Zero point - efektivní způsob upínání obrobků

Z mnoha důvodů není možné upnutí obrobků ze soustavy stroj–nástroj–obrobek vyloučit. Je zřejmé, že je nedílnou součástí výroby, a za tím, jak obrobek vhodně upnout, je mnohdy ukryto velké know-how – říká Dr. Lubomír W. Novotný, technik technické podpory prodeje Toshulin. Ve svých tvrzeních pokračuje dále. Podle něj praxe potvrzuje, že podcenění upnutí obrobku vede k jeho nesprávnému obrobení i na sebelepším stroji. Upínání obrobků je mnohdy v ústraní designérsky vyvedených a naleštěných strojů, které oslňují velkým instalovaným výkonem či otáčkami vřeten. Nikterak nápadného přípravku si všimne pouze ten, kdo ví, co soustava stroj–nástroj–obrobek–upínač a co vše může ovlivnit. Pro tzv. „domácí vrtání“ díry do sloupku na plot není potřeba mnoha znalostí, jak obrobek uchytit. Naopak v profesionální výrobě jsou upřednostňovány osvědčené postupy a upínací prostředky, přičemž znalosti „jak upnout“ jsou získané prostřednictvím mnoha omylů, pokusů i systémových přístupů. Na obráběcích centrech se běžně používají upínací přípravky, které mohou být pro jednu součást nebo třeba pro několik obráběných součástí na jedno upnutí a také musejí umožňovat například napojení na automatickou výměnu obrobků.

Základní požadavky na upnutí obrobku, ať už pomocí univerzálních upínacích prostředků, nebo pomocí speciálních upínacích přípravků, jsou následující:

• upnutí obrobku musí respektovat prováděné technologické operace třískového obrábění;
• upínací prvky nesmějí vadit obráběcím nástrojům;
• upínacích prvků musí být co nejméně;
• je nutné umět aplikovat mezioperační uvolnění či přepnutí obrobku, jestliže obrábění uvolňuje vnitřní pnutí v obrobku;
• upínání a uvolňování obrobku musí být možné v co nejkratším čase;
• upínací plochy a prvky, dorazy jsou pro větší mechanickou odolnost kalené;
• kde je to možné a vhodné, lze využívat samosvornost upínacích prostředků;
• upnutí polotovaru obrobku musí být tuhé a přesné;
• upínací a dosedací prvky musejí co nejméně zachytávat třísky;
• řezné síly by měly být zachytávány pevnými opěrnými plochami;
• upínací prvky musejí být jednoduše obsluhovatelné bez potřeby speciálního nářadí;
• rotující přípravky spolu s obrobkem musejí být dynamicky vyvážené;
• upínání pomocí hydraulických atd. obvodů musí obsahovat kontrolní a bezpečnostní prvky;
• samotné upnutí, upínací prvky a přípravky musejí být bezpečné (bezpečnost práce).
  

Můžeme jej rozdělit na upínání deskových a skříňových součástí. Upínání obrobků je hlavně ovlivněno velikostí a hmotností, počtem vyráběných kusů a výrobní technologií, zda je dílec silnostěnný, nebo tenkostěnný. Malosériová a kusová výroba používá univerzální upínací prostředky. Základním upínacím prostředkem pro nerotační obrobky jsou svěráky. Nejčastěji jsou používány na tříosých i víceosých frézovacích CNC strojích. Součástí výbavy horizontálních obráběcích strojů mohou být úhlové desky, na které se upínají obrobky. Upínání obrobků nejrůznějších nerotačních tvarů a velikostí může být zkráceno např. upínači, které pro svou funkci využívají poddajnosti materiálu. Dále jsou využívány různé upínače, které využívají pro svoji funkci bezpečného upnutí hydraulické nebo pneumatické médium. Existuje bezpočet možných řešení a vždy je dobré kontaktovat dodavatelské firmy, které mají bezpočet zkušenosti a rády poradí a sdělí své know-how.

Upínací systém firmy Zero Clamp je přesný, protože při zasunutí čepu se upínací kužel přizpůsobuje v rámci své „pružnosti“. Výsledkem je nulové uložení s opakovaným upnutím 2,5 mikronu.

Jedním z progresivních a efektivních způsobů upínání jsou upínací, polohovací a zpevňovací jednotky, které jsou vestavěny do upínacího základu v pracovním prostoru stroje, na něž je potom upínána, polohována a zpevňována upínací deska (nosná paleta) s polotovarem obrobku. Je to tzv. upínání Zero point.

U tohoto upínacího systému však nelze exaktně rozhodnout, zda je určen pro upínání obrobků, nebo patří do oblasti automatické výměny obrobků. Někteří uživatelé strojů jej používají u konvenčních obráběcích strojů obráběcích center pro rychlé upínání obrobků (umístěných na nosných paletách) a vedle toho tyto upínací systémy výrobci obráběcích strojů integrují přímo do stroje pro systémy automatické výměny obrobků. Dalo by se říci, že v tuto chvíli je to samostatná technická disciplína ve svém oboru.

Klasické zero point systémy od různých výrobců mají společné to, že „nulový bod“ představuje jednotku, která dokáže upnout a přesně ustředit polohu obrobku ve třech na sebe kolmých směrech. Zbývající upínací jednotky slouží k upnutí a definují polohu obrobku v jednom směru a zároveň musejí zamezit otáčení upínané nosné palety.

Systém upnutí je termosymetrický, čímž jsou kompenzovány tepelné účinky. Kuželové čepy kompenzují chyby vzhledem ke středu upínacích bodů. A proto na kruhové paletě její střed zůstává vždy v ose rotace.

Firma Zero Clamp vyvinula Zero point systém upínání, který je vyroben z nerezové oceli, anebo je použita u oceli korozivzdorná ochrana povrchu upínacích jednotek. K upínání se používá pneumatika. K uvolnění upínacích čepů je nutný pouze tlak vzduchu 5,5 baru. Upínací systém je mimo jiné využíván:

• pro přímé upínání na všech typech obráběcích center;
• je vyvinuta speciální aplikace pro soustružení;
• na souřadnicových měřicích strojích;
• v elektroerozivních strojích.

Zero point upínání firmy Zero Clamp má následující výhody:

• velmi vysoká přesnost, protože je užit princip HSK kužele;
• pouze jeden typ upínacího čepu;
• termosymetrická konstrukce;
• jednoduchá montáž s několika komponentami a velmi vysokou přesností opakování upnutí;
• upínání je bez samosvornosti, což chrání samotný obráběcí stroj a v případě poruchy lze pomocí šroubů vyjímat upínací prvky;
• upínaný prvek lze vkládat bez naklápění a hledání správné polohy pro upnutí;
• pneumatický upínací systém má nízkou zástavbovou výšku díky patentované konstrukci pružiny a zaručuje velmi vysoké upínací síly, přičemž pro uvolnění postačí dílenský tlak vzduchu;
• vysoká spolehlivost.

Řada upínacích jednotek se skládá ze čtyř průměrů v rozmezí od 90 mm (3,5 palce) do 190 mm (7,5 palce). Upínací síly 60 kN nabízejí bezpečnost i při těžkém obrábění. Tento upínací systém má nízké nároky na údržbu. Systém Zero Clamp může být dodáván i v mechanickém provedení ručního upínání pomocí dotahovaní šroubu v upínací jednotce. Samozřejmosti jsou i různá zákaznická řešení.

Bezpečné, přesné, robustní, spolehlivé a opakovatelné upínání na obráběcích strojích je dnes pro řadu techniků „jakousi“ samozřejmostí, ale dodejme, že tyto atributy mohou být splněny „různým způsobem“. Provoz strojů ukazuje, že systém Zero point přináší řadu výhod nejenom pro uživatele obráběcích center, ale i pro výrobce, kteří dodávají seřízené stroje na určitou zákaznickou technologii. Prezentovaný příklad provedení Zero point systému vyvinutý firmou Zero Clamp může navíc,m jak bylo naznačeno výše, přinést řadu výhod oproti ostatním systémům zero point. Nakolik bude toto tvrzení pravdivé, to ukážou až průmyslové aplikace tohoto, podle mého názoru „smart“ konstrukčního provedení.

Dodavatelem výrobků firmy Zero Clamp pro ČR je společnost Grumant, která je výrobců a uživatelům obráběcích strojů dostatečně známa.

Prof. Dr. Ing. Jiří Marek

VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství

marek@fme.vutbr.cz