Témata

Hydrostatika zvyšuje užitnou hodnotu obráběcích strojů

Hydrostatické vedení je jedním z typů lineárních vedení, která se používají u obráběcích strojů. Princip je znám dlouhá léta, přesto lze na komponentech, které zajišťují jeho funkci, stále co vyvíjet a vylepšovat. Příkladem tohoto úsilí je výsledek spolupráce firem Toshulin a Argo-Hytos.

Lubomír W. Novotný

Vystudoval konstrukci obráběcích strojů na FSI VUT v Brně. Zde rovněž absolvoval nástavbové studium Technického znalectví a obhájil disertační práci. Více než 16 let pracuje ve firmě Toshulin, a. s., kde se nejprve věnoval konstrukčním a vývojovým činnostem, inovacím, pevnostním výpočtům a byl několik let vedoucím detašovaného pracoviště a oddělení Vývojové projekty této firmy. Šest let je vedoucím úseku Technická podpora prodeje. Vedle hlavních profesních činností byl asistentem Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky na FSI VUT v Brně, vedoucí a oponent diplomových a disertačních prací, a je spolupracovníkem a přednášejícím na dalších moravských technických a ekonomických vysokých školách, dopisovatelem významných vydavatelství technických publikací a poradcem firem pro oblast dodávek CAD/FEM software. Aktuálně je například činný ve výkonném výboru Společnost pro obráběcí stroje či pracovní skupině „Metodika mapování budoucích kompetencí - KOMPETENCE 4.0“ při MPSV.

Reklama

Argo-Hytos je tradičním a dlouholetým dodavatelem hydraulických prvků a agregátů do firmy Toshulin. Mezi standardní pomocné funkce obráběcích strojů ovládaných hydraulikou patří upínání nástroje a obrobku, zpevnění os nebo vyvažování smykadla. Obráběcí stroje firmy Toshulin disponují i další řadou silových hydraulických funkcí, které obsluhují agregáty firmy Argo-Hytos.

Pro optimální zajištění uvedených funkcí je důležité pochopit vzájemné potřeby a možnosti mezi odběratelem a dodavatelem. Na této skutečnosti také Argo-Hytos staví svoji konkurenční výhodu. Firma má zkušenosti v oblasti konstrukce, výroby a zkoušení hydraulických agregátů více než 45 let. Důkazem jsou stovky dodaných zákaznických řešení agregátů a hlavně stejný počet spokojených koncových uživatelů výrobních strojů po celém světě.

Reklama
Reklama
Vizualizace stroje Powerturn s velikosti desky 1000 mm

V současné době je zaznamenán nárůst používání systému hydrostatického vedení výrobci obráběcích strojů. Spolupráce mezi firmami Toshulin a Argo-Hytos přinesla v minulosti celou řadu nových zákaznických řešení jak z pohledu funkce, tak i kvality či energetické efektivity. Dalším krokem spolupráce byl vývoj hydrostatického agregátu pro vedení svislého obráběcího centra.

Hydrostatické vedení na obráběcích strojích

Nosné části obráběcího stroje, které se vůči sobě pohybují – translační pohybové osy –, se stýkají na plochách, pro které existuje ustálený výraz lineární vedení. Historicky nejstarší jsou vedení kluzná. Jejich vlastnosti, díky materiálovému výzkumu a vývoji firem zabývajících se plasty, dokážou výrobci obráběcích strojů vylepšit tak, že jsou u obráběcích strojů stále použitelné. Někteří výrobci obráběcích strojů mají na kluzném vedení postavené stroje i celý byznys s nimi spojený.

Hydrostatická vedení jsou dalším z typů, které vzniklo jako alternativa ke kluznému a valivému vedení ve chvíli, kdy tyto přestaly pro dané potřeby obráběcího stroje vyhovovat. Hydrostatické vedení má tu vlastnost, že má velmi malou třecí sílu, která působí proti pohybu. Dále má výborné tlumicí vlastnosti a v případě správné funkce vykazují lineární vodicí plochy nulové provozní opotřebení po dobu mnoha let provozu. Tedy si dlouhodobě zachovávají vysokou pracovní přesnost. Hydrostatická lineární vedení se dále vyznačují vysokou tuhostí, tlumením a umožňují pohyby s minimálním polohovacím krokem. Pro výrobce těžkých obráběcích strojů je výhodná jejich vysoká únosnost. U velmi těžkých obráběcích strojů není pro uložení jejich rámů, kde pohyb obrobků v podstatě neexistuje, jiná racionální alternativa, jak lineární (ale i rotační) pohybové osy realizovat. O přínosech užití hydrostatiky pro pohyb hmotných předmětů hovoří i to, že loďaři v docích pohybují loděmi o hmotnosti tisíců tun na hydrostatických vedeních. Rozdíl proti obráběcím strojům je v požadavcích na přesnost a v tom, že médiem proudícím v trubkách je mořská voda.

Princip hydrostatického vedení je založen na vtlačování oleje mezi dvě plochy, které se mají vůči sobě pohybovat. Díky tomu mezi dvěma pevnými látkami vznikne vrstva kapaliny (maziva), nedochází k mechanickému kontaktu vůči sobě se pohybujícím plochám, tzn. že odpor proti pohybu klade kapalina. A jak známo, kapalinné tření je mnohem menší než suché.

Výhodami a vlastnostmi hydrostatického vedení lineárních os obráběcího stroje jsou:

• vysoká tuhost vedení suportu a smykadla;
• bezvůlové uložení lineárních os;
• vysoké tlumení vibrací rázů během obrábění;
• velmi malé pasivní odpory proti pohybu (malý součinitel tření);
• stabilita při malých rychlostech pojezdu – žádný stick‐slip efekt;
• přesnější polohování lineárních os (lze minimalizovat polohovací krok);
• delší životnost (nulové opotřebení vodicích ploch, vodicí plochy se nedotýkají ani při nulových rychlostech).

V porovnání s kluzným vedením jsou uvedené parametry hydrostatických vedení lepší. Oprávněně diskutabilní může být únosnost, avšak dimenzování pohonu translační osy (požadavek na výkon a moment motoru) „hraje“ ve prospěch hydrostatického vedení. Obrovskou výhodou kluzného vedení je, že výrobce používající pouze kluzná vedení nemusí tímto know-how disponovat a „jednodušší život“ má samozřejmě uživatel stroje, resp. jeho údržba.

Hydrostatický agregát vyvinutý společnostmi Toshulin a Argo-Hytos

Vývojové i provozní zkoušky a měření prováděné v Toshulinu a u zákazníků říkají, že dynamická tuhost je proti valivému vedení lepší. Při zkouškách výkonového obrábění s velkým vysunutím smykadla zvládl stroj typu Forceturn s hydrostatikou stejný úběr materiálu při vysunutí smykadla 1 750 mm jako stroj s valivým vedením při vysunutí 1 450 mm. Při běžně zkoušeném vysunutí smykadla (cca 500 mm) stroj s hydrostatickým vedením zvládne větší úběry materiálu. Měřítkem může být např. jakost obrobené plochy, která se vyhodnocuje opticky – lomem světla, protože je komparativními metodami neměřitelná. Limity strojů ani hydrostatického vedení nebyly nalezeny, protože díky rozměrům plátků, které byly k dispozici (50 x 50mm), nebylo možné obrábět větší hloubku třísky, aby byl využit plný výkon soustružnického obráběcího centra. Plně srovnatelné zkoušky se připravují na aktuálně vyráběných speciálních strojích určených pro letecký průmysl.

Na okraj krátká poznámka. Firma Toshulin disponuje vlastní technologií hydrostatického uložení upínací desky. Únosnost upínací desky velkých velikostí je až 100 tun. Minimální pasivní odpory upínací desky lze na otočných stolech jednoduše prokázat – na rozdíl od lineárních os (kvůli kuličkovým šroubům, zabrzděným motorům atd.). Zákazníci Toshulinu si proto rádi užívají okamžiku, kdy ukazováčkem zlehka tlačí na obvodu upínací desky, na které je umístěno 40 tun, a ta se zvolna otáčí.

Vedení hydrostatického typu je nejlepším možným řešením pro velmi přesné stroje, stroje s nárokem na minimální polohovací krok, stroje pro tvrdé obrábění vyžadující vysoké tlumení a pro těžké stroje. V případě malých zatížení a extrémních přesností používají výrobci obráběcích strojů (a měřicích strojů) jako médium vzduch. Alternativou uložení pohybové osy obráběcího stroje je magnetický polštář, který se však nepoužívá.

Hydraulický agregát

Nedílnou součástí systému hydrostatického vedení je hydraulický agregát, který dodává hydraulický olej do jednotlivých hydrostatických buněk v požadovaných parametrech. Ten se skládá ze dvou okruhů.

Obslužný okruh sestává z přídavného čerpadla chladicího okruhu, které nejdříve čerpá olej přes filtr schopný zachytit nečistoty větší než 10 mikronů a deskový výměník, kterým protéká chladicí médium (voda). Olej z přídavného čerpadla proudí podle momentální potřeby, částečně do sacího vedení tlakového čerpadla hydrostatického okruhu a částečně zpět do olejové nádrže. Pracovní teplota oleje je udržována na 20 °C.

Spokojený zákazník pan Hantal s lehkostí otáčí několik desítek tun. (Foto: Toshulin)

Tlak a průtok oleje v hlavním okruhu vytváří zubové čerpadlo s vnitřním ozubením. Toto čerpadlo má pro hydrostatiku nezbytnou vlastnost, a to, že má nízkou pulzaci. Čerpadlo, v typickém provedení hydrostatického agregátu, je poháněno asynchronním motorem o výkonu 2,2 kW. Regulace požadovaného průtoku oleje je prováděna změnou otáček čerpadla pomocí frekvenčního měniče. Toto řešení je energeticky výhodnější v porovnání s regulací čerpadla s proměnným geometrickým objemem. Regulace hydrogenerátoru je prováděna na konstantní tlak, mění se tedy průtok. Dodávaný průtok oleje hlavního čerpadla je 1,9–9,6 litru za minutu, což odpovídá rozsahu otáček 400–2 000 min-1 při pracovním tlaku 100 barů. Požadovaný tlak na výstupu z agregátu je udržován pomocí tlakového spínače, který přímo komunikuje s frekvenčním měničem.

Hydraulický agregát se dále skládá z hydraulického akumulátoru o objemu 2,8 l, který má zajistit přísun oleje do hydrostatických vedení v případě výpadku elektrického proudu. Akumulátor také přispívá ke stabilizaci hydraulického obvodu. Požadovaná čistota oleje je zajišťována tlakovým filtrem. Maximální tlak oleje v obvodu hlídají přepouštěcí ventily umístěné na výstupu z hydraulického agregátu. Hydraulické prvky včetně nádrže jsou dodávány firmou Argo-Hytos.

Michal Tomek, Jiří Vrhel, Lubomír W. Novotný

Argo-Hytos, Toshulin

j.vrhel@argo-hytos.com

Lubomir.Novotny@toshulin.cz

Reklama
Související články
Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Modulární vřetenové jednotky s převodovkou

Novou variabilní řadu vřeten MGS představila firma Weiss Spindeltechnologie, dceřiná společnost koncernu Siemens AG, výrobcům obráběcích center požadujícím velké krouticí momenty. Tímto počinem konstruktéři strojů získávají pro své projekty řešení pomocí modulárních vřeten různých krouticích momentů.

Zprovoznění motorových vřeten systémem Plug and Play

Společnost Siemens AG spolu se svým dceřiným podnikem Weiss Spindeltechnologie GmbH ze Schweinfurtu vyvinula elektronický modul pro vřetena s označením SMI 24, který ve spojení se systémem Sinumerik CNC výrazně ulehčuje zprovoznění vřetena obráběcího stroje. Uživatel si navíc může nechat zobrazit, pokud je vřeteno příslušně vybaveno, různá statistická vyhodnocení, jako např. teplotní průběhy, dobu běhu, otáčky a profily krouticích momentů.

Související články
Efektivní výroba velkých kuličkových šroubů

Snad každý výrobce komponentů pro strojírenství řeší problematiku jejich efektivní výroby při splnění všech požadavků na kvalitu. Jednou z cest realizace této podmínky konkurenceschopnosti je využívání nových technologií a nástrojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

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.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Obrábět stejně za méně - Energetická efektivita obráběcích strojů

Energetická efektivita výrobních strojů - ekodesign, má čím dál větší význam. Na světových výstavách v čele s EMO Hannover 2013 byla patrná snaha výrobců nabídnout zákazníkovi nejen stroj s potřebnými užitnými vlastnostmi, ale i stroj pracující energeticky úsporně. Je také patrná vyšší informovanost zákazníků a do obecného povědomí se dostává čím dál více informací o řešeních, která zajišťují stejné užitné vlastnosti při snížené spotřebě energie.

Pohony a hydraulika

Společnost Gates Corporation je celosvětová diverzifikovaná průmyslová společnost, která poskytuje vyspělá řešení přenosu síly a hydrauliky. Přináší totiž produkty a služby, které snižují celkové náklady na vlastnictví pro širokou řadu aplikací.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu automatizace obslužných procesů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.

Tlak na zvyšování produktivity a další faktory související s cenou práce či nedostatkem pracovní síly přiměly mnoho výrobců automatizovat své výrobní procesy. Většina obslužných procesů, jako je upínání, paletizace, kontrola kvality a další úkony (třídění, odvoz, balení), probíhá ve vedlejších časech.


I tyto procesy lze optimalizovat, zefektivnit anebo částečně automatizovat. Jaké produkty, systémy či služby zvyšující efektivitu obslužných výrobních procesů nabízí vaše společnost?

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

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