Témata
Reklama

Hybridní obráběcí stroje

Hybridní obráběcí stroje představují snahu o sdružení několika různých technologií do jednoho obráběcího stroje a tím zkrácení nevýrobních časů a tedy i zkrácení výrobního cyklu na minimum. V širším obecném pohledu můžeme říci, že každé současné obráběcí centrum je hybridní stroj, ve kterém jsou sdruženy různé technologie třískového obrábění, např. frézování a vrtání. Většinou však je pod pojmem hybridní stroj myšlen stroj sdružující technologie založené na rozdílných principech.

Hybridní obráběcí stroje představují snahu o sdružení několika různých technologií do jednoho obráběcího stroje. Zkrátí se tím na minimum nevýrobní časy a v důsledku i výrobní cykly. V širším obecném pohledu můžeme říci, že každé současné obráběcí centrum je hybridní stroj, ve kterém jsou sdruženy různé technologie třískového obrábění, např. frézování a vrtání. Většinou však je pod pojmem hybridní stroj myšlen stroj sdružující technologie založené na rozdílných principech.
Ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) jsme vyvinuli a realizovali v letech 2000 až 2012 dva hybridní stroje. Volili jsme kombinaci technologie třískového obrábění a laserových technologií. Laser byl zvolen pro jeho rozmanitost možností prováděných technologií. Laserem lze provádět řezání, gravírování, mikrofrézování (je možné vyrábět ostré rohy v dutinách), popisování, různé technologie tepelného zpracování (např. kalení), nanášení materiálu, opravu poškozených nebo špatně vyrobených součástí (např. zavařování mikrotrhlin), opotřebovaných součástí a nástrojů (formy, zápustky, střižné nástroje), svařování, navařování materiálu pro renovaci součástí, nanášení povlaků, čištění povrchu součásti atd. Další výhodou laseru je schopnost opracovávat velmi rozmanité materiály: všechny druhy kovů, plasty, dřevo, sklo, keramiku i papír.

První hybridní stroj byl v RCMT na Fakultě strojní při ČVUT v Praze vyvinut a realizován skupinou Laserové technologie ve spolupráci s firmou Kovosvit MAS Sezimovo Ústí. Jedná se o obráběcí centrum typ MCVL 1000 Laser s vestavěným pevnolátkovým laserem.

Reklama
Reklama
Obráběcí centrum MCVL 1000 Laser

Základem stroje je osvědčené obráběcí centrum MCV 1000, u kterého je na vřeteníku připevněn Nd:YAG laser o výkonu 50 W. Stroj je dále doplněn numericky řízeným otočným a naklápěcím stolem. Toto uspořádání umožňuje provádět obrábění řeznými nástroji, až v pěti řízených osách a vestavěným laserem lze provádět výše uvedené laserové operace. Podle požadované technologie je nutné volit typ a parametry laseru. Základní parametry námi zvoleného laseru jsou uvedeny v tabulce.

Základní parametry laseru

Obráběcí centrum bylo úspěšně používáno například pro výrobu elektrod pro EDM, kalení drobných výrobků, popisování součástí, svařování, řezání trubek malého průměru bez deformací a bez ostřin ve vnitřní ploše trubky, k dekoraci skla a keramiky a k zavařování trhlin vzniklých při lití speciálních slitin.

Ve spolupráci s firmou Intos Žebrák jsme vyvinuli a realizovali další stroj s vestavěným laserem. Jedná se o nástrojařskou frézku FNG 50 CNC Laser. Základem je komerčně dodávaná a v praxi osvědčená nástrojařská frézka s typovým označením FNG 50 CNC, do níž byl na vřeteník opět zabudován Nd:YAG laser o výkonu 50 W. Zabudováním laseru jsme rozšířili použití stroje o laserové technologie uvedené výše. V obou případech jsme použili jako základ v praxi osvědčený stroj, čímž jsme ušetřili náklady na vývoj zcela nového stroje.

Nástrojařská frézka FNG 50 CNC Laser

Ve spolupráci s firmou Kovosvit MAS bylo dále navrženo několik variant možného umístění laseru v CNC soustruhu typ SPM 16, který je určen pro výrobu menších přesných součástí. Cílem řešení bylo posoudit možnost optimálního umístění laseru pro opracování součástí a zhodnotit výhody a nevýhody jednotlivých řešení. Varianty řešení:

  1. Laser je umístěn na nástrojové hlavě nad nástrojovou deskou – výhodou je jednoduchá a krátká optická cesta paprsku laseru nevyžadující žádná zrcadla, lze jej použít pro jakoukoliv nástrojovou hlavu. Nevýhody – je nutné zvětšit výšku stroje, optická cesta zmenší počet nástrojů upnutých v nástrojové hlavě a laser je nutné pečlivě zakrytovat.

Celkový pohled do pracovního prostoru stroje a detail umístění laseru s optickou cestou (laser umístěn na nástrojové hlavě nad nástrojovou deskou)
  1. Laser je umístěn na horní ploše tělesa nástrojové hlavy. Výhody – paprsek laseru je veden mimo nástrojovou hlavu, krátká optická cesta, laser je kryt nástrojovou hlavou. Nevýhody – je nutné zvýšit výšku pracovního prostoru, optická cesta zmenší počet nástrojů upnutých v nástrojové hlavě, pro nasměrování paprsku laseru je nutné použít zrcadlo a krytovat optickou cestu.

Celkový pohled do pracovního prostoru stroje a detail umístění laseru s optickou cestou (laser umístěn na horní ploše nástrojové hlavy)
  1. Laser je umístěn za nástrojovou hlavou rovnoběžně s osou vřetena, paprsek laseru je veden osou nástrojové hlavy. Výhody – dobré zakrytování optické cesty paprsku, laser je kryt nástrojovou hlavou, optická cesta zmenší počet nástrojů upnutých v nástrojové hlavě pouze o jeden a není třeba měnit vnější rozměry a uspořádání pracovního prostoru stroje. Nevýhody – je nutné použít nástrojovou hlavu s dutým vřetenem a rozšířit prostor za nástrojovou hlavou. Laser je zranitelnější, protože trčí volně do prostoru.

Celkový pohled do pracovního prostoru stroje a detail umístění laseru s optickou cestou (laser umístěn za nástrojovou hlavou rovnoběžně s osou vřetene)
  1. Laser je umístěn za nástrojovou hlavou, osa laseru je kolmá na osu vřetena nástrojové hlavy. Výhody – nehrozí poškození laseru při obrábění řeznými nástroji, snížení počtu upínacích míst v nástrojové hlavě pouze o jednu pozici, není nutné zvětšovat rozměry stroje. Nevýhody – je nutné použít dvě zrcadla.

Celkový pohled do pracovního prostoru stroje a detail umístění laseru s optickou cestou (laser umístěn za nástrojovou hlavou, osa laseru je kolmá na osu vřetena nástrojové hlavy).

Uvedené příklady různých konstrukcí strojů ukazují, že laser je možné zabudovat do každého obráběcího stroje. Kromě uvedených strojů jsme navrhli a realizovali též tři stroje pouze s laserem. Základem byl vždy starší stroj, v našem případě například frézka z roku 1966, kde jsme odstranili konzolu a nahradili ji laserem. Využití starých strojů šetří investice.

Frézka z roku 1966, kde byla odstraněna konzola a nahrazena laserem.

Dále byla naše pozornost zaměřena na kombinaci výrobních metod 3D tisku s frézováním a vrtáním, což by umožnilo vyrábět tvarově velmi složité součásti s kvalitním povrchem a přesnými rozměry, včetně dutin.

Schéma stroje pro kombinaci výrobních metod 3D tisku s frézováním a vrtáním, což by umožnilo vyrábět tvarově velmi složité součásti s kvalitním povrchem.

Velmi atraktivní je spojení třískového obrábění s tepelným zpracováním, zejména kalením. Výrobní náklady by se výrazně snížily. Pro kalení součástí do větších hloubek má však laser oproti třískovému obrábění podstatně menší pracovní rychlost. To je nevýhoda všech hybridních obráběcích strojů, kde naladění pracovních časů bývá obtížné. Výhodná je konstrukce modulární, která umožňuje navrhnout optimální řešení. Ve výzkumu by bylo vhodné věnovat se možnosti nahrazení povrchového kalení kuličkováním nebo válečkováním.

Malá pozornost je zatím věnována kombinaci třískového obrábění s dokončovacími metodami obrábění. Nabízí se např. kombinace vyvrtávání a honování vložek do válců motorů.

Z uvedeného je zřejmé, že je potřebné věnovat pozornost výzkumu optimálního naladění technologií třískového obrábění a tepelného zpracování, případně s dokončovacími technologiemi.

Na řešení projektu se vedle autora článku podíleli: Ing. Ladislav Kraus, Ing. Zuzana Kerečaninová, Ph.D., a Ing. Radka Bičišťová.

Tyto výsledky byly získány za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory projektů výzkumu a vývoje.

RCMT, ČVUT v Praze, Fakulta strojní

Jaroslav Řasa

jar.rasa@seznam.cz

Reklama
Související články
Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Již druhý hybridní stroj WeldPrint

Kovosvit MAS ve spolupráci s ČVUT vyvinul již druhý tzv. hybridní stroj pod obchodním názvem WeldPrint. Jde o technologii 3D tisku z kovu plně vyvinutou v České republice patřící do kategorie Hybrid Manufacturing (HM). Umožňuje vytvářet kovové dílce navařováním pomocí elektrického oblouku a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru s výrazně menšími náklady než u jiných technologií 3D tisku z kovu. Nový stroj bude díky nižší pořizovací ceně dostupnější než jeho předchůdce.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Související články
Novinky laserového předehřevu při obrábění

Stále častější využívání vysokopevnostních slitin a jiných těžkoobrobitelných materiálů, včetně keramických, vyžaduje pro jejich efektivní obrábění i nových technologií. Uplatňují se tu především laserové technologie přinášející lokální povrchové snížení pevnosti a tvrdosti materiálu. Výhodou takového předehřevu materiálu před břitem nástroje je navíc i snížení opotřebení nástroje při obrábění a možnost obrábět i vyšší řeznou rychlostí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Obrábění s podporou ultrazvuku

Ultrazvuk nepomáhá pouze v chirurgii. Může být výhodně použit také v obrábění. Nákladný vývoj však většinou brzdí jeho zavedení a rozšíření. Ve výzkumném ústavu Fraunhofer - IPT proto zkoumali efektivní použití a optimalizaci ultrazvukových systémů při obrábění.

Dokonalé pedály

Jak cyklističtí nadšenci a osoby zasvěcené tomuto sportu jistě vědí, minulé desetiletí nejslavnějšího švýcarského výrobce jízdních kol, firmy BMC, by se dalo přirovnat k zajímavé, ale místy krkolomné jízdě. Firmu, kterou původně založil anglický emigrant vyrábějící jízdní kola pro britskou značku Raleigh, koupil v roce 2001 švýcarský podnikatel Andy Rihs, který postavil impozantní nový výrobní závod ve městě Grenchen, nedaleko Bernu, s prostým, jednoznačným cílem sestavit zde jízdní kolo a tým schopný vyhrát závod Tour de France.

5tiosé obráběcí centrum pro zpracování kamene

Spolupráce partnerů projektu s názvem Vývoj nové generace CNC strojů pro zpracování kamene mezi společností Kaspe, a. s. a Ústavem výrobních strojů a zařízení, Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii z Fakulty strojní, ČVUT v Praze je v současné době ukončována výrobou prototypu nového stroje.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Bezdotykové orovnávání brousicích kotoučů

Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.

EMO Hannover 2013: část 8 - upínání obrobků

V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.

Soustružení abrazivním kapalinovým paprskem zvyšuje trvanlivost

Soustružení abrazivním vodním paprskem je technologie, která spojuje kinematiku konvenčního soustružení s abrazivním vodním paprskem jako nástrojem. Toto spojení je výhodné zejména při obrábění těžkoobrobitelných materiálů, např. titanových slitin, kde nahrazuje hrubování konvenčním soustružením řezným nástrojem.

Sedm celoživotních návyků

Ve věku, kdy se většina lidí spokojeně těší do důchodu, podnikatel z americké Indiany, Don Wood, založil firmu, která se ukázala být jeho největším celoživotním úspěchem. Růst firmy s názvem 80/20 je záviděníhodný a vznikl díky perfektním organizačním dovednostem a energii vložené zakladatelem firmy. Jeho recept na úspěch přesto není přísně střeženým tajemstvím.

EMO Hannover 2011, Část 8 - Materiály ve stavbě strojů

Dnešním předposledním dílem již pomalu uzavíráme náš profesně tříděný pohled na loňskou výstavu EMO Hannover. Dnes se zabýváme materiály ve stavbě obráběcích strojů, v příštím vydání se můžete těšit na zpracovanou oblast brousicích strojů.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit