Nová řešení ve stavbě těžkých svislých soustruhů
„Inovace je úspěšné využívání nových myšlenek,“ tak zní definice inovace Ministerstva obchodu a průmyslu Velké Británie. Inovační proces byl, je a vždy bude jedním z nejdůležitějších procesů v chodu každé firmy, i když v minulosti mnohdy podceňovaným. Bez inovací firma nepřežije a bude doslova převálcována konkurencí. Proto stále platí heslo: „Nejlepší ochrana know-how je být o krok napřed“.
Na rozdíl od výrobců, kteří produkují desítky či dokonce stovky strojů ročně, je inovační proces u velkých strojů vyráběných v ČKD Blansko v relativně malém počtuponěkud složitější. Není jednoduché investovat finanční prostředky a kapacity firmy do prototypového stroje. I přesto, že při konstrukci je v současné době použito nejmodernější vybavení, spolupráce se specializovanými firmami při výpočtech dílů, analýzách návrhů uzlů i metod virtual prototypingu, nezbývá nic jiného než většinu nových řešení testovat a ověřit „na hotovo“ na strojích určených pro zákazníka. Přes všechny překážky se v posledních letech podařilo uvést na světlo světa několik jistě zajímavých řešení ve stavbě těžkých svislých soustruhů.
Pohon rotačních nástrojů
Zcela zásadním krokem ve vývoji nové inovační řady karuselů je úplně nová konstrukce pohonu rotačních nástrojů. Původní – obecně známé řešení – kdy jsou rotační nástroje poháněny motorem s dvoustupňovou planetovou převodovkou, přičemž motor je umístěn na horní části smykadla a hřídel vedena přes celou délku smykadla až ke spojce v jeho dolní části, s sebou přinášelo jednak netuhost v řezném procesu, a to zvláště při požadavcích na vyšší výkon frézovacího zařízení stroje, jednak omezení počtu otáček nástroje z důvodu kmitání hřídele pohonu.
Zastaralá koncepce je nyní ve spolupráci se zahraničními firmami nahrazena vřetenem vestavěným uvnitř smykadla v jeho dolní části. Tím je možno výrazně navýšit parametry řezného procesu. V současné době jsou k dispozici dvě typizované velikosti vřeten s výkonem v kontinuálním režimu (S1) 37 a 55 kW při maximálních otáčkách 3 000 min-1 a maximálním krouticím momentu 1 200 nebo 3 000 Nm. Praktickými zkouškami menšího vřetena na obrobku ze šedé litiny bylo dosaženo hloubky třísky 10 mm při řezu do plného materiálu za použití frézy průměru 160 mm a rychlosti posuvu 1 300 mm.min-1.
Nové technologické možnosti stroje
Příruba vřetena je vybavena jednotkami pro automatické upínání nástrojových držáků soustružnických nástrojů, frézovacích hlav a brousicího zařízení a samotné vřeteno pak zařízením pro automatické upínání stopek rotačních nástrojů velikostí ISO 50 nebo ISO 60 přímo do jeho dutiny. V přírubě vřetena jsou rovněž integrovány senzory monitorování nástroje Prometec, rozhraní pro použití sondy měření obrobku Renishaw a zařízení pro kódování nástrojových držáků a hlav, včetně přívodů veškerých potřebných médií.
Výše uvedené řešení pohonu rotačních nástrojů přineslo také výrazné rozšíření technologických možností strojů díky možnosti využití nových frézovacích hlav. Kromě přímé frézovací hlavy a pravoúhlé pevné úhlové hlavy, které byly standardem i pro původní koncepci, jsou nově využívány speciální frézovací hlavy. Jedná se jednak o hlavu s řízenou osou , tedy naklápěním vřetena hlavy ve směru rovnoběžném s příčníkem karuselu, ale také o hlavu, která kromě řízené osy disponuje řízeným pojezdem ±150 mm, tedy osou s pohybem ve směru kolmém na vodicí plochy příčníku (mezi stojany stroje). Tato technologie je určena například pro frézování patek, přírub, ale také pro vrtání rovnoběžných otvorů či frézování drážek, které jsou běžně na karuselu nevyrobitelné.
Současně s aplikací nového pohonu rotačních nástrojů bylo nutné inovovat také související části stroje. Novinkou je využití středového vysokotlakého systému chlazení nástroje, vnějšího chlazení rotačních nástrojů „sprchou“ nebo vzduchového chlazení.
Zásobník nástrojů
Další inovovanou skupinou, pro stroje ČKD typickou, je diskový zásobník nástrojů, který je zavěšen pod příčníkem. Jednodisková koncepce zásobníku, kde byly uloženy pouze nástrojové držáky pro soustružnické práce, byla přepracována na dvoudiskové provedení. Disky se pohybují nezávisle, v horním jsou uloženy rotační nástroje a v dolním pak soustružnické nástrojové držáky. Konstrukce dovoluje v horním disku umístit také soustružnické nástroje, které budou určeny pro automatickou výměnu nástrojů v nástrojových držácích.
Nově musela být řešena otázka automatické výměny těžkých frézovacích hlav a brousicího zařízení. Pro tuto funkci byl zkonstruován speciální zásobník typu Pick-up.
Inovace uložení a pohonu upínací desky
Podstatného vylepšení se dočkala i skupina stolu stroje a jeho pohonu. Upínací desky karuselů ČKD jsou standardně uloženy na axiálním hydrostatickém ložisku. Vzhledem k rostoucím požadavkům na geometrickou přesnost chodu upínací desky a jejího polohování i při extrémním zatížení hmotností obrobku bylo nezbytné rekonstruovat rozvod oleje do hydrostatického ložiska. Vzniklo tak speciální řešení, které zabezpečuje přesné rozdělení množství oleje dodávaného do buněk hydrostatiky v každém okamžiku obrábění. Konstrukční řešení je chráněno patentem.
V souvislosti s požadavky na zjednodušení v minulosti problémového uzlu polohování upínací desky je inovován i pohon upínací desky. V novém řešení je využito dvou asynchronních servomotorů, které jsou elektricky spřaženy systémem Master/Slave pro vymezení vůlí při polohování osou. Došlo tak nejen k navýšení celkového výkonu pohonu, ale především k výraznému zlepšení parametrů osy Oproti původnímu řešení je nyní k dispozici čtyřnásobný krouticí moment použitelný pro polohování upínací desky, což má za následek vysokou přesnost i pro maximální povolenou hmotnost obrobku.
V blízké budoucnosti se počítá se zvýšením komfortu a bezpečnosti obsluhy a ochranou funkčnosti stroje pomocí systému kontroly nevyváženosti obrobku upnutého na upínací desce, a to jak před zahájením obrábění, tak monitorováním změn zatížení v průběhu řezného procesu.
Bezpečnost a komfort obsluhy
Vývojové trendy v oblasti těžkých obráběcích strojů směřují k větší univerzálnosti, využití nových technologií a nástrojů, redukci obráběcích a přípravných časů, nabídkám komplexního zpracování a dodávek technologií, ale také nemalou měrou ke zvýšení bezpečnosti strojů a komfortu jejich obsluhy. I k těmto oblastem je nutné neustále obracet pozornost a věnovat jim nemalé úsilí. Proto byly na karuselech blanenské produkce realizovány nové bezpečnostní prvky, jako jsou upravené ochranné kryty pracovního prostoru a ochranné ohrazení nebezpečných míst, nové krytování plošiny obsluhy, nové funkcionality v řídicích systémech. Uplatňovány jsou i další podpůrné aplikace, jako například kamera pro sledování řezného procesu, měření rotačních nástrojů před založením do zásobníku optickým měřicím zařízením apod. Bližšímu seznámení s těmito i dalšími novinkami z produkce ČKD Blansko bude věnován některý z příštích článků.
Ing. František Hasoň
ČKD Blansko Holding
www.ckdblansko.cz
frantisek.hason@ckdblansko.cz
