Large Workpieces with Thermal Stability​

เทคโนโลยีสำหรับการผลิตแม่นยำสูงกับความเร็วสูงและความเร่งในการขับเคลื่อนในแต่ละแกนของเครื่องดับเบิลคอลัมน์แมชชีนนิ่งเซนเตอร์ แนวทางที่แนะนำนั่นคือการใช้ลิเนียมอเตอร์ที่มีสเตเตอร์ชนิดไม่มีแม่เหล็กถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนในแต่ละแนวแกนเพื่อให้ความเร้วและความเร่งสูงในการทำงาน นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติที่ก่อให้เกิดความร้อนเพียงเล็กน้อยในการทำงานซึ่งสิ่งนี้จำเป็นอย่างมากสำหรับลิเนียมอเตอร์ที่จะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนรูปทางความร้อนของโครงสร้างเครื่องจักร แนวทางถัดมานั่นคือการลดกำลังของมอเตอร์โดยการจัดวางแม่เหล็กเพื่อให้เกิดการเลื่อนสไลด์ระหว่างกัน ผลที่ได้นั่นคือมอเตอร์ได้รับการควบคุมให้สามารถทำงานด้วยความแม่นยำสูง ยิ่งไปกว่านั้นความเร่งสูงยังก่อให้เกิดการยุบตัวหรือเปลี่ยนรูปของโครงสร้างได้ การยุบตัวเกิดขึ้นจากค่าความคาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นในจุดที่ตัดของเครื่องมือ ถึงแม้ความมอเตอร์จะทำงานได้อย่างถูกต้องก็ตาม

 

เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มสูงขึ้นของระบบออโต้เมชั่นในการผลิตที่แตกต่างกัน เครื่องจักร CNC ต่างๆจะมีฟังก์ชั่นการทำงานที่แตกต่างกันออกไป อย่างไรก็ตามจากการสำรวจจะพบว่าเครื่องจักรรุ่นใหม่ๆมักจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นและในขณะเดียวกันยังมีการรับประกันเรื่องของคุณภาพอีกด้วย ในมุมมองของผู้ผลิตเครื่องจักรนั้นจะต้องทำอย่างไรให้เครื่องจักรสามารถผลิตอย่างแม่นยำ น่าเชื่อถือ ในทางเดียวกันยังต้องลดเวลา และลดต้นทุนการผลิตซึ่งสิ่งเหล่านี้เป็นเหตุผลที่ค่อนข้างจะขัดแย้งกัน ในการแก้ไขปัญหาดังกล่าวจำเป็นต้องทำความเข้าใจด้วยแนวคิดในเบื้องต้นอย่างแรกนั้นคือ การออกแบบโครงสร้างเครื่องจักรกลที่ดี ซึ่งมีหลายๆปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความแม่นยำในระหว่างการผลิต ด้วยปัจจัยดังกล่าว โครงสร้างของเครื่องจักรมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในมุมมองของการพัฒนาเครื่องจักรที่หลากหลายของผู้ผลิตรายต่างๆจะพบว่าโครงสร้างเครื่องจักรขนาดใหญ่ได้รับการออกแบบตามประสบการณ์ของผู้ออกแบบ ซึ่นมันก็โอเคสำหรับการใช้ประสบการณ์เป็นพท่นฐานในการออกแบบเครื่องจักรอย่างง่ายและความแม่นยำต่ำ อย่างไรก็ตาม เมื่อสภาวะการแข่งชันที่เพิ่มสุงขึ้นในทุกวันนี้ การออกแบบโดยอาศัยประสบการณ์ถือว่าไม่มีองค์ความรู้ที่เพียงพอสำหรับการพัฒนาเครื่องจักรคุณภาพสูง ซึ่งมักจะต้องการคุณสมบัติต่างๆ เช่น น้ำหนักเบา มัลติฟังก์ชั่น แข็งแกร่งสูง และในเวลาเดียวกันก็มีโครงสร้างที่ซํบซ้อนอีกด้วย ทั้งนี้ผู้ผลิตบางรายได้มีการนำปัญหาที่เกิดขึ้นมาพัฒนาจนนำไปสู่เครื่องดับเบิ้ลคอลัมน์แมชชีนนิ่งเซนเตอร์ที่สามารถทำงานได้อย่างแม่นยำประสิทธิภาพสูง และสามารถตอบโจทย์ความต้องการได้เป็นอย่างดี

Thermo-Friendly Concept ของโอคุม่า

 

การบิดเบี้ยวของขนาดชิ้นงานในการผลิตที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปทางความร้อน – ในอดีต กลยุทธ์หลักที่นำมาต่อสู้กับการเปลี่ยนรูปทางความร้อนบนเครื่องจักรกลนั้นจะอาศัยวิธีการจำกัดแหล่งกำเนิดความร้อนให้น้อยที่สุด ด้วยแนวคิดใหม่ที่ใช้หลักการเป็นมิตรกับความร้อน (Thermo-Friendly Concept) จากชื่อหมายถึง  การอยู่ร่วมกับความร้อนมากกว่าจะกำจัดออกไป การเปลี่ยนรูปทางความร้อนนั้นเกิดขึ้นในรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งยากจะคาดการณ์ อย่างไรก็ตามถ้าการเปลี่ยนรูปทางความร้อนได้ถูกจำกัดให้เกิดในรูปร่างที่คาดการณ์ได้เท่านั้น ผลกระทบของความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะสามารถหักล้างกันตลอดจนแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้วิธีการดังนี้

  1. ทำให้โครงสร้างการเปลี่ยนรูปทางความร้อนง่ายขึ้น
  2. ออกแบบเทคโนโลยีที่ทำให้เกิดการกระจายความร้อนทิศทางเดียว
  3. การชดเชยการเปลี่ยนรูปทางความร้อนที่แม่นยำสูง

 ด้วยเทคโนโลยีนี้จึงสามารถรักษาความแม่นยำสูงในการขึ้นรูปได้โดยปราศจากระบบหล่อเย็นขนาดใหญ่ หรืออุปกรณ์พิเศษ เช่น ห้องควบคุมอุณหภูมิ เป็นต้น

เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ Double-column และเครื่องจักรขนาดใหญ่ชนิดอื่นๆ มีระยะเคลื่อนที่ยาว และมีสัดส่วนที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปที่มากกว่า และยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนรูปอันเป็นผลมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวตั้ง ในการขึ้นรูปการเปลี่ยนรูปอาจเกิดผลกระทบจากระดับหลายไมครอนไปจนถึงหลายสิบมิลลิเมตร​

ด้วยการใช้ Thermo-Friendly Concept ในเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ Double-column สำหรับงาน 5 แกนของโอคุม่า จะสามารถลดการเปลี่ยนรูปทางความร้อนนี้เหลือเพียง 1 ใน 4 เท่านั้น การอุ่นเครื่องและควบคุมอุณหภูมิภายในห้องจึงไม่จำเป็นอีกต่อไป และจะไม่เกิด step บนผิวชิ้นงานเมื่อขึ้นรูปงานแม่พิมพ์แบบต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหลายชั่วโมงโดยปราศจากการตั้งออฟเซตศูนย์เริ่มต้น แม้ว่าชิ้นงานจะถูกติดตั้งบนโต๊ะงานขนาดใหญ่ก็ตาม​

The technologies for high-precision machining with high-speed and high-acceleration driving of feed-axis of double-column machining centers. In the proposed approach, linear motors whose stator has no magnet are adopted to the feed-axis to realize the high-speed and high-acceleration driving. In addition, the characteristic of generating little heat is necessary for this linear motor to keep out thermal deformations of the machine structure. In the proposed approach, the force pulsation of linear motor is reduced by arranging magnets and canceling effects of two sliders. As a result, the motor position can be controled with high accuracy. Moreover, the high-acceleration causes deflections of the machine structure such as a column. The deflections cause tracking errors at the cutting point of the tool, even if the motor position follows the position command correctly. ​

To deal with the ever increasing needs of different automatic machining conditions, various CNC machines with different functions were continuously made. But, how to speed up the exploration of new machines and meanwhile assure their quality is still a hot issue. In the viewpoints of a machine producer, how to produce a reliable machine in the way of time-saving and cost-saving seem a conflict event to each other. To solve this conflict, some following basic concepts should be aware first. To design a good structure of tool machinery, there are lots of factors which influence their precision behavior during machining. Among these factors, the original type of structure is especially crucial. In view of the development history of tool machinery for various makers, it is found that most of the machine structures were designed by experience. In the early age, it was O.K. for using the experience-based rule to design simple machine structure with low precision. However, in the high-competition environment today, this experience-based design can no longer provide enough knowledge for developing a good-quality machine which frequently requires features like low-weight, multi-function, high rigidity and at the same time possesses complex structure. Therefore, for saving development time and money, as well as introducing more solid mechanics knowledge to cope with the ever-growing requirements for designing a good machine, a rapid and efficient way in conjunction with the accumulated know-how or past knowledge are needed.​

Okuma's Thermo - Friendly Concept

 

Distortion of machining dimensions from thermal deformation - In the past, the main strategy for combating thermal distortion on machine tools was to limit heat generation to the minimum. The new thinking adopted in the Thermo-Friendly Concept is, as the name indicates, to co-exist with heat rather than fight it. Thermal deformation occurs in complex patterns that make it difficult to predict; however, if thermal distortion is allowed to occur only in predictable shapes, the effects of heat can be effectively canceled through correction. This is done with the use of: 

 

1) Simplified heat deformation structures

2) Design technologies to make heat distribution uniform

3) Highly accurate thermal deformation compensation

 

With this technology high machining accuracies can be maintained even without large cooling systems or extensive equipment such as temperature-controlled rooms.

 

Double-column machining centers and other large machine tools have large axis travel, and proportionately more deformation. There is also a tendency for distortion as a result of vertical temperature differences. At the point of machining, such deformation can have effects from several dozen microns to several tenths of a millimeter in size.

With the use of the Thermo-Friendly Concept on Okuma's double-column machining centers for 5-sided applications, this thermal deformation can be reduced to one-fourth. Warming-up and temperature-controlled rooms are no longer needed, and steps do not appear even with continuous die operation for long hours with the initial zero offset, no matter where the workpiece is on a large table.  

Source: MEGA Tech Magazine, Mar-Apr 2017​

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
https://www.okumathai.com/