Čtyři zastavení jara a nekonečný seriál

Společnosti Okuma a 5ME, průkopníci kryogenního obrábění, spojily své síly, aby nabídly světu své poznatky o výhodách použití kapalného dusíku (LN2) namísto chladicí kapaliny během procesu řezání. V současné době existuje dvanáct modelů strojů Okuma, které je možné objednat i s kryogenní technologií obrábění 5ME. Jedná se o speciálně upravená vertikální a horizontální obráběcí centra určená pro obrábění dílů leteckého a kosmického průmyslu. V některých případech může být kryogenní obrábění zabudováno také dodatečně.

Kryogenní obrábění je metoda umožňující měnit technologie obrábění kovů s cílem zvýšení produktivity, kvality a životnosti nástrojů při současném snížení času obrábění. Efekt je výraznější zejména při zpracování exotických materiálů běžně používaných v leteckém průmyslu, jako jsou například slitiny titanu a inconel. Jedná se o zcela novou technologii s mnoha otazníky. Pro ty, kteří zvažují použít kryogenní systém, uveďme několik základních faktů o této technologii:

• Dusík tvoří 78 % vzduchu, který dýcháme, je bezpečný a snadno použitelný. I s kapalným dusíkem lze poměrně snadno nakládat, přistupuje však faktor chladu vyžadující zásadní bezpečnostní opatření, především používání rukavic a ochranných zástěr při manipulaci s nástroji.
• I když jde o novinku v oboru obrábění, tekutý dusík je úspěšně používán v jiných průmyslových odvětvích. Pro prudké zmrazení potravin se například používá celá desetiletí.
• Je šetrný k životnímu prostředí. Neexistují žádné nebezpečné výpary nebo mlha jako z chladicí kapaliny, která by ulpívala na oděvu či zůstala ve vzduchu. Nevzniká žádné zdravotní riziko pro obsluhující personál.
• Nakládání s třískami bez chladicí kapaliny je mnohem snazší, neboť nejsou lepkavé a nezvyšuje se jejich váha. Dalším pozitivním efektem je čistota pracoviště bez nebezpečí uklouznutí nebo pádu při odstraňování třísek, na kterých neulpívá žádný olej, jako je tomu při práci s chladicí kapalinou.
• Zařízení pro kryogenní obrábění nemusí být trvale namontováno na stroji. Hardware může být jednoduše sejmut ze stroje pro použití normální chladicí kapaliny skrz vřeteno namísto kapalného dusíku.
• Kapalný dusík je cenově dostupný a je k dispozici od běžných komerčních distributorů. Typická návratnost investic do soupravy kryogenního obrábění je dvanáct měsíců.

Stroje s kryogenní technologií si budou moci prohlédnout návštěvníci letecké Farnborough International Airshow (11.–17. 7. 2016) na stánku Okumy v hale 3/D100. Nebo na veletrhu IMTS v Chicagu (12.–17. 9. 2016) na stánku S-8500, kde bude společnost Okuma vystavovat 5osé vertikální obráběcí centrum Okuma MU-8000V s kryogenní technologií.

Teplotně stabilizovaná konstrukce tohoto stroje speciálně navrženého pro obrábění turbínových lopatek pomáhá udržovat teplotní deformace na minimu, což zajišťuje přesné obrábění s dlouhými procesními cykly. Odlehčená konstrukce stojanu a hlavně nástrojového vřetena s integrovaným vysokoobrátkovým motorem (18 000 ot.min-1) s možností nastavení konce nástroje do středu otáčení osy B zaručuje výjimečnou dynamiku této osy. Blade T400 se dodává ve dvou točných délkách 1 500 a 3 000 mm s rychloposuvy lineárních os 40 m.min-1 (X, Y, Z).

Stroj lze dovybavit funkcí „víceosé kompenzace polohy“ pro odstranění nepřesností v důsledku vysokých hodnot zrychlení v jednotlivých strojních osách a následné odchylky geometrické přesnosti pohybujících se uzlů stroje. Další funkce automaticky nastaví servo – parametry osy A podle hmotnosti obrobku. Dále je také možné kompenzovat deformace obrobku krouticí silou při obrábění (osy A1, A2). A s použitím funkce vysoké jakosti povrchu „Part surface smoothing“, již firma vyvinula ve spolupráci s CAM společností Esprit, bude zajištěna jednolitá jakost povrchu obrobku.

Součástí vývoje stroje bylo i vytvoření nového typu nástroje na bázi keramických řezných materiálů. Nové nástroje umožňují obrábění těžkoobrobitelných materiálů rychlostmi 300–600 m.min-1 a dokončování posuvy 0,025 mm na břit. Produktivita obrábění stroje se aplikací nových funkcí a nových nástrojů několikanásobně zvýší.

Při obrábění těžkoobrobitelných materiálů hraje významnou roli stabilita řezných hran a zaručená životnost nástroje. Radiální házení jednotlivých břitů rotačního nástroje znamená větší zatížení břitu, jeho rychlejší opotřebení a tím i opotřebení celého nástroje. Nejednotné zatížení jednotlivých břitů může rovněž vyvolat nežádoucí vibrace.
Funkce korekce dynamického zatížení nástroje upravuje řezné podmínky nástroje podle zatížení jednotlivých břitů rotačního nástroje v průběhu jeho záběru v materiálu. Regulací lze dosáhnout rovnoměrného zatížení všech břitů způsobeného házením jednotlivých řezných hran nebo z důvodu jejich poškození či nesprávného ostření. Funkce umožňuje až 25% zvýšení původně zadaných řezných podmínek a současně více než zdvojnásobuje životnost nástroje. Tuto funkci lze použít na strojích se systémem Okuma OSP-P300 až do 600 ot.min-1 nástroje. K dnešku je tato funkce instalovatelná na 15 typech obráběcích center Okuma. Vzhledem k nezbytným hardwarovým úpravám se počet modelů strojů Okuma s touto funkcí bude postupně zvyšovat.

Vyrovnání zátěže jednotlivých břitů.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Neuplynula ještě ani dostatečná doba, abychom si navykli na systém P300, a Okuma již inovuje tento systém na vyšší úroveň. Rychlý vývoj mikroprocesorových technologií to vyžaduje. V čem spočívají hlavní zlepšení inovované verze:

• implementace 4. generace dvoujádrového procesoru;
• zvýšení kapacity paměti na 4 GB;
• barevný dotykový displej s LED podsvícením a vícedotykovým ovládáním;
• 3D grafika s dvojnásobným rozlišením;
• HDD nahrazen SSD paměťovou jednotkou;
• 2 komunikační porty.

Systém osazený výše uvedenými komponenty je výrazně rychlejší a nastartování stroje se zkrátilo na méně než polovinu. Zvýšila se rovněž spolehlivost systému. Obrazovka poskytuje mnohem detailnější obraz a s vícedotykovým ovládáním (zvětšování, otáčení, posouvání, podobně jako u chytrých telefonů a tabletů) je obsluha snadnější. K interně používaným zálohovým bateriím přibyla indikace jejich životnosti.

Výpočet potřebného upínacího tlaku konkrétní kombinace upínacího válce a sklíčidla

K systému lze připojit čtečku čárového kódu a přibudou další softwarové funkce, jako je grafická kontrola okamžitých provozních parametrů vřetena ve srovnání s výchozími výkonovými limity, výpočet a indikace potřebného upínacího tlaku vzhledem k řezným podmínkám a provedení sklíčidla nebo autonastavení řezných podmínek pro interpolované vyvrtávání. Dále je možné monitorovat proměnné používané v daném partprogramu s jejich popisem nebo ukládat původní parametry při jejich změně pomocí snímku obrazovky. Systém automaticky odesílá e-maily při alarmu nebo konci programu a automaticky vytváří procesní technologický list.

To vše jsou drobná pozastavení nekonečného evolučního seriálu u jednoho z předních světových výrobců obráběcích strojů.

Misan

Ondřej Svoboda

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz

Něco navíc....

Video s ukázkou kryogenního obrábění v akci na stroji Okuma MA-600HII. Provoz je nenáročný a čistší s kryogenem.