Maximální řezný výkon při dodržení přesnosti

Pracovní operace hrubování a obrábění načisto kladou velmi odlišné požadavky na používaná obráběcí centra. Proto se pro tento účel často využívají samostatné stroje. Toto se však děje na úkor flexibility a rovněž to zvyšuje náklady na investice a potřebnou plochu. Kromě toho stoupají vnitropodnikové náklady v důsledku procesů přepravy a přepínání. Jako alternativa se nyní prezentuje nově vyvinuté obráběcí centrum s extrémně tuhými osami a vysoce přesnými a zároveň dynamickými lineárními přímými pohony jako univerzálně použitelný a přesný tahoun výroby. O své zkušenosti s používáním nového modelu stroje RXU1200 od firmy Roeders se podělil pan Horst Klein.

„Naším prvořadým cílem při pořizování nového 3osého obráběcího centra Röders RXU 1200 bylo snížení průběžných časů u kovacích zápustek,“ říká Horst Klein, jednatel společnosti CNC-Dienstleisters Horst Klein ve Velbertu. Se 14 spolupracovníky vyrábí podnik nástroje pro mnohé kovárny, lisovny, zpracovatele umělých hmot a slévárny v regionu. Pro tyto zákazníky, kteří dodávají převážně pro automobilní průmysl, jsou běžné minimální výrobní časy při realizaci nových nástrojů, právě tak jako při jejich opravách. Adekvátně vysoký tlak na krátké termíny je vyvíjen i na Horsta Kleina.

Ne méně velký důraz je kladen na minimalizaci nákladů, takže při volbě pořizovaného stroje je třeba dávat pozor také na maximální hospodárnost. Nedostatkovým zbožím byly obzvláště kovací zápustky v rozsahu rozměrů 500 x 600 x 350 mm. Jejich obrábění se dosud provádělo na dvou strojích: hrubovány byly na robustním, moderním obráběcím centru, které používá frézy o průměrech až do 66 mm s výměnnými destičkami. Pro hrubší obrábění před dokončováním a pro dokončovací obrábění se pak s ohledem na požadovanou přesnost a kvalitu obráběného povrchu použil vysokorychlostní frézovací stroj Röders RP 800 s kulovými frézami v rozsahu průměrů od 3 do 6 mm.

Dalším důvodem pro použití HSC technologie je vysoká dynamika při obrábění ploch libovolného tvaru, potřebná z ekonomických důvodů. Celkový součet obráběcích časů byl zhruba 31,5 hodiny na polovinu kovací zápustky, a přitom téměř nezáviselo na tom, zda se tyto musely vyrobit kompletně nové, nebo zda se musely upravovat opotřebené nástroje. Kvůli dlouhým časům potřebným pro upnutí obrobku na stůl strojů bylo možno při jednosměnném provozu v jednom týdnu vyrobit tři až čtyři poloviny zápustky, i když se dbalo na to, aby bezobslužné směny byly pracovními procesy optimálně obsazeny. S ohledem na požadavky zákazníků byla zejména nevýhoda v tom, že dlouhé průběžné časy ve výrobě téměř znemožnily vyrobit v nouzových případech během co nejkratší doby náhradní nástroj. Vzhledem k této kritické situaci bylo koncem roku 2011 zakoupeno 3osé obráběcí centrum nového typu od výrobce Röders, které bylo uvedeno do provozu v únoru 2012.

„Speciální koncepce RXU se zakládá na kombinaci dynamiky a přesnosti osvědčené HSC techniky od firmy Röders s extrémně tuhou konstrukcí portálu,“ doplňuje H. Klein. Nápadnou charakteristikou je masivní osa Z, dimenzovaná podle koncepce kvadratického vedení, která má pravoúhlý průřez a ve všech čtyřech rozích je osazena vodicími lištami.

Celkem osm vodicích vozíků ve čtvercovém uspořádání se stará o optimální přenos síly na osu Y, která je z její strany přes osm vodicích vozíků napojena pomocí velkých kontaktních ploch na extrémně masivní podstavec stroje. Trojnásobně vyšší tuhost osy Z oproti dosavadním provedením proto umožňuje zvýšení použitelných řezných sil. Podle toho je robustně provedeno také vřeteno: má výkon 51 kW, pro dokončovací obrábění dosahuje patřičně vysoké otáčky 30 000 min-1 a disponuje upínacím rozhraním HSK F63.

Ve všech ostatních atributech splňuje stroj standardní, vysoce přesnou technologii od firmy Röders. Všechny osy jsou vybaveny výkonově silnými, lineárními přímými pohony a optickými snímači s vysokou schopností rozlišení, a všechny důležité komponenty stroje jsou tepelně stabilizovány vnitřními chladicími okruhy. Také délkové dilatace vřetena ovlivněné změnami teploty jsou evidovány pomocí snímače a kompenzovány přes řídicí systém.

„Již při prvních zkouškách se ukázalo, že pomocí RXU 1200 může být požadovaný tvar i přes menší použitý průměr řezného nástroje opracován prakticky stejně rychle jako na dosavadním obráběcím centru,“ oznamuje H. Klein. Oba stroje potřebují pro hrubování tvaru typických polovin kovací zápustky, například z oceli pro práci zatepla 1.2714 zakalené na 48 HRC, okolo tří hodin. Přitom stroj Röders i přes takovéto těžké silové obrábění nevykazuje v žádném případě známky přetížení, naopak běží obdivuhodně klidně. Vysoké namáhání nemá účinky na životnost, protože díky lineárním, přímým pohonům nejsou v pracovní oblasti na rozdíl od kuličkových šroubů žádné komponenty, které podléhají opotřebení. Přirozeně musí frézovací vřeteno zachycovat vysoké síly, vždyť je konečně pro toto také dimenzováno.

Svou plnou výkonnost ukazuje RXU zejména při následujících krocích pracovního procesu hrubování – odebírání zbytkového materiálu, obrábění před vlastním dokončováním a konečném obrábění načisto. Zde umožňuje vysoká tuhost tohoto stroje snížení obráběcích časů prakticky na polovinu. Časy registrované firmou H. Klein při různých konfiguracích zařízení znázorňuje diagram. Překvapivě přitom nehraje stav tepelného zpracování, to znamená tvrdost obrobku, téměř žádnou roli.

„Pro nás je přitom rozhodující, že díky nyní dosažitelným obráběcím časům menším než 24 hodin můžeme plně využívat zdvojenou směnu,“ informuje H. Klein. Protože se pracuje na jednu směnu, znamená to podstatné zvýšení kapacity. Místo 3 až 4 polovin kovací zápustky lze v současné době za týden obrobit sedm kusů.

Výhody přitom nevycházejí najevo pouze v souvislosti s čistými obráběcí časy, nýbrž také i s ohledem na vnitropodnikovou logistiku a rovněž s ohledem na vedlejší časy. Pomocí RXU je možné obrobit dílec od surového odlitku až po načisto obrobenou polovinu kovací zápustky na jedno upnutí. Toto ušetří přepínání z jednoho stroje na druhý, vždy s nevyhnutelnými prostoji. Přípravné časy se minimalizují také tím, že se obrobky upínají na magnety a poloha, jakož i orientace se následně proměří a uloží prostřednictvím 3D sondy a zohlední se v NC programu. Obrobek je potřeba upnout na magnetický stůl i bez přesného seřizování, zavřít dveře a zařízení už může dále obrábět. Na velký stůl o rozměrech 1 300 x 1 100 mm a dvě magnetické upínací desky lze umístit dva obrobky s typickými rozměry. Při adekvátně k tomu osazenému zásobníku nástrojů potom stroj přes víkend vyrobí ze dvou surových odlitků dvě kompletně, načisto obrobené poloviny kovacích zápustek. Díky dobré přístupnosti může být pomocí jeřábu vyměněn např. jen zadní z obou obrobků, zatímco přední obrobek zůstává stále upnutý. Je to důležitý detail, aby na stroji mohl být pro bezobslužnou směnu vždy dostatek práce.

„Stejně tak jako samotný stroj byla pro nás rozhodující také disponibilita hrubovacích nástrojů, které se mohou používat při bezobslužném provozu,“ prozrazuje Horst Klein. Po pokusech s různými produkty padlo rozhodnutí na nožové hlavy osazené řeznými plátky od Aura Frästechnik o průměrech 35, eventuálně 16 mm, které jsou určeny speciálně pro HSC použití a k tomuto účelu vysoce přesně vyváženy. Tyto pak mohly být zcela bezpečně použity při bezobslužném provozu. Jediné omezení je v tom, že se nástroj po třech hodinách obrábění vymění za sesterský nástroj, což se uskuteční automaticky prostřednictvím správy nástrojů řídicího systému stroje. Na tomto výsledku, jak říká H. Klein, má stroj ostatně velký podíl, protože svou tuhostí a klidným chodem působí neobyčejně pozitivně na namáhání frézy. Oproti tomu nebylo možné praktikovat bezobslužný provoz s frézovacími hlavami na doposud používaném obráběcím centru, protože mohlo kdykoliv dojít díky vysokým silám k nečekanému vylomení plátku. Na tomto stroji je možné slyšet, jak se zvuk nástroje mnohdy již po třiceti minutách provozu postupně stává stále hlasitější, což signalizuje jeho brzkou výměnu. Také u monolitních tvrdokovových kulových fréz pro HSC frézování, použitých pro obrábění načisto, se získaly velmi dobré zkušenosti.

„Jako bonus navíc, který nás velmi potěšil, můžeme konstatovat, že přesnost obrábění se zpravidla pohybuje v oblasti několika mikronů,“ doplňuje H. Klein. Pouze v několika oblastech tvaru, kde je nástroj kvůli strmě padajícím stěnám odtlačován, jsou naměřeny o něco větší tolerance, ale ty by se v případě potřeby mohly redukovat změnou parametrů při obrábění. Další výhodou přesnosti zařízení je velmi vysoká kvalita obráběných povrchových ploch.

Obráběcí centra RXU 1000 a 1200 byla koncipována speciálně s ohledem na vysoký řezný výkon a  přesnost při výrobě forem a nástrojů a umožňují HSC obrábění všech běžných materiálů používaných při výrobě forem velmi vysokými řeznými silami a zároveň s vysokou přesností. Zvláštností RXU-série je koncepce kvadratického vedení osy Z. Toto má čtvercový průřez a ve všech čtyřech rozích je opatřeno vodicími kolejnicemi. Dohromady osm vozíků v  kvadratickém uspořádání se stará o vysokou tuhost. Také Y-ové saně jsou dimenzovány extrémně robustně a právě prostřednictvím osmi vodicích vozíků napojených přes velkou kontaktní plochu na mimořádně masivní lože stroje. Ve srovnání s konvenčním provedením os se dvěma kolejnicemi vykazuje frézovací osa díky tomuto uspořádání trojnásobnou tuhost. Adekvátně výkonné je také vektorově řízené frézovací vřeteno, které má v  provozu S1 výkon 40 kW, dosahuje 30 000 min^-1 a disponuje upínáním HSK F63.

Zvláštní důraz byl kladen také na maximální přesnost: Samonosně koncipované lože stroje pro tříbodové ustavení je imunní proti deformaci. Osa Z  disponuje bezkontaktní vakuovou kompenzací hmotnosti. O nejvyšší dynamiku a tuhost ve všech osách se starají lineární přímé pohony. Vypilovaná správa teploty, vysoce přesná kompenzace délkové dilatace vřetena, jakož i pomocné prostředky pro čistění a měření nástrojů jsou společně s vyspělou řídcí a regulační technikou zárukou mimořádné přesnosti a rychlosti obrábění. Přesnost konstrukční řady RXU je tak vysoká, že je díky tomu umožněno také obrábění prostřednictvím souřadnicového broušení. Oba tyto stroje se nabízejí také jako pětiosé stroje se zabudovaným otočným a naklápěcím stolem.

V  základním, tříosém provedení disponuje RXU 1000 pracovním stolem o  ploše 996 x 798 mm (RXU 1200: 1 300 x 1 100 mm) a maximálním zatížením stolu 2 000 kg.

Klaus Vollrath

Stroje JMK

IMT 2012, Pavilon P/Stánek 046
Mgr. Jiří Macháček
info@strojejmk.cz
www.strojejmk.cz