Témata
Reklama

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.

Díly
Prof. Jiří Marek

Je profesorem na Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brně. Zastával manažerské pozice ve výrobních společnostech Toshulin, KŠ Kuřim a TOS Kuřim. V praktické a pedagogické činnosti je zaměřen především na konstrukci obráběcích strojů a obráběcích center pro rotační i nerotační obrobky, teorii konstrukčního procesu a životního cyklu produktu a v neposlední řadě na systémovou metodologii. Jeho dlouholetou snahou je spojovat teorii s praxí do vzájemně se respektujícího celku. Je členem řady odborných organizací, členem redakční rady MM Průmyslového spektra a spoluzakladatelem MM Science Journal. Je autorem celé řady monografií, mj. i legendární knižní edice Konstrukce CNC obráběcích strojů (MM publishing).

V pátém pokračovaní se budeme zabývat moderními způsoby obrábění matic a šroubů.

Reklama
Reklama

Tradiční způsob obrábění

Pro výrobu hřídelí přesných kuličkových šroubů se používá ocel jakosti 14 260, CF53 nebo 42CrMo4. Matice se vyrábějí z oceli 14 109 nebo 14 209. Kvalita provedení valivých drah jednotlivých komponentů převodu určuje kvalitu funkce kuličkového šroubu, a proto jsou tyto prvky kaleny na tvrdost 58–60 HRC a u přesných kuličkových šroubů následně broušeny s cílem zajištění definovaného bodového styku kuliček v tzv. gotickém profilu závitu. Tradiční způsob obrábění znamená to, že jsou závity v hřídeli šroubu a závitu matice nejprve vyhrubovány s přídavkem na ploše závitu a posléze dojde k zakalení a broušení závitu. Tento způsob označovaný jako tradiční souvisí s tím, že v dřívějších dobách neexistovaly nástroje umožňující obrábění v tvrdém (zakaleném) stavu.

Moderní způsob obrábění KŠM

Jako progresivní se dnes ukazuje obrábění profilu závitu a ostatních rotačních ploch v zakaleném stavu. Tento způsob obrábění přináší následující výhody:

• úspora nákladů: okružování umožňuje obrábění závitu na jedno upnutí, čímž se eliminují neproduktivní operační časy. Investuje se tedy do jednoho stroje, který zvládne téměř všechny operace tvorby profilu závitu, ale v přesnosti IT5;

• úspora času: okružování dokáže odebírat více materiálu na jednu obráběcí operaci než broušení, čímž se stává rychlejším, poněvadž se provádí více operací při jenom upnutí. Dochází k dramatickému snížení doby potřebné k manipulaci s obrobky;

• zlepšená přesnost: díky obrábění na jedno upnutí se zlepšuje přesnost, obzvláště u povrchů obrobků, které jsou funkčně ve vzájemné souvislosti (házení, rovnoběžnost,…);

• ekologie: soustružení je prováděno za sucha. Tříska buď shoří, anebo tvoří charakteristické „tenké ostré vlasy“.

Při okružování profilu závitu do zakaleného polotovaru tříska často shoří anebo má tmavě modrý vzhled. (Zdroj: KSK Kuřim)
Okružovací stroje Leistritz řady LWN řídí posuv rotujících okružovacích nožů v závislosti na požadovaném stoupání vyráběného šroubu. (Zdroj: KSK Kuřim)
Obdobným způsobem, tedy v zakaleném stavu, je prováděno obrábění konců kuličkových šroubů. Výrazným způsobem se na odladění této technologie na strojích Puma podílela firma Walter CZ. (Zdroj: KSK Kuřim)

Obrábění šroubů

Rotační okružování závitu kuličkových šroubů je obrábění zakaleného povrchu hřídele nástroji s profilem závitu s cílem získat přesný výsledný profil a stoupání závitu kuličkových šroubů. Technologie je vhodná pro sériovou i kusovou výrobu kuličkových šroubů, výsledná přesnost je ovlivněna přesností okružovacího stroje a kvalitou použitých nástrojů a jejich seřízením. Standardně se zhotovují kuličkové šrouby ve třídě přesnosti IT5.

Okružuje se na strojích, u kterých sada rotujících nožů postupně na jednu otáčku odebere plný profil kuličkového šroubu. Přitom dojde k posunutí o hodnotu stoupání. Pro různé průměry kuliček existují sady nožů, které jsou zhotoveny z PCBN. Velmi záleží na kvalitě zhotovení tvaru nože.

Obrábění matic

Stroje, které jsou používány k dokončovacímu soustružení profilu závitu matic, mají extrémní odolnost proti vibracím a vynikají velkou tuhostí. Jedním z takových strojů je Mikroturn 500 XL od firmy Hembrug. Hlavní vřeteno je uloženo hydrostaticky. Ultrapřesné tvrdé obrábění vyžaduje extrémně tuhé hlavní vřeteno a rovněž tuhé vedení saní. Významnými vlastnostmi hydrostatických ložisek a saní jsou jejich tuhost, tlumení a absence kontaktu s kovem. Posledně jmenovaná znamená velmi dlouhou životnost. Další neméně důležitou výhodou hydrostatické konstrukce vedení je vysoká přesnost chodu vřetena, pokud jde o házení (0,1 μm), což znamená také absenci trhavých pohybů.

Soustružením lze progresivně dokončovat v zakaleném stavu kromě povrchů matice také profily kuličkových závitů. Pohled do pracovního prostoru stroje Mikroturn 500 XL (firma Hembrug) s upnutým polotovarem matice. (Zdroj: KSK Kuřim)

Olej se reguluje termostatem na teplotu 20 ± 0,2 °C. Dvě radiální a jedno axiální ložisko podepírají vřeteno. Model 500 CNC používá pro náhon tzv. elektrovřeteno a je chlazen ložiskovým olejem. Dále je do vřetena integrováno odměřování s rozlišením 0,001°. Řídicí software stroje tak může velmi přesně interpolovat otáčení vřetena (osa C) s posunem nástroje (osa X) kolmo k ose vřetena. Je minimalizován vliv vývoje zbytkového tepla ve vřetenu, a proto je vřeteno součástí pevného vřeteníku vyrobeného z přírodní žuly.

Tento materiál má velmi nízký koeficient teplotní roztažnosti a vysokou hodnotu specifického tepla. Znamená to, že tepelné dilatace vřetena jsou zanedbatelně malé. Vedení saní posunující řezný nástroj ve směrech X a Z mají rovněž hydrostatické vedení. Odměřování Heidenhain snímá posuvy saní s rozlišením 10 nanometrů.

Celkový pohled na kompaktní stroj Mikroturn 500 XL. (Zdroj: Hembrug)

Vysoká tuhost a tlumení jsou pro proces tvrdého obrábění nanejvýš důležité. Unikátní konstrukce strojů Slantbed-Mikroturn splňuje požadavek na vysoké tlumení. Silná žulová základová deska spočívá na těžkém ocelovém pomocném rámu za pomoci gumových tlumičů. Masa základové desky o hmotnosti 2 500 kg, malá tuhost tlumičů a částečně jejich vnitřní tření – to vše dohromady zajišťuje extrémně nízkou vlastní frekvenci se sníženou amplitudou.

Název Slantbed označuje náklon 45° základní desky. Znamená to snadnější odstraňování třísek a lepší přístupnost pracovního prostoru ve srovnání s konvenčními soustruhy.

Společnost Hembrug kompletuje své stroje v dílně klimatizované na 20 ± 1 °C. Teplotní stabilita měřicí místnosti činí 20 ± 0,5 °C. Kontrolní místnost je stabilizována na 20 ± 0,3 °C a vybavena podlahou, která je prakticky bez vibrací.

Závěrem

Moderní způsoby obrábění kuličkových šroubů a matic, zejména pak v dokončování v tvrdém (zakaleném) stavu s sebou přinášejí mnoho výhod. Tou velmi důležitou je zkrácení neproduktivních časů souvisejících s mezioperační dopravou. Domníváme se, že tudy vede cesta, jak zrychlit reakční dobu na požadavky zákazníků. Tímto příspěvkem náš pětidílný seriál o kuličkových šroubech a maticích končíme.

Prof. dr. Ing. Jiří Marek
KSK Kuřim

jiri.marek@ks-kurim.cz

Reklama
Související články
Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 4.

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.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 3.

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.

Související články
Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 2.

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 šroubů. Ve druhém pokračovaní se budeme zabývat konstrukcí vlastního kuličkového šroubu a matice a představíme jediného českého výrobce kuličkových šroubů a matic.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Správně kalkulované pohony strojů bez bolesti zubů

V minulém čísle zmiňoval ve svém rozhovoru k 10. výročí založení firmy majitel TAT - pohonová technika Ing. Matthias Mayer silné komodity, které firma obzvláště v oblasti převodovek - hlavně těch přesných - zákazníkovi nabízí. Partnery jsou zde již posledně zmiňované německé firmy Atlanta Antriebssysteme, Neugart a francouzská firma Redex. Vedle přesných převodovek zajímá zákazníky i velmi široká paleta ozubených tyčí - jak kvalitou, přesností nebo rozměry.

Pohony nejen pro obráběcí stroje

Společnost TAT Technom Antriebstechnik GmbH byla založena v rakouském Linci v roce 1988 a během prvních 10-ti let se velmi úspěšně zabydlela na rakouském trhu, kdy se se svými produkty jako např. přesnými převodovkami, ozubenými tyčemi a dalšími pohonovými prvky i podle výkresů zákazníka stala vůdcem na zdejším trhu mechanické pohonové techniky.

Novinky ve světě pohonů

V tomto čísle se představí další novinky obchodních partnerů společnosti TAT - pohonová technika, německé firmy Neugart a italské firmy P.E.I. Obě firmy patří se svými produkty ke špičkovým výrobcům na světovém trhu.

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.

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.

Inteligentní řešení pro hospodárné obrábění miniaturních dílů

Až do současnosti byla přesná mikroobráběcí centra stavěna především výzkumnými ústavy a některými výrobci obráběcích strojů – s jen malými ohledy na výrobní náklady. Aby byla uspokojena rostoucí poptávka po stroji, který je schopen vyrábět velmi jemné geometrie dílů s vynikající přesností a s přijatelnými úrovněmi nákladů, představila společnost Makino své přesné obráběcí centrum iQ300.

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.

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.

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.

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.

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