Témata
Reklama

Multifunkční obráběcí centra

Tento typ obráběcích center patří do bouřlivě se rozvíjející skupiny CNC obráběcích strojů. Představuje typ obráběcího stroje, který reflektuje rostoucí požadavky uživatelů na obrobení součásti při jednom upnutí. Ve své podstatě jde o CNC stroje sdružující dvě základní operace třískového obrábění, a sice soustružení a frézování, do jednoho stroje. Kromě tohoto atributu mají tyto stroje i jiné vlastnosti, které budeme dále diskutovat.

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).

Charakteristika a rozdělení

Podobně jako v nedávné technické minulosti, tak i dnes je trend sdružovat různé operace třískového obrábění na jednom stroji s cílem:

  • docílit větší přesnosti obrábění – obrábí se co nejvíce operací na jedno upnutí;
  • zajistit komplexní opracování obrobku bez přepínání na jiný stroj z důvodů minimalizace ztrátových časů;
  • zkrátit čas obrábění a zvýšit jakost opracování;
  • co nejméně zaplatit za další, mnohdy zbytečně nakupované stroje.

Dalo by se říci, že na shora uvedené požadavky postačí stroj typu obráběcí centrum. Pro obráběcí centra je charakteristické, že jedna ze dvou základních operací třískového obrábění je dominantní. Tedy např. soustružení je dominantní a frézování doplňkové, anebo naopak. Pak jsou tato obráběcí centra používána převážně pro obrábění nerotačních obrobků, anebo převážně pro obrábění rotačních obrobků. Pro multifunkční obráběcí centra je charakteristické, že ani jedna ze dvou základních operací třískového obrábění není z hlediska přenášení výkonu dominantní. Dnešním trendem je tyto rozdíly instalovaných výkonů pro různé operace třískového obrábění (frézování a soustružení) přibližovat. Kromě toho dalším trendem je, že stroje mají velkou kinematickou adaptabilnost v obrobku a nástroji – tzn. že jsou vybavovány různými hlavami, kyvnými a posuvnými stoly. Ve své morfologii mají multifunkční obráběcí centra stejný stavební rys jako obráběcí centra.

Reklama
Reklama
Komplikovanost současných obrobků (Alzmetall)

Vymezení pojmu multifunkční obráběcí centrum

Pokud chceme hovořit o obráběcím centru, musí tento stroj umožňovat různé třískové operace (např. vrtání, frézování, soustružení, broušení), mít automatickou výměnu nástrojů a v neposlední řadě pracovat v automatickém cyklu. K těmto třem základním atributům přistupuje i automatická výměna obrobků, prvky diagnostiky a měření, případně vybavení prvky inteligence. Multifunkční obráběcí centra jsou konstrukčně odvozena z CNC soustružnických anebo frézovacích obráběcích center.

Výroba strojů řady MCSY (Kovosvit MAS)Multifunkčním obráběcím centrem rozumíme CNC obráběcí stroj, který má:
  • vlastnosti obráběcího centra;
  • navíc přidanou hodnotou spočívající v tom, že různé druhy třískového obrábění mají oproti obráběcímu centru pro různé operace třískového obrábění přiblížené velikosti instalovaných výkonů (zejména pak krouticího momentu);
  • velkou kinematickou adaptabilnost v obrobku a nástroji;
  • výrobcem umožněno v co největší možné míře obrábět různé tvary obrobků na jedno upnutí a na jednom stroji (např. soustružení a frézování skříní, smykadel), což přináší nejenom časovou, ale i strojovou a lidskou úsporu výrobních kapacit.

Pohybová a nosná soustava strojů řady GMS (Goodway)
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Vzhledem k tomu, že soustružnické nože jsou pomocí držáků upínány do výměnných anebo pevných hlav pro rotační nástroje, je nutné zajistit polohu břitu vůči obrobku. To může být realizováno různým způsobem, např. Hirthovými věnci anebo elektronickou vazbou. U některých výrobců je možné pozorovat konstrukce, které jsou napůl mezi obráběcími centry a multifunkčními obráběcími centry. Do jejich pohybových os je vložen soustružnický stůl (frézovací stroje) anebo frézovací vřeteno (soustružnické stroje), ale technicky využitelné instalované parametry (výkon, moment) jsou výrazněji rozdílné. Takovéto stroje nazýváme semimultifunkční obráběcí centra.

Pohyblivý stojan multifunkčního stroje řady Multicut (Kovosvit MAS)

Pokud jsou obráběny větší součásti v sériové produkci, často se vyskytují problémy. Větší součásti (cca nad pět tun hmotnosti), zejména pak součásti použité ve stavbě letadel a kosmických lodí, vyžadují nové obráběcí technologie. S tím logicky souvisí i požadavek na vysokou pružnost a zejména pak komplexní soustružnicko-frézovací operace, kdy jsou sloučeny obě operace do jednoho stroje s cílem obrobit přesně v co nejkratším čase a na jedno upnutí. Z těchto důvodů byly vyvinuty také stroje umožňující obrábět z pěti stran. Technologie obrábění, kterou poskytují multifunkční stroje, je často výrobci označována jako multitasking. Multitasking je jedna z technologií, která se nedávno začala ve zpracovatelském průmyslu masově zavádět. Používání 3D modelovacích nástrojů umožňuje konstruktérům v předvýrobních etapách navrhovat velmi složité dílce rotačně prizmatických tvarů, které je výhodné na tomto typu strojů obrábět. A tak je možné pozorovat, že obrobky rotačních tvarů mají na svém obvodu řadu komplikovaných rovinných tvarů a naopak.

Výsuvný vřeteník multifunkčního stroje NTX 2000 (DMG Mori)

Historie multifunkčních obráběcích center v ČR

Historie těchto strojů úzce souvisí se státním úkolem zahájeným v roce 1973. Jeho název byl Vývoj obráběcích strojů 3. vývojového stupně. V Kovosvitu Sezimovo Ústí se měla uskutečnit výroba jednoho prototypu hřídelového stroje a jednoho prototypu stroje v univerzálním provedení. V roce 1974 a 1975 probíhal vývoj. Současně se vedlo jednání o nasazení strojů do pružných výrobních systémů (PVS). V Kovosvitu byla zpracována studie v několika variantách na realizaci tohoto úkolu. Ze studie byla vybrána varianta tvořená trojicí strojů propojených manipulátorem. Ukázalo se však, že tento způsob výroby a přenosu součásti má řadu úskalí, že bude těžké jej uvést do provozu a že nebude řešením pro opakovanou výrobu. Na jedné z podnikových konferencí v r. 1977 Ladislav Borkovec tehdejšímu technickému náměstkovi na kus papíru načrtl myšlenku odlišného řešení stroje podle svých představ. Náměstek to tehdy komentoval slovy, že je to neuskutečnitelné, že má velkou fantazii. Přesto o tomto novém způsobu řešení stroje pan Borkovec dále přemýšlel.

Po mnoha peripetiích a úskalích, které musel Ladislav Borkovec překonat, bylo obráběcí centrum MCSY 80A představeno v roce 1983 na výstavě EMO v Paříži, kde toto nové řešení zaujalo pozornost návštěvníků. Stroj umožňoval sestavení několika variant. Po vyrobení 45 strojů MCSY byla výroba zastavena z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky. Přestože Kovosvit MAS předběhl vývoj té doby, ale nedokázal jej dotáhnout do konce, stal se alespoň inspirací pro cizí firmy. Špičkoví světoví výrobci ve vývoji pokračovali a nyní prezentují takovéto stroje jako novou cestu k metodám obrábění jednadvacátého století.

Pohybová soustava multifunkčního stroje s pevným stojanem Integrex e Ramtec V (Mazak)Po pětadvaceti letech se Kovosvit MAS vrátil k myšlence vzniku stoje MCSY a na podkladě nových možností a prvků sestrojil multifunkční obráběcí centrum řady Multicut. František Komárek, tehdejší majitel a předseda představenstva firmy Kovosvit MAS, ocenil v roce 2013 Ladislava Borkovce diplomem, čímž zvýraznil zásluhy tohoto konstrukčního vizionáře. Z výše uvedeného je čtenáři jistě patrné, jak složitá a trnitá cesta vedla k realizaci strojů řady MCSY, které lze právem pokládat za předchůdce multifunkčních obráběcích center vyvinutých ze soustružnických obráběcích center. Jednalo se zejména o osobní oběti, nezlomnou vůli a přesvědčení Ladislava Borkovce o správnosti jeho řešení.

Pohybová soustava multifunkčního stroje F-MT s pohyblivým stojanem (Soraluce)

Soustružnická multifunkční obráběcí centra

Pro stroje tohoto typu je charakteristické šikmé lože jako u soustružnických obráběcích center, na kterém jsou většinou dvě protilehlá vřetena a nástrojové revolverové hlavy. Navíc je pro tento multifunkční soustružnický stroj typická souvisle naklápěcí, tzv. B hlava (rotace kolem osy Y). Souvisle naklápěná hlava (osa B) umožňuje soustružnický nebo rotační nástroj nastavit do požadovaného úhlu.

Dalším konstrukčním řešením u soustružnických multifunkčních obráběcích center je, že nástroj vykonává lineární pohyb ve třech osách vůči většinou dvěma protilehlým vřetenům a spodní nástrojové revolverové hlavě. Navíc také pro tento multifunkční soustružnický stroj je typická naklápěcí, tzv. B hlava (rotace kolem osy Y) a souvisle naklápěná hlava (osa B), která umožňuje soustružnický nebo rotační nástroj nastavit do požadovaného úhlu. Někteří výrobci ji dělají polohovatelnou pomocí Hirthova ozubení. Místo pomocného vřetena může být proti hlavnímu vřetenu situován koník. Existují dvě základní provedení tohoto typu multifunkčních obráběcích center. Jejich hlavní konstrukční odlišnost spočívá ve výsuvu vřeteníku nesoucího rotační anebo soustružnický nástroj. Buď je vřeteník posouván s celým stojanem, anebo je vysouváno pouze smykadlo nesoucí tento vřeteník a stroj má většinou box in box konstrukci.

Multifunkční obráběcí centrum FRU FQ oceněné cenou za design Red Dot Award 2017 (TOS Kuřim, Tvarůžek). (Foto: Šlapal)

Vřeteno nesoucí rotační anebo soustružnický nástroj je naháněno pomocí vestavěného torzního motoru stejně jako levý a případně pravý obrobkový vřeteník. Vřeteník je možné natáčet plynule (Direct Drive Motor), anebo polohovat a indexovat pomocí Hirthova věnce. Vzhledem k tomu, že u těchto strojů je deklarováno v mnoha případech obrobení na jedno upnutí, musí být tento stroj důkladně ošetřen z hlediska teplotních vlivů, a proto jsou jednotlivé hlavní konstrukční celky vydatně chlazeny a temperovány. Náhon jednotlivých lineárních os je realizován pomocí kuličkových šroubů buď pro konstrukční uspořádání box in box, anebo pouze jedním motorem se šroubem (obr. 6). Polohy jsou určovány přímým odměřováním pomocí lineárních odměřovacích pravítek.

Multifunkční obráběcí centrum Vertiram 2000 GT (Pama)

Některá provedení strojů tohoto typu mohou mít ve svislé ose zdvojeny náhony zdvihající nástrojové vřeteno, aniž je použita konstrukce box in box. Zásobník nástrojů je realizován ve velké rozmanitosti. Může být diskový, řetězový nebo speciálního provedení pro dlouhé vyvrtávací tyče.

Frézovací multifunkční obráběcí centra

Stroj řady Integrex eV s pevným stojanem s možností různých provedení. Buď je v pracovním prostoru polohován pouze vřeteník pro rotační nebo soustružnický nástroj, nebo je zde vedle umístěno i výsuvné smykadlo s vestavěným náhonem rotačních nástrojů. Smykadlo je použito v případech, kde nelze použít pro soustružení soustružnický nůž upnutý v B hlavě. Jedná se zejména o vysoké obrobky s menším průměrem. Integrace obráběcích operací (soustružení a frézování) je možná i na strojích s pohyblivým stojanem F-MT, které svojí konstrukcí připomínají horizontální vyvrtávací stroje. Stroj má tři lineární pohyby v nástroji (X, Y, Z). Na výsuvném vřeteníku je situována diagonální hlava – buď napevno, nebo výměnná.

Portálové multifunkční obráběcí centrum Vertiram 2000 GT typu horní gantry je tvořeno dvěma pevnými bočními stojany, na nichž je připevněno valivé profilové vedení, které vede příčník. Na příčníku se pohybují saně nesoucí vřeteník smykadlového typu. Všechny tyto základní komponenty nosné soustavy jsou zhotoveny ze šedé litiny. Multifunkčnost stroje je tvořena tím, že v pracovním prostoru jsou dva soustružnické stoly s C osou. Stroj je možné vybavit také paletizací.

Spodní gantry multifunkčního obráběcího centra FRU FQ má hlavní díly nosné soustavy zhotoveny z bohatě žebrovaných odlitků ze šedé litiny. Stojany se pohybují pomocí pastorku a hřebenů. Vodicí plochy mohou být valivé anebo hydrostatické. Po vodicích plochách stojanů se pohybuje příčník pomocí rotačního kuličkového šroubu. Jeho váha je vyvažována dvěma hydraulickými válci. Soustružnický stůl je situován v přední části stroje, v zadní části je potom deskový upínací stůl.

Závěr

Je nad rámec tohoto příspěvku stručně vystihnout všechna rozmanitá konstrukční řešení výrobců obráběcích strojů. Nicméně tyto stroje mají před sebou ještě bouřlivý rozvoj. Jedno je však jisté: trend a směry bude určovat jenom a jenom uživatel (zákazník). Z těchto důvodů by tedy měli všichni výrobci bez výjimky naslouchat jejich hlasu.

Prof. Dr. Ing. Jiří Marek

marek@fme.vutbr.cz

http://www.uvssr.fme.vutbr.cz/

Reklama
Související články
Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Související články
Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vytvořit si náskok v těžkých podmínkách

Společnost F. Zimmermann vyvíjí kompaktní, výkonnou a cenově výhodnou portálovou frézku, pomocí níž mohou uživatelé velmi flexibilně obrábět hliník i vysoce pevnou ocel.

Virtuální stroj pomáhá vyhnout se poškození

Kolize během obrábění jsou vždy nákladnou záležitosti. Tím, jak se výroba vybavuje stále vyšší úrovní automatizace a s rozšiřováním aplikací internetu věcí (IIoT) nabývá prevence chyb na složitosti i časové náročnosti. Japonský výrobce CNC strojů Okuma , který si jako jediný na světě vyrábí veškeré klíčové komponenty obráběcích strojů sám, vyvinul digitální řešení, které slouží k přípravě, simulaci a otestování celého procesu obrábění před jeho zahájením. Během vlastního obrábění provádí systém Collision Avoidance Systém (CAS) velmi přesnou virtuální simulaci s předstihem v řádu milisekund před vlastním řezáním. Jakékoli kolize, které by mohly nastat, jsou tak zablokovány předtím, než mohou způsobit vážná poškození - šetříc čas a peníze provozovatele stroje.

Stroj na středění klikových hřídelí

Je všeobecně známo, že kliková hřídel je jednou z nejkritičtějších součástek motoru s vnitřním spalováním a jedním z nejsložitějších a nejkomplexnějších dílů z hlediska obrábění. Potřeba přesného vyvážení klikové hřídele, která je rozhodujícím faktorem pro celkovou účinnost motoru, se stala ještě důležitější, jelikož výrobci automobilů usilují o snižování emisí CO2 prostřednictvím lepšího výkonu motoru a strategií spočívajících v odlehčování. Díky různým vylepšením, kterých se v průběhu let dosáhlo v procesech kování a odlévání, už mají neopracované komponenty klikové hřídele téměř požadovaný tvar s mnohem menším množstvím přebývajícího materiálu. To znamená, že na konečné klikové hřídeli je třeba obrábět méně částí. Přináší to s sebou také zvýšenou potřebu přesného vyvážení se zmenšenou velikostí protizávaží, které se při vytváření těžiště často provádí.

Obsluha obráběcího stroje kolaborativním robotem

Společnost CNC Trčka, výrobce strojních součástí na zakázku, zvýšila produktivitu práce díky automatizaci obsluhy CNC obráběcího stroje využívající kolaborativní robot UR5. Do budoucna firma počítá s nasazením těchto robotů i na další CNC stroje. Robot UR5 dodala společnost EPO Machinery, partner Universal Robots v České republice.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Automatická optimalizace posuvů a pohonů obráběcích strojů

Před více než rokem uvedla společnost Siemens do prodeje nový, podstatně funkčně vylepšený software 4.7 pro NC řídicí systémy Sinumerik 840D sl a 828D. Na nové funkce softwaru, které výrazně vylepšují vlastnosti řídicího systému Sinumerik v oblasti programování a obsluhy, jsme se soustředili v článku ve vydání č. 1,2/2017 (viz. www.mmspekturm.com/170148). V tomto příspěvku se budeme věnovat detailněji výrazné změně softwaru 4.7 v oblasti seřizování a optimalizace posuvů a hlavních pohonů.

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.

Inovativní CNC řešení pro náročné uživatele

Jedenácti exponáty a ústředním tématem Průmysl 4.0 podtrhuje DMG Mori svou roli předního inovátora na veletrhu Intertool ve Vídni, který právě nyní od 10. do 13. května probíhá. V expozici na ploše 300 m2 tento přední světový výrobce obráběcích strojů představuje své odpovědi na výrobní a technické výzvy uživatelů budoucnosti.

Robotické obrábění střešních nosičů

V tak vysoce konkurenčním prostředí, jakým automobilový průmysl včetně jeho dodavatelů bezpochyby je, se musejí všechny firmy neustále snažit přicházet s inovativními řešeními, aby získaly potřebnou konkurenční výhodu. Velmi často to znamená krok směrem k automatizaci, jak ukazuje i případ liberecké společnosti ACL Automotive, která se rozhodla využít roboty Stäubli pro obrábění hliníkových profilů.

Automatizace obsluhy obráběcích strojů

Od doby, kdy se automatizace obráběcích strojů hodila pouze pro sériovou výrobu, uplynulo již mnoho let. Výrobci menších sérií do 100 kusů nebo dílů s dlouhou dobou obrábění (nad 90 sekund) byli vždy toho názoru, že automatizace je pro ně příliš drahá a nevhodná.

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