Multifunkční bruska aneb tři v jednom pro Koreu

Šancí, jak se udržet na trhu, je zdůraznění kvality a zákaznického řešení, postaveného na komplexním pojetí vlastní technologie, v našem případě zejména broušení. Zde je šance pro firmy s dlouhou tradicí a zkušenými pracovníky jak v oblasti řemeslné výroby, tak především vývojových zkušeností v daném oboru.

Všechny znalosti totiž nelze sešněrovat jen do technických výkresů a tabulek. To pravé „know-how“ je v lidech samotných. Pouze tam, kde si tuto skutečnost uvědomují, se může podařit udržet kolektivy pracovníků, které dokážou tyto dodávky vyvinout a realizovat. Navíc všechna takováto řešení posouvají úroveň obráběcích strojů dál. V současné době například směrem k naplnění vize Industry 4.0.

Jedním z příkladů takového vývojového pracoviště je konstrukční skupina firmy SUB-TOS Čelákovice, která je v současné době závodem 08 společnosti Slovácké strojírny Uherský Brod. Pracovníci, kteří se na vývoji zdejších strojů podílejí, vycházejí z dlouhodobých zkušeností dřívějšího CETOS, TOS Čelákovice a následně TOS. Tradice i úroveň dlouhodobých technických zkušeností a znalostí dnešní závod 08 SUB-TOS opravňovaly v roce 2014 k účasti v tendru na dodání brousicího stroje pro korejského zákazníka z oblasti jaderné energetiky.

Součástí dodávky měly být technologické postupy pro opracování 25 typů válcovacích trnů. Trny délky 500 až 800 mm byly definovány tabulkou bodů, které tvoří profil trnu s průměry mezi 7 až 40 mm. Požadavky zákazníka na přesnost nebyly malé. Trny měly být opracovány v přesnosti ± 0,013 mm, s drsností na povrchu trnu Rz < 1 µm.

Součástí výběrového řízení bylo prokázání schopnosti obrobení určeného počtu trnů v požadovaných přesnostech ještě před podepsáním kontraktu. Z dnešního pohledu vypadají úvodní zkoušky a výsledky broušení možná neohrabaně, nicméně bylo nutné touto cestou projít a přesvědčit korejského zákazníka o potřebných dovednostech a výsledcích. I pro něj se jednalo o důležitý krok zavedení nové technologie výroby trubek v jaderné energetice, která je mimo jiné postavena na zvládnutí výroby válcovacích trnů různých velikostí.

Provizorní podmínky zkoušek, jako byla ruční opěrka či ruční měření profilů mikrometrem, již na posledním dodaném stroji nenalezneme. Důležitý však byl výsledek. Korejští technici si tehdy zaslané trny proměřili ve své laboratoři a naměřené hodnoty je natolik zaujaly, že v pětičlenné skupině i s vedoucím výroby, panem Park Ki Bum, vyrazili do Čelákovic. Během prezentace ve zdejším výrobním závodě byly korejské straně předvedeny jednotlivé postupy, bylo domluveno, které operace budou zautomatizovány, a další. Nic pak nebránilo v podepsání kontraktu na dodání prvního stroje do Koreje.

V průběhu předávání stroje bylo zjištěno, že je součástí výzkumného úkolu korejského zákazníka. Cílem bylo nahradit tehdejšího dodavatele trnů, americkou firmu Westinghouse, a stát se v této oblasti soběstačnými.

Nová bruska stála na samém konci řetězce operací s úkolem dosáhnout vysoké přesnosti profilu a vysoké kvality povrchu. Měli jsme možnost prohlédnout si válcovací stolice, které vyrábějí bezešvé trubky a pro které jsou trny nástrojem. Tlak na parametry dosahované na dodané brusce se postupně zvyšoval. Korejská strana přidala další požadavky. Byla to především životnost trnu ve válcovací stolici měřená celkovou délkou trubek, které jsou vyrobeny pomocí jednoho trnu. Z počátku jsme se pohybovali ve zlomcích vzdáleností, které byly vyrobeny s americkými trny. Díky spolupráci s korejskou stranou se podařilo kvalitu opracovaných trnů ještě posunout, a přiblížit se tak americkému vzoru představovaného firmou Westinghouse.

Dalším kritériem, na které kladl korejský zákazník důraz, byla doba obrobení jednoho trnu. Abychom byli schopni dosáhnout vysoké přesnosti profilu, bylo nutné trny v průběhu obrábění měřit na externím zařízení. Vyjmutí trnu ze stroje a jeho opětovné vkládání po proměření samozřejmě délku opracování prodlužovalo. V té době vznikla myšlenka vytvořit stroj, který by byl schopen současně brousit a měřit. Tím by došlo k výraznému zkrácení času opracování. Následně vznikla myšlenka takový stroj vybavit též lešticí jednotkou, díky které by bylo možné dosáhnout ještě lepší kvality povrchu – Rz < 0,7 µm.

Přibližně dva roky od dodání prvního stroje jsme začali připravovat podklady pro řešení jeho druhé generace. Základem se stalo provedení MULTI, které je vybaveno otočnou brousicí jednotkou. Tato varianta byla vyvinuta po roce 2000 a od té doby je postupně zdokonalována. Jednotka je poháněna prstencovým motorem. Díky propracovanému SW je umožněno natáčet jednotlivé nástroje s velkou rychlostí do pracovního prostoru a přesně korigovat jejich polohu vůči obrobku. Řešení nového stroje bylo tedy možno opřít o dlouholeté zkušenosti v této oblasti ověřené u takových firem, jako je Engel či Krauss Maffei. Standardní provedení brousicí jednotky se dvěma až třemi brousicími kotouči bylo nahrazeno jednotkou s jedním brousicím kotoučem, lešticí jednotkou a přesným měřidlem.

Rozhodnutí o dodávce druhého stroje opět předcházelo období zkoušek a testů. Bylo třeba vyhledat optimální lešticí jednotku, pomocí které by bylo možné dosáhnout požadované drsnosti povrchu trnů. Jako nejvhodnější se ukázala lešticí jednotka vybavená regulací rychlosti posuvu pásu a regulací rychlosti oscilace. Je tak umožněno měnit podmínky leštění. Byla vytvořena optimální technologie pro leštění trnů, včetně lešticích cyklů s několika fázemi a s možností změny podmínek „on-line“. Na závěr testů nám korejská strana zaslala obroušené trny, které měla proměřené ve své laboratoři. Naším úkolem bylo trny vyleštit, dosáhnout drsnosti Rz menší než 0,7 µm při minimálním úběru materiálu z povrchu. Dosažené výsledky Korejce uspokojily. Tím byl učiněn jeden z kroků na cestě k multifunkčnímu obráběcímu a měřicímu stroji.

Dalším krokem bylo přesné měření. Požadavek korejské strany byl v tomto směru též jednoznačný. Měřidlo musí být schopno měřit s přesností ± 1 µm, přičemž se jedná o měření profilu, tedy měřený průměr je závislý na vzdálenosti měřidla od základny v podélné ose. Úkolem tedy nebylo pouze vlastní měření průměru, ale též bylo nutné vyřešit přesné umístění obráběného trnu v souřadném systému X/Z měřidla.

Při hledání optimálního řešení jsme postupně jednali se zástupci řady renomovaných výrobců (Marposs, Mitutoyo, Keyence, Amest). Nakonec bylo zvoleno integrované měření přímo do stroje, které dokáže spojit principy měření, vlastní konstrukci stroje, jeho obsluhu a řízení, včetně zobrazení sledovaných parametrů.
Splnění zadaných požadavků je potvrzeno certifikátem Českého metrologického institutu.

Určitých odlišností oproti prvnímu stroji doznala i oblast broušení. Ty byly způsobeny mimo jiné zařazením jednotek leštění a měření na brousicí stroj. Nedílnou součástí technologie broušení tenkých dílců je totiž nutnost podepírat tyto dílce dvoučelistními opěrkami, a tím zabraňovat jejich prohnutí pod tlakem brousicího kotouče. Opěrka, která průchodu brousicího kotouče nevadí, by však mohla kolidovat s lešticím pásem, který obepíná trn daleko těsněji, a navíc by mohla kolidovat i s měřidlem. Pro leštění a měření je tedy nutno s čelistmi opěrek odjet do bezpečných vzdáleností. Proto byly oproti prvnímu stroji zvětšeny zdvihy čelistí, a tím umožněno oddálit čelisti opěrek od trnu při operacích leštění a měření.

Zcela zásadní změna však nastala v oblasti odladění komplexního pracovního cyklu stroje jako celku, který zohledňuje specifika dílčích řešení a směřuje k dosažení požadovaného výsledku jako celku. Výsledek je podmíněn pochopením a podchycením všech souvislostí a jejich realizace v praktickém výsledku. Tuto klíčovou část prováděl Ing. Milan Maixner, který zabezpečoval řízení stroje jako celku, ve spolupráci se zkušebním technikem panem Miloslavem Lehovcem, technikem broušení.
Řízení celého stroje bylo svěřeno řídicímu systému Siemens Sinumerik 840D sl s pohony Sinamics pro regulaci celkem 11 os. Software umožňuje nejen ovládat jednotlivé popsané prvky, ale umožňuje skládat je do celků a zajišťuje jejich vzájemnou spolupráci. Stroj je možné naprogramovat do plně automatizovaného provozu. Systém zpracovává naměřené hodnoty a na jejich základě určuje postup korekcí. Obsluha má možnost zvolit různé strategie korigování tvaru. Tyto strategie se mohou lišit v závislosti na aktuálně prováděné fázi broušení. K dispozici je též možnost on-line korekce profilu v průběhu broušení.

Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Testy, prováděné na stroji a desítky obrobených trnů potvrzují, že tvůrci stroje nejen splnili požadované parametry korejského zákazníka, ale především se v přesnosti profilu, kvalitě povrchu a výkonu stroje vyrovnali americkému výrobci trnů, firmě Westinghouse.

TOS Čelákovice

Ing. Milan Maixner, Ing. Ladislav Prokopec

www.sub.cz