Aktuální výzkumné problémy obráběcích strojů a technologií v ČR

Světový vývoj obráběcích strojů, řezných nástrojů a technologií zrychluje v posledních letech své tempo v souvislosti s novými technologiemi vysokorychlostního obrábění a otevírajícími se možnostmi nových nástrojů. V podstatě jde o postupný přechod od silového obrábění, které je tradičně založeno na robustních nástrojích a mimořádně tuhých strojích, k rychlostnímu obrábění, které dosahuje srovnatelných i vyšších řezných výkonů třískami menšího průřezu při zvýšených řezných rychlostech, menších průměrech rotujících řezných nástrojů, vyšších otáček vřeten a vyšších rychlostech pracovních posuvů. U vysokorychlostního, suchého, polosuchého a tvrdého obrábění přistupují navíc i pozitivní efekty měknutí třísky při teplotách blízkých tavné teplotě obráběného materiálu, zkrácení kontaktní zóny styku třísky s nástrojem, zrychlení pohybu třísky po čele nástroje a snížení přenosu tepla z třísky do nástroje. Konečným efektem je pak snížení řezných sil, prodloužení životnosti nástrojů, snížení deformací rámu stroje, zvýšení přesnosti obrábění i kvality obráběných povrchů a v neposlední řadě i snížení závislosti řezné síly na hloubce řezu, která se projeví zvýšenou odolností stroje proti samobuzeným kmitům.

Uvedené aspekty současného světového vývoje obráběcí techniky znamenají zrod nové generace HSC (High-Speed Cutting) obráběcích strojů, které mají ve srovnání s tradičními stroji silového obrábění značně odlišné priority svého konstrukčního řešení. Vývoj této nové generace HSC strojů není zdaleka ukončen, ale probíhá u nejsilnějších výrobců a firemních seskupení velmi rychlým tempem, které je dosahováno za cenu vynakládání značných prostředků a spolupráce firem i odborníků ze všech navazujících vědních a výrobních oborů.

Probíhající závod je překážkovým během na dlouhou vzdálenost a přináší nejvyšší výhody i posílení šance na přežití těm, kteří se dostanou do jeho čela. Odbyt tradičních strojů pro silové obrábění již nezadržitelně klesá i tím, že nové stroje přinášejí podstatné zvýšení produkčnosti, přesnosti a kvality obráběných ploch, pružnosti při nasazení v malo- i velkosériové výrobě a stupně integrace technologických operací. Každá technologicky oprávněná instalace HSC stroje u zákazníka vyřazuje několik tradičních strojů, které se přesouvají do pomocných a opravárenských provozů nebo odprodávají. Blíží se okamžik přesycení trhu těmito stroji, poklesu jejich ceny a ztrátovosti jejich další výroby.

Vývoj ani nástup nových HSC strojů není bezproblémový. Vyznačuje se nutností využít nejnovější technické a technologické poznatky z oblasti nových materiálů, výrobních technologií odlévání, sváření i obrábění, měřicí, řídicí a počítačové techniky, manipulační techniky pro obrobky i nástroje i informačních technologií, aby vznikaly stroje principiálně nového konstrukčního pojetí, které by umožnily realizovat dlouhodobý nepřetržitý provoz v autonomním i systémovém nasazení v měnících se podmínkách malo-, středně- i velkosériové výroby. Je nutno překonat mnoho překážek, mezi něž patří zejména až nepřiměřeně vysoké ceny nových nástrojů, přímých pohonů, vysokootáčkových vřeten a jiných konstrukčních uzlů. Jen optimalizace a vyváženost konstrukce těchto strojů při modulárním, stavebnicovém řešení jejich uzlů, podskupin i systémových seskupení může zajistit jejich nejvyšší užitnou hodnotu, kvalitu a prodejní úspěch v podmínkách silné konkurence ostatních světových výrobců HSC strojů. Při jejich vývoji se již nejeví schůdnou cesta rekonstrukce a úprav stávajících strojů konstruovaných pro silové obrábění. Nelze se ani spoléhat na publikované údaje konkurenčních zahraničních výrobců, které mají sice vysokou propagačně-reklamní důraznost, ale obvykle jen minimální technickou vypovídající hodnotu a spolehlivost.

Optimalizace, která by eliminovala nebezpečí chybných vývojových záměrů a rozhodnutí, vyžaduje při vysoké komplexnosti HSC strojů spolehlivé informace, získané vlastním výzkumně-vývojovým úsilím, hlubokou analýzou zahraničních poznatků a bezchybnou syntézou technických, ekonomických i tržně-obchodních hledisek. Zatímco tržně-obchodní hlediska jsou převážně záležitostí jednotlivých firem, mohou být s výhodou spojovány a sdružovány síly k získávání objektivních a spolehlivých výzkumně-vývojových poznatků, využitelných pro více přímo si nekonkurujících výrobních podniků. S tím souvisí i výhodnost vytváření výzkumných center a předávání získaných poznatků spolupracujícím a zainteresovaným podnikům. Publikací poznatků obecnější povahy lze přitom zabránit mnoha mylným záměrům a získávat mladé schopné pracovníky pro studium příbuzných oborů i budoucí práci v průmyslu. Spoluprací výrobních podniků s výzkumnými centry vzniká jádro vysoce technicky i jazykově kvalifikovaných odborníků, kteří budou mít předpoklady pro spolupráci při řešení náročných zahraničních projektů a získávání zahraničních zkušeností i prostředků pro výzkum a inovační vývoj výrobních programů v ČR.

Průmysl obráběcích a jiných výrobních strojů, nástrojů a technologií zaměstnával v ČR počátkem 90. let více než 60 tisíc pracovníků. Výzkum obráběcích strojů a technologií byl zabezpečován cca 400 výzkumně-vývojovými pracovníky v oborovém Výzkumném ústavu obráběcích strojů a obrábění (VÚOSO) v Praze. Pohonná a řídicí technika výzkumně řešená ve VÚOSO byla dále vyvíjena a vyráběna v elektrozávodech Tesla Kolín, ZPA Košíře a MEZ Brno, hydraulická technika v TOS Vrchlabí. Přes řadu problémů s dovozy progresivních elektronických, elektromechanických a hydraulických prvků pro srovnávací zkoušky umožnila práce výzkumně-ývojových pracovníků uvedených organizací vývoj a zavádění výroby rozhodujících typů NC strojů i CNC řídicích systémů pro tuzemskou potřebu i vybavování strojů zahraničními systémy pro export do západních zemí.

Názor v té době rozhodujících vládních míst, že "výzkum si v nových podmínkách musí na sebe vydělat ", přivodil již počátkem 90. let rozpad výzkumně-vývojové základny obráběcích strojů a technologií, a to právě v době intenzivního urychlování nástupu nové generace HSC obráběcích strojů v západních průmyslově vyspělých zemích. Poklesly i počty pracovníků konstrukcí a zkušeben na závodech a inovace výrobních programů se výrazně zpomalila. Návrhy na záchranu oborové výzkumně-vývojové základny sdružením oborových prostředků nenalezly ohlasu. Moment nástupu nové generace HSC strojů byl tím ztracen.

Teprve v průběhu roku 2000 byly kladně posouzeny návrhy, podané na Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, a při Strojní fakultě ČVUT v Praze bylo ustaveno Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii - VCSVTT. Uvolněné prostředky dovolují vybudování a vybavení VCSVTT pro cca 30 výzkumných pracovníků a pokrývají jeho provozní náklady do konce roku 2004. Úkoly centra jsou definovány projektem LN00B128 v rámci příslušné smlouvy mezi ČVUT Praha a MŠMT a jejím dodatkem č. 1. Definovaným cílem projektu je do konce r. 2004 vybudovat erudované a dobře vybavené pracoviště, ovládnout nové perspektivní technologie blízké budoucnosti a vytvářet nové poznatky. Po roce 2004 by VCSVTT již mělo plnit funkci výzkumné základny pro strojírenský průmysl ČR v široké oblasti výrobní techniky a technologie. K dnešnímu dni existuje toto výzkumné centrum již 1,5 roku a dne 24. 1. 2002, po úspěšné oponentuře všech prací řešených v rámci projektu LN00B128 bylo doporučeno v řešení projektu dále pokračovat. V rámci řešení souhrnného projektu LN00B128 je řešeno několik dílčích projektů, které jsou tematicky zaměřeny na technologie a výrobní techniku blízké budoucnosti. Program byl vytvořen ve spolupráci s podniky českého průmyslu strojírenské výrobní techniky tak, aby odrážel jeho zaměření a budoucí potřeby v horizontu asi 3 až 8 let. Pracoviště výzkumného centra byla vybudována úpravami prostor strojní fakulty ČVUT v Horské ul. a jsou v současné době vybavena velmi kvalitní výpočetní i měřicí technikou.

Výzkum a vývoj nové generace obráběcích strojů a technologií má celou řadu aspektů, k nimž se vztahují specifické výzkumné aktivity VCSVTT. Mezi ně patří:

Z této široké palety možných výzkumných činností bylo vybráno sedm konkrétních projektů, jejichž řešení bylo zahájeno při založení VCSVTT a v současné době probíhá. Jde o následující projekty:

Plánované výzkumné činnosti i dosud dosažené výsledky řešení těchto projektů a jiných aktuálních problémů obráběcích strojů a technologií budou blíže popsány v příštích vydáních časopisu.