da mnogi tehnološki problemi sadrže određene sličnosti, te da se grapisanjem sličnih problema mogu naći zajednička rješenja. Jednoj tehnološkoj grupi pripadaju svi dijelovi koji se mogu obraditi na jednoj alatnoj mašini pomoću jednog istog tehnološkog podešavanja mašine, dakle sa istim priborom i alatima. Iznijeta misao sadrži osnovno načelo grupne obrade o potrebi klasifikacije djelova i formiranja grupa sličnih dijelova za koje će se unificirati tehnološki .postupak obrade. Na ovaj način formiraju se tehnološke grupe od dijelova iz proizvodnog programa koji imaju zajedničku problematiku u toku procesa obrade određene operacije. To znači da se grupna tehnologija ograničava na konstruktivnu i tehnološku sličnost pojedinih postupaka obrade i alata, odnosno na pojedine operacije, što ima za posljedicu kombinaciju

grupnih i individualnih tehnoloških operacija u toku izrade. Grupne operacije uspješno se primjenjuju za obradu dijelova čija je obrada ograničena jednim obradnim procesom (obrada na jednom obradnom sistemu) ili kada je moguće grupirati slične dijelove, tada se obrada izvodi primjenom sličnih obradnih procesa, tzv. grupni tehnološki proces (obrada na različitim obradnim sistemima).

OSNOVE I METODE GRUPISANJA IZRADAKA

Pri projektiranju tehnoloških procesa, ovisno o vrsti proizvodnje i strukturi proizvodnog programa, naći će se veći broj izradaka koji su različiti ili slični po materijalu pripremka, obliku i dimenzijama, namjeni i procesu izrade. Takav heterogeni skup izradaka primjenom principa i modela grupne tehnologije treba tehnološki usavršiti kako bi se dobila optimalna rješenja u procesu izrade.Osnovno polazište pri razvoju grupne tehnologije jeste da se slični izradci trebaju izrađivati sličnim postupcima obrade, odnosno na istoj proizvodnoj opremi. Primjenom grupne obrade postoji mogućnost da se u procesima obrade primjeni visokoproizvodna fleksibilna oprema i u uslovima maloserijske proizvodnje, jer se grupiranjem povećava tehnološka serijnost proizvodnje.Pod grupnom obradom se podrazumijeva obrada grupe izradaka kod kojih se primjenjuje ista priprema obradnog sistema i ista obrada površina.Najvažnije stajalište grupne tehnologije su kriteriji prema kojima se izvodi grupisanje, odnosno segmentiranje proizvodnog programa s ciljem dobivanja grupa i izradaka u svakoj od njih. Pri prelasku sa tradicionalne - klasične tehnologije na grupnu tehnologiju glavni je problem grupisanje izradaka što se može postići korištenjem jedne od četiri različite metode |10|:

1. Metoda klasifikacije i kodiranja zasnovana je na dodjeljivanju svakom izradku određene brojčane vrijednosti (klasifikacijski broj) koja ga svrstava u grupu izradaka koji imaju isti ili sličan klasifikacijski broj. Ova metoda je vrlo pogodna za primjenu računara i kada već postoji klasifikator zahtjeva veoma malo vremena za implementaciju.

2. Empirijska metoda zasnovana je na analizi konstrukcijske i tehnološke dokumentacije izradka nakon čega tehnolog odlučuje o grupiranju, što se izvodi u dva osnovna koraka:

3. Proizvodni program se diferencira na nekoliko grupa tako da. se obrada izradaka svake grupe može izvesti na zajedničkom obradnom sistemu.

4. Svaka grupa dobivena u prvom koraku s,e dalje diferencira na manje grupe sa većim stepenom tehnološke složenosti obrade, tako da se prvo izdvoje izradci koji se mogu obrađivati na linijskim jedno i višepredmetnim obradnim sistemima.

5. Metoda proizvodnog toka koristi tehnološke procese i hodograme obrade kao podloge za grupisanje, tako da se na temelju njih formiraju liste izradaka za svaku vrstu proizvodne opreme. Metoda se provodi u tri osnovna koraka:

6. Izdvaja se ona vrsta opreme gdje je najmanji broj izradaka i svi izradci koji zahtjevaju tu opremu formiraju grupu izradaka. Za opremu koja nije uvrštena u grupe korak se ponavlja dok se ne grupiraju i svi ostali izradci. Dalje se svaka grupa provjerava na mogućnost rastavljanja na dvije, tri ili više podgrupa.

7. Ispita se mogućnost spajanja podgrupa u grupe određene veličine, pri čemu se daje prednost podgrupama sa najvećim brojem zajedničke istovrsne opreme. Ova metoda je primjenjiva kod manjeg broja izradaka, jer se sa. povećanjem broja izradaka gubi preglednost pri rastavljanju i sastavljanju grupa.

8. Proizvodna metoda proces grupisanja obavlja na osnovu tehnoloških, proizvodnih, organizacijskih i ekonomskih faktora. Za izvođenje postupka grupisanja koriste se preliminarni tehnološki procesi obrade (planirane operacije, njihov redoslijed i vrijeme obrade, te oprema) koji su nastali nakon analize radioničkih crteža. Prednost ove metode je visok kvalitet dobivenih rješenja.

9. Cluster analiza primjenjuje postupak opisa skupa objekata vrijednostima određenog broja obilježja nakon čega odabranim algoritmom (matematičkim postupkom) izvodi

dijeljenje u veći ili manji broj skupina i to'tako da se unutar svake skupine postigne homogenost u odnosu na jednu ili više vrijednosti obilježja. Kada se navedeno primjeni na problematiku grupisanja tada su izradci objekat Cluster analize dok su obilježja svojstvo koje pokazuje da li neka proizvodna oprema sudjeluje u procesu obrade izratka ili ne. Ovako se dobiju binarne matrice veza izradak - oprema, dok se grupe dobiju permutacijom redaka odnosno stupaca matrice. Permutacija se izvodi dok se ne postigne minimizacija unaprijed zadane funkcije cilja koja se proračuna za svako međustanje matrice veza. Matrice su pogodne za primjenu na računani i omogućavaju brzo grupisanje velikog asortimana izradaka.

GRUPNA TEHNOLOGIJA I CAD/CAPP/CAM

Primjena grupne tehnologije u području CAD/CAPP/CAM sistema kao podloge za razvoj fleksibilnih tehnoloških ćelija, i fleksibilnih proizvodnih sistema je od velike važnosti. S obzirom na ograničen prostor u okviru ove knjige zainteresirani se upućuju na izvornu literaturu |12| . Implementacija grupne tehnologije u projektiranu proizvodnih sistema i procesa podrazumijeva:razvoj vlastitih ili korištenje razvijenih sistema klasifikacije i kodiranja,formiranje grupa izradaka prema sličnosti u proizvodnji, te grupisanje alata i NC programa,kod automatskog planiranja procesa obrade klasifikacioni broj omogućije ulazak u banku podataka za generiranje obradnih procesa (poglavlje 7.),formiranje tehnoloških ćelija i sistema grupisanja mašina, planiranje procesa proizvodnje prema zahtijevima grupne tehnologije.Temelj povezivanja grupne tehnologije i CAD/CAPP/CAM sistema je banka podataka koja omogućuje grupisanje izradaka koji bi se obrađivali u okviru određenog fleksibilnog proizvodnog sistema ili fleksibilne ćelije ili NC mašine. Ako je predhodno urađen program procesa obrade za kompleksni dio tada je prelazak na izradu programa za svaki dio date grupe vrlo brz, što skraćuje vrijeme pripreme.

PROGRAMIRANJE U CAD/CAM SISTEMU

Programiranje NC i CNC mašina može se realizirati na više načina, ipak najviše se primjenjuje integracija programskih NC modula u GAD sistemu.To znači daje integracija CAD i CAM sistema u stvari integracija CAD i NC sistema. Neki od tih sistema su CADTOOL (DACTECH Ltd.), MK21 (Aerospace AG), TC - APT - I (NC - CAD Software GmbH), WOP - Indramat (INDRAMAT GmbH), itd. Pri programiranju NC mašina u CAD/CAM sistemima, kao izlaz iz NC modula se dobije program izratka ili CL datoteka, pa se upravljački program dobije na isti način kao kod automatiziranog programiranja. Prema tome, za automatizirano programiranje kao i za programiranje NC mašina u CAD/CAM sistemima za pripremu upravljačkog programa za NC mašine potrebne su dvije faze.

Osnova CAD/CAM programiranja počiva na interaktivnom korištenju podataka razvijenih u CAD "sistemu. Geometrijski i tehnološki podaci potrebni za programiranje ne oblikuju se u okviru programskog sistema - jezika već se preuzimaju iz CAD sistema. Dakle primjenom CAD/CAM sistema uspostavlja se direktna veza između konstruisanja, tehnologije i proizvodnje. Težnja je da pri povezivanju CAD/CAM sistema bude veća tehnološka zastupljenost (automatsko određivanje parametara obrade, optimizacija zahvata i si.)

Prva faza je obrada programa izratka u procesoru, nakon čega dolazi druga faza koja se naziva postprocesiranje, gdje je osnovni zadatak CL datoteku prilagoditi numerički upravljanoj mašini - upravljačkoj jedinici (računam).

Dakle, težnja da se izvrši integracija procesa konstruiranja izratka CAD i programiranja obradnih procesa CAM dovela je do razvoja sistema čiji programski paketi omogućuju integraciju CAD/CAM programiranja. Programiranje proizvodnog procesa te izrada operativnog programa za obradu na CNC mašinama sa korištenjem interne baze CAD podataka o geometriji izratka zahtijeva:

preuzimanje CAD podataka o izratku, pianiranje procesa obrade, ispis programa tj. programiranje procesa obrade, simulaciju procesa obrade.