Témata
Reklama

Na cestě k nulové chybě upínání

I ta nejmenší cizí tělíska (prach, třísky apod.) mezi dutinou vřetena a stopkou nástroje mohou zapříčinit nepřesnost upnutí vrtáku nebo frézy, což má za následek výrobu zmetků nebo poškození nástroje a tím přerušení výroby. Toto mohou odstranit měřicí systémy se senzory.

Aktuální vývoj s cílem zvýšení funkčnosti a přesnosti výrobků vede ke zvyšujícím se nárokům na proces výroby. Komplexní úkoly výroby ve spojení s vysokým stupněm automatizace vyžadují od obráběcích strojů neustálé zvyšování výkonnosti ve spojení s vysokou spolehlivostí. Toho se nedosahuje pouze optimalizací mechanických vlastností. Aspekty hospodárnosti, jako jsou výrobní náklady a produktivita, zde zaujímají významné místo. V této souvislosti jsou středem zájmu časy, kdy stroj nepracuje (vedlejší časy), poruchovost, náklady na zmetky, jakož i náklady na měření a seřizování stroje, které se musejí stále snižovat.

Reklama
Reklama

Žádnou chybu nelze tolerovat

Zřetelné je to na příkladu výroby součástí pro motory letadel. Ty musejí být vyrobeny s obzvlášť vysokou přesností, aby pracovaly efektivně a s vysokou spolehlivostí. Požadované přesnosti lze dosáhnout, jsou-li součásti obráběny třískově, v tomto případě frézováním. Přesnost práce frézky je možné znehodnotit, dostane-li se nečistota, např. tříska nebo sediment chladicí kapaliny, do místa styku stopky nástroje a dutiny vřetena. Tyto nečistoty se zde usazují a jsou příčinou vzniku mezery mezi oběma plochami.

Již malá částice o velikosti setiny milimetru způsobí, že dojde k výrazné chybě při upnutí vrtáku nebo frézy. Výsledkem je výroba zmetků. Zejména v případě výroby nákladných součástí pro hnací ústrojí motorů může dojít k podstatnému zvýšení výrobních nákladů. Je proto nutné zajistit spolehlivost výroby, aby se tomuto zvýšení nákladů zabránilo.

Totéž platí i o sériové výrobě v automobilovém průmyslu, která se vyznačuje kombinovanými výrobními postupy a řetězením obráběcích strojů. Jednotlivé stroje a technologie zde ovlivňují plynulost a kvalitu výrobní linky. Chyba ve výrobě způsobená nepřesným upnutím nástroje se bohužel zjistí často až při konečné kontrole. Kromě nákladů vzniklých výrobou zmetků to vede k dalším nákladům vyvolaným prostojem stroje, případně celé výrobní linky. K tomu přistupují ještě náklady na hledání a odstranění příčiny, k identifikaci zmetkového obrobku, jakož i časy na opětovné spuštění výroby.

Chybu odstraní kontrolní systémy

Počátkem pro odstranění zmetků a výpadků z výroby je kontrola stavu a definování příčin vzniku chyby na obráběcím stroji. Cílem je rozpoznat chyby včas, odstranit následné škody a provést pro-tiopatření. K tomu slouží již známé systémy, které pracují na základě měření aerodynamického tlaku. Přitom je po výměně nástroje vyhodnocován tlak v kanálcích pro čištění vzduchem. Vznikne-li v mezeře mezi nástrojem a upínačem pokles tlaku, je velikost jeho snížení dána velikostí mezery. Tímto postupem lze určit šířku mezery, která je větší než 30 µm.

Se zřetelem na rostoucí přesnost součástí nezajistí současně známé kontrolní systémy požadovanou přesnost. Pomoci mohou vysoce přesné senzory, které plynule kontrolují stav upnutého nástroje. Měřicí technika zaznamená vyosení nástroje s přesností mikrometru. Systém registruje výchylku a vydá varovné hlášení dříve, než by bylo zahájeno obrábění součásti. Co takové zařízení umožňuje, zkoumali v institutu Fraunhofer IWU (Institut für Werkzeugmaschinen und Umform-technik) ve spolupráci s firmou Ott-Jakob Spanntechnik.

Jejich přesný měřicí systém Planko má odchylky od optimální polohy nástroje v přesnosti radaru. Základem systému Planko je laserová hlava umístěná na vřetenu a kompaktní, pasivní elektronická skupina sestávající z rezonátoru, kabelu a konektoru, která je integrovaná v hlavě vřetena. V laserové hlavě je vytvářen signál o frekvenci 24,1 GHz a anténou, která slouží jako vysílač i přijímač, je veden kabelem do rezonátoru. Zde na základě reflexe kovového povrchu nástroje vzniká stojatá vlna. Požadovaná poloha nástroje je následně určována rezonátorem během rotace. Laserová hlava porovnává naměřený výsledek s referenční hodnotou. Vyskytne-li se rozdíl mezi hodnotou naměřenou a referenční, jsou naměřená data zachycena komparátorem a příslušný signál předán řídicímu systému stroje.

Planko je integrován do vřetena tak, že skupina elektroniky pracuje v rotujícím vřetenu samostatně.

Cizí tělesa nelze vyloučit

Přesnost polohování a opakovaná přesnost upnutí nástroje s kuželem HSK závisí na bezpečné a přesné poloze stykových ploch vřetena a stopky nástroje, protože tento styk je velmi citlivý na nečistoty. Třísky jsou většinou při výměně nástroje odstraněny, ale v zásobníku nástrojů jsou také nečistoty, které ulpí na stopce nástroje. Například mokré zbytky chladicí kapaliny a vzniklý špinavý film. V praxi je při výměně nástroje používáno ofukování stupky nástroje. Simulace rychlosti proudění vzduchu při ofukování třemi tryskami provedená výzkumníky z Fraunhoferu ostatně ukazuje, že tímto uspořádáním není zajištěn rovnoměrný účinek ofukování. Proto není vyloučeno, že malin-ké nečistoty na stopce nástroje ulpí vždy. A tak v sériové výrobě není zajištěna spolehlivost.

Ukázka zabudování systému vysoce přesných senzorů.

Zhodnocení vzniklé chyby

Pro posouzení vlivu velikosti ovlivnění kvality procesu obrábění je rozhodující vliv nečistot na polo-hu nástroje, případně na polohu osy nástroje (TCP). V závislosti na rozměru, tvaru a poloze nečistoty vzniká chyba v kruhovitosti v záběru nástroje, což může být důvodem jeho většího opotřebení, příp. i zlomení. Nečistota se projeví vznikem měřitelné mezery mezi stykovými plochami. Systémy měřící rozměr vzniklé mezery dají signál pro hlídání polohy nástroje.

Čištění ofukováním vzduchem – rozdělení rychlosti proudění vzduchu na plochém rozvod-ném kotouči vede k nerovnoměrnému čištění
Hlášení o nečistotě vede k vychýlení nebo k posunutí osy nástroje, případně ke kombinaci obou efektů.

Studie vypracovaná ve Fraunhofer IWU se opírá o simulaci analýzy citlivosti vlivu velikosti mezery. Graf ukazuje závislost chyby kruhovitosti na tloušťce definované nečistoty na plochém rozvodném kotouči při použití vrtáku HSK63A dlouhém 150 mm. Následující obrázek pak ukazuje příklad vliv nečistoty o tloušťce 50 µm na uložení nástroje a poslední obrázek zase vzniklou mezeru na plochém rozvodném kotouči.

Chyba v kruhovitosti rotace nástroje je přímo závislá na tloušťce nečistoty.
Již nečistoty o tloušťce 50 µm vedou k vychýlení nástroje a k chybě kruhovitosti o velikosti 78 µm.

Vyhodnocení výsledků simulace ukazuje, že vychýlení nástroje, nedbaje na další ovlivňující vlivy, je dominantním efektem, který se projeví odpovídající nesprávnou polohou bodu TCP. Vychýlení odpovídá velikosti naměřené mezery na plochém rozvodném kotouči. Tyto výsledky použili výzkumníci pro stanovení optimálního uspořádání senzorů měřících velikost mezery v místě styku stopky nástroje a upínacího kužele, a tím stanovení velikosti vychýlení nástroje.

Vznik měřitelné mezery na plochém rozvodném kotouči, kterou Planko změří vysoce přesně.

Výzkumníci z Fraunhoferova institutu rovněž zhodnotili systém Planko z hlediska hospodárnosti a technického provedení z pohledu reálného použití v praxi. Součástí těchto výzkumů bylo posouzení výrobních řetězců pro přesné obrábění válcových děr do válce pro čtyřválcový spalovací motor, jakož i výrobních řetězců pro kompletní obrobení hřídelí a kotoučů pro turbíny v leteckém průmyslu. Výsledek: kdo investuje do takovýchto kontrolních systémů, pracuje podstatně hospodárněji. Platí to především pro oblast vysoce automatizované sériové výroby a při vysokých požadavcích na přesnost výroby. Hospodárnost ukázali na předpovědi doby amortizace: podle případu použití systému činí mezi jedním až pěti lety. V jednotlivých případech se může investice vyplatit ještě dříve. Průzkum potenciálního trhu ukazuje na širokou oblast použití od letecké výroby přes automobilový průmysl až po výrobu nástrojů.

MM Das Industriemagazin, č. 15, 2017, str. 74–77

Oliver Georgi a Josef Greif, zpracoval: J. Řasa

jar.rasa@seznam.cz

Reklama
Vydání #10
Kód článku: 171039
Datum: 03. 10. 2017
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
EMO Hannover 2013: část 7 - Technologie, které mnohdy nejsou vidět

Význam a odborný dopad hannoverského veletrhu EMO je tak zásadní v oboru technologie obrábění, že se mu věnujeme na stránkách MM Průmyslového spektra i čtvrtý měsíc po zavření bran výstaviště. Tentokrát přinášíme ucelený pohled na materiály použité ve stavbě strojů.

Léčivá mračna

Oftalmologie je lékařský obor, který se zabývá anatomií, fyziologií a nemocemi očí. V Indii je šedý zákal nejčastější příčinou slepoty, jíž by šlo zabránit, a jistá firma vyrábí potřebné zařízení, které oční lékaři potřebují a používají k léčbě postižených.

Soustružnické centrum snižuje výrobní náklady

Pro řadu subdodavatelů v automobilovém průmyslu a malé výrobní společnosti pokračuje tlak na cenu i v letošním roce. Hlavní důvody lze spatřovat ve zvyšování cen materiálů, energií a ve snižování cen v komoditě automobilového průmyslu.

Související články
EMO Hannover 2011 - Part 2. MM Award - ocenění pro nejlepší exponáty

MM Award, udělovaná časopisem MM MaschinenMarkt, je již mnoho let doprovodnou akcí řady veletrhů pořádaných na území Německa. Protože MM je značka s celosvětovou působností, jsou obdobná ocenění udělována na veletrzích i v dalších zemích, kde si časopis vydávaný s tímto logem vydobil renomé. V domovském Německu, mezi místními strojírenství znalými lidmi, MM Award udělovaná na EMO má rozhodně velkou prestiž, stejně jako EMO samotné.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

CIMT je v Číně, Čína je na CIMTu

Při letošním ročníku došlo na CIMT k významné změně. Evropští i američtí vystavovatelé byli přemístěni z hal tzv. západních do východních. Proč, to se mi nepodařilo zjistit. V reportáži před čtyřmi lety jsem umístění evropských a asijských firem popisoval s notnou nadsázkou, a tak si tuto změnu vysvětluji po svém – vystavovatelé si přečetli mé zpravodajství z výstaviště?. Také platí, že není pavilon jako pavilon. Standardy úklidu v halách, stravovacích prostorech, na toaletách byly v pavilonech, kde byla německá a švýcarská expozice, bližší evropským zemím než asijským. A o tom je jedna z čínských mentalit – jaké standardy mají být, ty jim musejí být ukázány, resp. nadiktovány či nařízeny.

Partnerství ve strojírenství

Jak v osobní, tak i v obchodní sféře našeho života dochází k naplnění partnerského vztahu v okamžiku, kdy je zpečetěn určitou formou a dojde k dohodě mezi oběma stranami. Jedinec totiž těžko dosahuje svých cílů, pokud je nerealizuje ve vzájemné spolupráci. V byznys sféře pak výsledek ocení zákazník, který obdrží služby v globálním pojetí, jež mu přinesou ve firemním procesu celou řadu výhod a v důsledku tak zvýší jeho konkurenceschopnost. A takto efektivní je například spolupráce firmy WNT a jejích čtyř partnerů.

Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Od tlakové slévárny až po kompletní výrobu

Outsourcing u sléváren a kováren nabývá na důležitosti. Přesun obrábění od OEM výrobců do sléváren vedl k tomu, že se řada tlakových sléváren přeorientovala na kompletní výrobu. Příkladem je závod Ljunghäll v České republice, který s podporou firmy Grob rozšířil výrobu z tlakového lití na dodávky komplexních dílů pro automobilový průmysl.

Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

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