Komplexní řešení vývojových úkolů pro průmyslové firmy

Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (Research Center of Manufacturing Technology – RCMT), které je organizační složkou Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze, nabízí firmám zakázkový vývoj a dodávky zařízení na klíč. Každý takový projekt má tři specifické etapy.

První etapou je předkonstrukční studie. Cílem této studie je ukázat zákazníkovi možné varianty řešení – technické i cenové. Na základě řešení studie obvykle dochází ke zpřesňování zadání úkolu ze strany zákazníka, protože se postupně odpovídá na otázky, které při prvním zadání nebyly zohledněny. Dobře provedená předkonstrukční studie tak umožňuje odhalit rizika realizace již v počátku řešení.

Druhou etapou je návrh konstrukce a tvorba výrobní dokumentace. Na základě předkonstrukční studie a jednoznačného zadání je proveden návrh finální podoby konstrukce, který zohledňuje technologické možnosti výroby. Návrh konstrukce, prováděný v CAD softwarech Solid Edge nebo NX, je doplněn návrhovými a kontrolními výpočty, např. pevnostními výpočty, topologickou a případně parametrickou optimalizací. Součástí řešení je i návrh fluidních systémů, pohonů, elektroinstalace, senzoriky, ovládání, automatického zpracování dat a výstupních protokolů a v neposlední řadě i designový návrh. Po dokončení návrhu je vytvořena výrobní dokumentace v podobě 2D výrobních výkresů, montážního návodu, elektroprojektu a analýzy rizik a návodu k obsluze.

Třetí a poslední etapou je realizace výroby a montáže. Výrobu dílců objednává RCMT v kooperaci u svých partnerů včetně tepelného zpracování a povrchových úprav. Po dodání vyráběných dílců i nakupovaných standardních komponent následuje strojní montáž jednotlivých skupin, zapojení elektroinstalace, fluidních systémů a oživení zařízení. Posledním krokem je finální předání zařízení do zkušebního provozu u zákazníka.

Na realizaci těchto komplexních úloh se v RCMT podílejí specialisté z několika odborných skupin (především skupiny konstrukce, výpočtů a mechatroniky). Za tři roky realizací zákaznických vývojových projektů na klíč bylo vytvořeno sedm unikátních zařízení v celkovém objemu dodávek 7,6 mil. Kč.

Jedním z příkladů dodávky zařízení „na klíč“ byl vývoj, konstrukce a výroba zkušebního zařízení pro testování vysoce únosných kuličkových šroubů pro firmu Kuličkové šrouby Kuřim. Předmětem vývoje byl návrh zkušebního zařízení pro testování životnosti vysoce únosných kuličkových šroubů, kde je z hlediska statistické nejistoty nutné testovat několik reprezentantů shodných výrobků pro dostatečnou spolehlivost výsledků.

Již v počátku projektu byl kladen velký důraz na minimalizaci instalovaného příkonu, protože testování životnosti je časově náročné, a navíc je nutné testované šrouby dostatečně zatížit. Při návrhu zařízení byla stanovena maximální délka a průměr testovaného šroubu 2 000 mm, maximální axiální zatížení 500 kN, maximální otáčky 300 min^-1 a rychlost jejich náběhu a další omezující parametry. Výstupními daty z testovacího zařízení je počet provedených cyklů, průběh hladiny vibrací na matici kuličkového šroubu a průběh teplot matic při působení požadovaného axiálního zatížení a rychlosti pohybu.

Výsledkem předkonstrukční studie byl návrh několika konstrukčních variant včetně odhadu nákladů na výrobu a energetickou náročnost provozu. Po představení výsledků předkonstrukční studie byl společně se zadavatelem vybrán vhodný koncept zařízení. Vybraný unikátní koncept umožňuje současně testování dvojice kuličkových šroubů, které jsou vzájemně předepnuty pro vyvození axiálního zatížení.

Ve druhé fázi projektu byla provedena optimalizace nosné struktury základního rámu a pohyblivého suportu včetně návrhu hydraulického obvodu a předepínacího mechanismu. Dále byla provedena tvorba výrobní dokumentace včetně analýzy rizik a návodu k obsluze. Nedílnou součástí vývoje zařízení je návrh pohonu a elektroprojekt.

Třetí fáze projektu byla zaměřena na realizaci navrženého zařízení. Prvním krokem realizace projektu bylo zajištění výroby těžkých svařenců a jejich následné tepelné zpracování a obrobení. Následovala strojní montáž a elektromontáž a dále oživení PLC včetně dotykového ovládacího panelu podle požadavků zadavatele. Posledním krokem byl transport na zkušebnu společnosti Kuličkové šrouby Kuřim na instalaci a oživení zařízení. Posledním krokem bylo předání zařízení a zahájení zkušebního provozu. Zkušební zařízení, pořízení v rámci projektu se státní podporou Inovace 2012, reg. č.: 4.1 IN04/83, nyní funguje již déle než rok k plné spokojenosti zákazníka.

Dalším příkladem zákaznického vývojového projektu je polohovací zařízení svařovacího pracoviště Archimédových spirál dodané firmě Kovosvit MAS, divize MAS Hydro. Okrajové podmínky vývoje nového zařízení byly vymezeny hmotností výrobku, vysokou přesností upnutí výrobku a vhodnými otáčky využitelnými při svařování robotem.V první fázi projektu byly provedeny návrhové výpočty převodu, které si vyžádaly instalaci planetové převodovky a primárního řemenového převodu s celkovým převodem 1:1 410. Navržená konstrukce polohovadla byla realizována s oboustranným náhonem pro zajištění dostatečného krouticího momentu. Dalším krokem byl návrh konstrukce pevného a pohyblivého stojanu. Následoval návrh modulárního lože pro zajištění jednoduchosti instalace s ohledem na technologii výroby. Chování konstrukce při zatížení bylo kontrolováno výpočtem metodou konečných prvků.

Technologie svařování vyžaduje umístění zemnicích svorek v co nejkratší vzdálenosti od místa tvorby svaru. Automatický provoz polohovadla si proto vyžádal umístění zemnicího kontaktu na rotační disk v přední části rotačního uložení. Toto řešení umožní proudové zatížení v součtu až 700 A. Konstrukce polohovacího zařízení byla doplněna o univerzální přípravek, který umožní upnutí a vycentrování rotačních dílů. Po dokončení konstrukčního řešení následovala tvorba výrobní dokumentace včetně návrhu pohonů, elektroprojektu, analýzy rizik a návodu k obsluze.

Následovalo kooperační zajištění výroby těžkých svařenců včetně tepelného zpracování, obrobení a finální povrchové úpravy. Jelikož se jednalo především o velké dílce, tak strojní montáž probíhala přímo u zákazníka. Základem byla montáž modulárních loží v celkové délce 24 m a jejich vyrovnání do požadované přesnosti. Po dokončení montáže rotačních uložení hlavních stojanů byla provedena elektromontáž včetně základního oživení. Následovalo finální zaměření přesnosti polohovadla včetně měřicího protokolu a předání zařízení do zkušebního provozu.

Uvedené projekty jsou ukázkou realizovaných komplexních dodávek zařízení na klíč. To demonstruje, že tým zkušených odborníků z RCMT je schopen vyjít vstříc a realizovat i velmi náročné požadavky průmyslových partnerů.

Ing. Jiří Hovorka, Ph.D.
vedoucí skupiny konstrukce

J.Hovorka@rcmt.cvut.cz

www.rcmt.cvut.cz