Svislá soustružnická obráběcí centra

Soustruhy a obráběcí centra na rotační součásti, popř. soustružnické automaty, na kterých se tyto operace provádějí, mohou mít osu vřetena ve svislé nebo vodorovné poloze. Svislá poloha obrobku není předurčena pro výrobu z tyčových polotovarů, ale omezuje se na přírubové součásti. Jedná se však o zajímavou skupinu strojů, protože umožňují obrobit součásti v mnohem větším rozsahu průměrů než stroje s vodorovnou osou.

Obráběcím centrem rozumíme číslicově řízený obráběcí stroj, který:

Obráběcí centrum je tedy obecný pojem, který je dále precizován podle toho, zda nástroj pracuje ve svislé, či horizontální rovině. Dále je nutné rozlišovat, zda je obráběcí centrum určeno pro obrábění rotačních, nebo prizmatických obrobků.

Soustruhy se svislou osou rotace obrobků (nazývané též někdy karusely) mohou splňovat náročné požadavky na obráběcí centrum (v souladu se shora uvedenou definicí). Tím je uživateli umožněno provádět obrábění i tvarových součástí, které jsou situovány mimo osu rotace a symetrie. Takový stroj musí být navíc (oproti klasickému konvenčně řízenému karuselu) vybaven těmito hlavními skupinami:

Svislé soustružnické obráběcí centrum má desku stolu s náhonem, lože nebo základ, stojan, příčník s náhonem zvedání, saňovou část suportu s náhonem (osa X), smýkadlovou část suportu se smýkadlem a jeho náhonem (osa Z) a náhon rotačních nástrojů s upínáním.

Základní parametr svislých soustruhů je dán největší velikostí soustruženého průměru, který lze na stroji obrobit. Další operace a parametry, na které je moderní centrum navrženo, jsou motivovány snahou zcela obrobit součást na jediném stroji. Také podle průměru desky jsou svislé soustruhy rozdělovány na malé, střední a velké, přičemž průměr desky posledně jmenovaného stroje může být třeba deset metrů.

Kruhová upínací deska slouží k upínání obrobku a uděluje mu v případě soustružnických operací hlavní řezný pohyb. V kombinaci s osou C dovoluje polohování obrobku pro jiné než soustružnické operace, např. pro vrtání otvorů. Těmto dvěma základním činnostem musí být uzpůsobena konstrukce pohonu. Krouticí moment se na stůl přenáší buď středovou hřídelí, nebo u větších strojů pastorkem a ozubeným věncem vyrobeným na jejím obvodu. Pro malé průměry obrobku, na rozdíl od klasického uspořádání (obrobek je nad deskou), bylo navrženo umístění obrobku ve "visící" poloze, kdy obrobek je upnut ve sklíčidle přímo spojeném se servopohonem.

Mimo zmíněné způsoby pohonu desky stolu se v oblasti obráběcích strojů objevila novinka v podobě přímých pohonů ve tvaru prstence. Jedná se o obdobu přímých lineárních pohonů, avšak "stočených" do kružnice. Jejich konstrukce je podobná a potýká se s obdobnými problémy. Při konstrukci stroje musí být zohledněny vlivy magnetických sil, jež způsobují přídavná zatížení vedení. U karuselu např. centrálního ložiska v případě, že je dělicí rovina pohonu kolmá na osu desky. Aby se tyto přitažlivé magnetické síly eliminovaly, jsou lineární pohony používány v páru a umísťovány protilehle, čímž se magnetické síly eliminují. U rotačního přímého pohonu je možné orientovat vinutí motoru radiálně, a tak se docílí obdobného účinku. Aplikace přímých rotačních pohonů u obráběcích center na rotační součásti (karuselů) jsou průkopnické kroky, přesto se již podobné úvahy dříve objevily v oblasti automobilového průmyslu. Pro provoz elektromobilů je výhodné pohánět každé kolo zvlášť. Umístí-li se pohon přímo do disku kola, odpadají mechanické rozvody krouticího momentu na jednotlivá kola. Automobil se stává lehčím a prostornějším a díky elektronickému ovládání či samostatnému natáčení jednotlivých kol lze výrazně ovlivnit jízdní vlastnosti. I když požadavky obráběcích strojů jsou místy odlišné od automobilů, přesto se možná v budoucnu dočkáme suportu na magnetickém polštáři známém z rychlovlaků.

Vraťme se k obráběcím centrům na rotační součásti používaným v současnosti. Jejich nedílnou součástí jsou kuličkové šrouby a matice a pohybové šrouby, které ve spojení s elektromotory a digitálními servopohony slouží ke konání přímočarých pohybů suportů a příčníků. Typický jednostojanový svislý soustruh (obráběcí centrum) obsahuje jeden trapézový šroub orientovaný vertikálně (posuv příčníku). Jestliže by délka vyložení příčníku dosahovala příliš velké hodnoty, jež přímo souvisí s velikostí průměru otočné desky a velikosti obrobku, používá se koncepcí dvoustojanových. V tomto případě je v každém stojanu umístěn posuvový šroub a příčník má charakter nosníku na dvou podporách. Ale i u jednostojanového karuselu může být posuv příčníku proveden pomocí dvou šroubů. Aby při vertikální změně polohy příčníku nedocházelo k jeho příčení v přímočarých vedeních, jsou natočení šroubu synchronizována. Jedním z dosud platných způsobů je mechanický rozvod od jednoho elektromotoru. Je-li s každým šroubem spojen samostatný elektromotor, sfázování se zásadně provádí elektricky (méně časté využití).

Uložení vertikálně orientovaného posuvového šroubu "těžkého" svislého obráběcího centra na rotační součásti je jedním ze základních způsobů uchycení do rámu stroje. Šroub je namáhán jednostranně orientovaným zatížením od hmotnosti příčníku a smýkadla. Proto se tyto šrouby ukládají letmo. Veškeré axiální síly jsou zachyceny ložisky v horní části. Vodorovně uložený kuličkový šroub je podepřen na obou koncích a slouží k posuvu suportu po vedení příčníku. Vedení je valivé, hydrostatické nebo kombinované. Náhon posuvu smýkadla, jehož středem prochází náhonový mechanismus rotačních nástrojů, je realizován kuličkovým šroubem, vedení je taktéž valivé, hydrostatické nebo kombinované.

Na výrobní přesnost obráběcích strojů má mimo jiné významný vliv jejich statická tuhost. U obráběcích strojů je charakterizována především tuhostí jejich rámů, protože ty přenášejí silová zatížení a jsou nositeli většiny technických zařízení nezbytných pro plnění jejich funkce. Kromě statické tuhosti se na velikosti celkové deformace podílí tuhost spojů (tuhost šroubového spoje, rozmístění a počet a jejich zakomponování do stroje), styková tuhost kontaktních ploch a nezanedbatelné jsou vlivy otvorů (odlehčovacích a jiných). Vhodnou konstrukcí rámu lze ovlivnit deformační chování (tvar a velikost deformací) při zatížení, které je způsobeno nejčastěji vlivem řezných sil. U karuselů (ale i u jiných "těžkých" obráběcích strojů, jako jsou vodorovné vyvrtávačky - horizontky) jsou deformace způsobeny především vlivem vlastní hmotnosti jednotlivých částí stroje.

Na velikost deformace rámů z pohledu jejich konstrukčního provedení mají vliv tyto parametry:

Obecně musí geometrie rámu splňovat podmínky vyrobitelnosti a požadavky technologie výroby a zohledňovat odvod třísek, řezné kapaliny, rozvod médií a mnohé další.

Jako znaky obráběcích center byly již v úvodu zmíněny automatické výměny nástrojů a obrobků. Výměna nástrojů se nijak nevymyká ze známých způsobů, zato výměna středně velkých a velkých (u těchto se již automatická výměna nerealizuje) obrobků se odehrává v "jiných hmotnostních dimenzích". Samotné ustavení obrobku na otočný stůl je časově náročná operace. Obrobky se upínají na desky stolu - palety a jako celek se pomocí otočného manipulátoru zakládají a vyjímají z pracovního prostoru stroje.

Soustružnická centra jsou plnohodnotná obráběcí centra umožňující širokou variabilitu při obrábění, protože mohou být také vybavována inprocesní a postprocesní kontrolou, vysokotlakým přívodem řezné kapaliny středem nástrojů. Představují náročný investiční celek jak z hlediska dodavatele, tak i z hlediska uživatele.