Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

Je známo, že v době, kdy se používala kluzná přímočará vedení obráběcích strojů, se povrch vedení zaškrabával. Přechodem na valivá přímočará vedení rozšíření zaškrabávání pokleslo. Výhodou valivých vedení je, kromě vysoké únosnosti, vyšší přesnost polohování pohyblivých částí strojů, jako jsou saně a stoly. Zatímco dříve používané ocelové nebo litinové kluzné plochy mají koeficient tření proměnlivý s rychlostí pohybu, valivá vedení tuto negativní vlastnost odstranila. Brzy se však zjistilo, že valivá vedení mají velmi nízké tlumení, a tudíž vyšší sklon ke kmitání při obrábění. Z dynamického hlediska působí totiž tlumení stejně jako tuhost, takže jeho nízká hodnota dynamickou tuhost snižuje. Proto se stroj s valivým vedením snadněji při obrábění rozkmitá, což působí značné potíže.

Snaha zajistit dostatečné tlumení a přesnost polohování vyústila k používání kluzných vedení obložených speciálními plasty. Ukázalo se, že plasty mohou zajistit příznivé třecí charakteristiky vedení. Řešení se hledala jak pro klasické kluzné dvojice, tak pro hydrodynamické vedení. Zjistilo se, že třecí charakteristiky obloženého vedení jsou závislé nejen na měrném tlaku, použitém mazivu a na způsobu mazání, ale především na způsobu opracování finální kontaktní plochy a její drsnosti. Zkoušky ukázaly zajímavý fakt, že koeficient tření klesá s klesající drsností povrchu jen do hodnoty Ra= 2,4 μm, neboť pod touto hranicí se začínají uplatňovat adhezní síly kluzné dvojice. Ze soutěže mnoha druhů a technologií obkladů vodicích ploch vyšel nakonec vítězně dnes používaný turcit, který vykazoval nejnižší statický i dynamický koeficient tření v okolí 0,04 až 0,05, a hlavně tyto hodnoty nebyly závislé na posuvové rychlosti polohovaného komponentu stroje [8].

Dnes velmi pravděpodobně většina výrobců obráběcích strojů používá valivá vedení polohovaných částí strojů a současně zaškrabává nepohyblivé kontaktní plochy hlavních nosných částí strojů. Pro použití zaškrabávání hovoří i fakt, že při broušení těchto ploch vzniká nebezpečí zavedení napětí do materiálu, která později mohou znamenat deformace odlitků a ztrátu přesnosti stroje. Nutnost tlumit vibrace a současně zajistit vysokou přesnost polohování nástroje i obrobku vedla řadu výrobců obráběcích strojů k používání kombinovaného vedení, které spojuje výhody valivého i kluzného vedení. Kombinované vedení je valivé vedení doplněné vedením kluzným, kde se opět uplatňuje ruční zaškrabávání obkladu z turcitu.

Pro úplnost dodejme, že zaškrabávání nepohyblivých ploch nahrazují někteří výrobci vyplňováním kontaktních ploch speciálními licími hmotami. Jako příklad kombinovaného vedení můžeme uvést konstrukci NC os portálové frézky firmy Okuma na obr. 1.

Stůl frézky (obr. 2) má na ose X vertikální vodicí plochy valivé, horizontální plochy jsou kluzné, obložené turcitem. Vertikální vodicí plochy lože jsou broušené a kalené. Valivé vedení zachycuje tíhu stolu i obrobku a eliminuje působení měnícího se zatížení od obrobku. Stůl se pohybuje hladce bez stick-slip efektu a je přesně polohován díky použití valivého vedení. Současně je využito dobrého tlumení kluzného vedení na horizontálních vodicích plochách s vůlí vymezenou klíny. Kuličkový šroub je umístěn ve středu stolu, což zaručuje pohon bez cikcak pohybů.

Na ose Y je suport vřeteníku uložen rovněž na kombinovaném vedení (obr. 3). Hmotnost vřeteníku je vyvážena, takže tlaky ve vedení nejsou velké. Vertikální vodicí plochy jsou osazeny valivým vedením v kombinaci s kluzným vedením obloženým turcitem. Na horizontálních vodicích plochách je použito kluzné vedení opět s turcitem. Osa Z má pouze kluzné vedení na všech čtyřech stranách smykadla. Povrch smykadla je broušený. Příčník, tj. osa W, je veden kluzně (obr. 1). Vodicí protiplochy stojanu jsou broušené, zatímco vedení příčníku je obloženo turcitem a zaškrabáno.

Z tohoto příkladu je dobře vidět použití kluzného vedení, kde setrvává tradiční technologie zaškrabávání v kombinaci s valivým vedením. Konstrukce je promyšlena tak, aby byly splněny vysoké nároky na přesnost polohování akčních dílů stroje a současně bylo potlačeno kmitání při obrábění.

Přímé porovnání geometrických charakteristik přesnosti polohování a přímočarosti pohybu ryze valivého vedení a čistě kluzného vedení je patrné z níže uvedených obrázků 4 a 5. Jedná se o výsledky měření vedení osy Z provedených na dvou konstrukčně různých soustružnických strojích Okuma. Stroj typu LB4000EXII MY C1500 má vedení kluzné, stroj typu U4000 2SW 1500 má vedení valivé.

Obr. 4. Výsledky měření na stroji LB4000EXII MY C1500

Obr. 5. Výsledky měření na stroji U4000 2SW 1500
Pro zvětšení klikněte na obrázky.

Lze konstatovat, že kluzné vedení dosahuje naprosto srovnatelné přesnosti jako vedení valivé s vysokou opakovatelností, tak důležitou při sériové výrobě, a prakticky bezvůlovým chodem. Počáteční stav – oba stroje byly nové – je tedy bez rozdílu. Praktická zkušenost po určité době provozu přináší rozdílné přístupy u obou typů vedení. Zatímco k valivému vedení se přistupuje jako k běžnému náhradnímu dílu a v případě opotřebení nebo poškození je nutné jej vyměnit, u kluzného vedení se zpravidla přistupuje k renovaci vedení vedoucí k dosažení původních vlastností a přesnosti, jako tomu bylo u stroje nového.

Technologie zaškrabávání se tak velmi často používá při generálních opravách obráběcích strojů, zejména při renovaci vodicích ploch a ložisek. Opravárenství je obor, který zachraňuje velké hodnoty vložené do výroby starších strojů. Prodlužuje životnost strojů a v mnoha případech vrací do aktivní produkce stroj, který se svými parametry téměř vyrovná strojům novým. Renovaci obráběcích strojů se věnuje velké množství firem. Chtějí-li opravy provádět kvalitně, musejí disponovat kvalifikovanými pracovníky ovládajícími mimo jiné i techniku zaškrabávání. Při generální opravě stroje se obvykle vymezují vůle ve vedení a je proto třeba klíny vymezující vůle i plochy vedení samotného zaškrabat.

Není pochyb o kvalitativním přínosu lineárního valivého vedení obráběcích strojů, které se neobejdou bez rychlého a bezchybného polohování nástroje a obrobku. Týká se to především malých a středně velkých obráběcích strojů. Je to správné řešení požadavků pro moderní obráběcí stroje, protože se v praxi osvědčilo a velmi rychle se rozšířilo. Tato technika potlačila dřívější kluzná vedení a tím i rozsah použití zaškrabávání. Ruční zaškrabávání je ovšem také osvědčená technologie, která kvalitativně navyšuje vlastnosti kluzných vedení i nepohyblivých spojů komponent obráběcího stroje i stroje jako celku. Zaručuje úzké tolerance geometrické přesnosti, páruje komponenty v toleranci až 0,1 µm. Zajišťuje vysokou vzájemnou přesnost komponent stroje a tím i dlouhou udržitelnost přesné geometrické polohy komponent. Zajišťuje také ideální rovinnost, paralelní pohyb mechanismů a jistotu při dotahování klínů vymezujících vůli ve vedení saní a suportů. Vytváří olejové kapsy, které udržují olej na pohybujících se plochách a vnáší mezi plochy potřebné tlumení.

Přirozeně zaškrabávání není vhodné pro všechny aplikace. Lineární valivá vedení mají nízký koeficient tření a umožňují dosáhnout vyššího zrychlení, zpoždění i rychlostí polohovaných částí obráběcího stroje. Další předností lineárních vedení je vyšší přesnost polohování a schopnost pohybovat se po velmi malých inkrementech dráhy.
Obhajoba zaškrabávání jako nákladného ručního obrábění proti modernímu přesnému a levnějšímu broušení není nic nového. Z historických pramenů víme, že otázky zachování ručního obrábění se diskutovaly už v 19. století. O výhodách a technice zaškrabávání se hodně píše i v moderní době. Zejména v zahraničí. Na internetu je k dispozici velké množství instruktážních videosnímků. Zájemcům o techniku zaškrabávání doporučujeme prostudovat a prohlédnout si videosnímky na adresách [1, 2] a zejména publikaci [3], což je obsáhlá série článků o všem, co je o zaškrabávání potřeba znát. Fundované informace pro začátečníky i odborníky jsou na adrese uvedené v [7]. Přínosné je, že odborná učiliště a strojnické průmyslové školy v České republice věnují zaškrabávání odpovídající pozornost a vychovávají mladou generaci odborníků znalých této technologie. Svědčí o tom např. publikace [4, 5 a 6]. Škoda že oproti zahraničí chybí na internetu instruktážní videa o technice zaškrabávání.

Literatura

[1] Morgan Michael: Basic Scraping, Modern Methods. 2000. Dostupné na: www.machinerepair.com.
[2] Mueller Nick: YouTube, www.youtube.com/user/MuellerNick. 2008.
[3] Ward Michael: Scraping for the Home Shop, The Home Shop Machinist, May/June 2011 až Nov/Dec 2012.
[4] Zelinka Zd.: Ruční zpracování technických materiálů II. Internetová prezentace o zaškrabávání pro SOU.
[5] Rožek P.: Zaškrabávání, zabrušování a lapování.
[6] Dombek A.: Ruční zpracování kovů, zaškrabávání.
[7] Metal Scraping w1: Principles and Practice. Dostupné na: www.metalscraping.com.
[8] Urbánek St., Výzkum kluzných vlastností obkladových materiálů vodících ploch, ČVUT v Praze, 1986.

Misan

Ondřej Svoboda, Pavel Bach

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz