Témata
Reklama

Nové technologie při výrobě nosných dílů obráběcích strojů

Jádrem koncepčního řešení HSC strojů je řešení jejich tuhých nosných rámů s vysokými vlastními frekvencemi a dobrými schopnostmi tlumení vibrací. Tento článek přináší základní přehled o materiálech hlavních nosných struktur pro obráběcí stroje. Volba materiálu nezávisí jen na vlastnostech jednotlivých materiálů, ale důležité je i hledisko výrobní a ekonomické.

Nosná soustava obráběcího stroje je poměrně složitá struktura spolu pohyblivě nebo nepohyblivě spojených těles, mechanismů a součástí, kterými se uzavírá tok sil při obrábění a které mají vliv na statickou a dynamickou tuhost systému stroj - nástroj - obrobek v místě obrábění. Na nosné struktury strojů jsou kladeny především požadavky představující velkou statickou a dynamickou tuhost, dobré tlumení a odolnost proti vzniku samobuzených kmitů, malé tepelné deformace, časovou stálost tvaru (bez vnitřního pnutí v hlavních tělesech rámu), velkou životnost a spolehlivost, dobrý odpad třísek a samozřejmě hospodárnost výroby.
Při navrhování hlavních těles nosné soustavy stroje je důležité správně zvolit materiál (resp. materiály), ze kterého bude těleso vyrobeno. Tato volba je ovlivněna následujícími faktory:
  • vlastností stavebního materiálu (pevnost, měrná hmotnost, modul pružnosti v tahu a ve smyku, vnitřní tlumení, vnitřní pnutí, tepelná roztažnost, měrné teplo, tepelná vodivost);
  • výrobním faktorem (obrobitelnost materiálu, spojení jednotlivých dílů, technologie výroby - lití, svařování);
  • ekonomickým faktorem (počet vyrobených kusů, cena).
  • Reklama
    Reklama
    Reklama

    Ocelové svařence

    Ocelové svařence se používají ve formě těles svařených z ocelových plechů a profilů. Požadovaná tuhost se dosáhne vhodnou volbou tloušťky stěny a žebrováním v místech namáhání. Při návrhu lože je důležitá úvaha o toku sil strukturou stroje. Dále musí být konstrukce schopna zachytit dynamické a statické síly od posouvaných částí a musí být tepelně symetrická. Pro docílení co nejvyšší tuhosti nosných dílů obráběcích strojů při minimální spotřebě materiálu je třeba použít pro výpočet dílu metodu konečných prvků.
    Nevýhodou svařenců je horší tlumení a také skutečnost, že ocel není vhodná pro vodicí plochy. Z hlediska zvýšení tlumení ocelových svařenců se nabízí vyplnění svařence minerální litinou nebo betonem.

    Odlitky z litiny

    O nosných strukturách z litiny bylo napsáno již mnoho. Litina je stále nejrozšířenějším materiálem pro konstrukci nosných dílů obráběcích strojů. V tomto odstavci je třeba jen doplnit, že z hlediska dosažení vyšší tuhosti je dnes možno jen konstrukci optimalizovat použitím metody konečných prvků.

    Minerální litina (polymerbeton)

    Nové trendy ve výrobě nosných dílů vedou k využití nových alternativních materiálů ve stavbě obráběcích strojů. Polymerbeton je znám již řadu let. V současnosti se spíše zlepšily jeho vlastnosti a technologie výroby. I přes růst aplikací minerální litiny v oblasti obráběcích strojů se stále objevuje "obava" při využití tohoto moderního materiálu. Navržené koncepce struktur z minerální litiny vyžadují znalosti vlastností materiálů, výrobního postupu a technologie lití. Minerální litina se neliší jen hmotností od konvenčních materiálů, ale má i různé hodnoty z hlediska statického, dynamického a tepelného chování. Oproti oceli a litině má řádově vyšší tlumicí vlastnosti a podstatně nižší tepelnou vodivost a vyšší tepelnou kapacitu. Těmito vlastnostmi je zajištěna odolnost proti vibracím a celková geometrie stroje při rychlých teplotních změnách v okolí stroje nebo přímo na stroji.
    Složení polymerbetonu
    Polymerbeton se skládá z plnicího materiálu, kterým bývá většinou anorganická látka, basalt, granit, různé minerály, a ze spojovacího činidla na epoxidové bázi, které zaručí dokonalé provázání, vytvrzení materiálu a chová se chemicky neutrálně. Po vytvrzení se díly brousí.
    Vlastnosti
    Vlastnosti minerální litiny jsou závislé na technologii výroby, na spojovacím činidle a na plnicím materiálu:
  • hustota 2,3 kg.m-3;
  • modul pružnosti 40 - 45 kN.mm-2;
  • součinitel teplotní délkové roztažnosti 11,5 - 14 . 10-6 K-1;
  • měrné teplo 1000 - 1200 J.kg.K-1;
  • tepelná vodivost 1 - 2 W.m.K-1;
  • poměrné tlumení (log. dekrement) 0,02 - 0,03;
  • pevnost v tahu 15 - 20 MPa;
  • chemická stálost, nezatěžuje životní prostředí;
  • je zde i možnost přímé montáže komponentů.
  • Technologie zpracování
    Jako každá jiná výrobní technologie, tak i zpracování minerální litiny vyžaduje dodržení specifických výrobních postupů, aby se využily výhody tohoto materiálu. Minerální litinu můžeme odlévat do ocelových, dřevěných nebo kombinovaných forem.
    Technologie zabudování přesných vodicích ploch
    V prvním kroku se tvar dílů odlije v přesné ocelové formě, ve druhém se pak prostřednictvím přesných šablon a speciálních zařízení vyformují montážní plochy pro vodicí lišty. Následně se uskuteční montáž vodicích lišt, stolu, suportu a spojení jednotlivých částí. Nutné přesnosti se dodrží pomocí vyformování příslušných šablon do tvaru výrobku. Při návrhu struktury je možné integrovat do lože stroje vedení pro různá média, např. hydrauliku, chlazení, odpad atd. Vytvrzovací proces minerálního litého betonu nevyžaduje žádný přívod energie. Při výrobě nevznikají téměř žádné emise, okolí není zatěžováno hlukem, prachem nebo kouřem. Odpady jsou velmi malé a využívají se ve stavebnictví. Lití se provádí za studena. Nevýhodou je častá údržba formy a nutné čištění po každém lití.
    Zabudování přesných vodicích ploch
    Pro výrobu vodicích lišt se aplikují následující následující tři způsoby:
  • Zalití celých vodících lišt - ocelové vodicí lišty se zalijí přímo do minerální litiny. Po zalití je nutné ještě přesné frézování nebo broušení. Vhodné při menším počtu kusů.
  • Broušení minerální litiny - funkční dosedací plochy z minerální litiny je možno přímo brousit, a tím se získají přesné plochy pro vodicí lišty, které se již dále neopracovávají. Brousí se pomocí speciálních brousicích kotoučů.
  • Přesné odformování - tzv. odformování (Abformen) je technologie přesného odlití. Dosedací plochy pro vodicí lišty se odlijí za pomocí přesných šablon. Na lože nad funkční dosedací plochu se přišroubuje šablona, která je přesně broušená a má inverzní tvar k dosedací ploše lišty. Do prostoru mezi touto šablonou a dosedací plochou se nalije minerální litina s lepšími vlastnostmi. Tím se vytvoří přesná plocha pro montáž vodicí lišty.
  • Na kompletním tvaru stroje se dosáhnou odchylky přímosti a rovinnosti vedení do 0,005 mm na 1,5 m. Při eliminování dokončovacích operací (frézování a broušení) se cena redukuje. Při více než 15 vyrobených kusech za rok se výroba zlevní i přes velice náročnou operaci pomocí formovacích šablon. V oblasti nad 40 strojů ročně jsou náklady o 30 % menší než při výrobě z konvenčních materiálů.

    Granit - přírodní žula

    Současná moderní technologie umožňuje využít jako nosného materiálu přírodního kamene - žuly. Nasazuje se především u měřicích a speciálních obráběcích strojů. K hlavním vlastnostem přírodní žuly patří především její homogenita (žula je materiál, bez vnitřního pnutí), dále pak nižší teplotní koeficient délkové roztažnosti než u oceli, vysoká statická tuhost, dobré tlumení. Modul pružnosti činí 47 kN.mm-2, hustota materiálu je 2,85 kg.dm-3, pevnost v tahu 22 N.mm-2 a pevnost v tlaku je 395 N.mm-2.
    Materiál je získáván těžbou kamene, nejčastěji v oblasti jižní Afriky. Jednotlivé díly jsou řezány diamantovými pilami, dále broušeny a k sobě spojovány lepením nebo jsou sešroubovány. Speciální závitová pouzdra jsou vlepována přímo do struktury granitu. Otvory se vrtají pomocí diamantových vrtáků a lišty s T-drážkou se přímo vlepují do drážky v granitu. Na základě technické dokumentace je výrobce schopen vyrobit a dodat příslušný díl nebo přímo vyrábí stanovené druhy dílů, které se použijí jako nosné části upínacích systémů.
    Hydrobeton
    Posledním nekonvečním materiálem, který se používá v konstrukci nosných struktur, je hybrobeton. Jedním z dodavatelů tohoto materiálu je rakouská firma Framag, která ho dodává pod názvem Hydropol. Jedná se o podobnou strukturu polymerového betonu lišící se složením.
    Hydrobeton má modul pružnosti v rozmezí od 30 do kN.mm-2, jeho hustota je 2,4 kg.dm-3 a poměrné tlumení (log. dekrement) 0,01 - 0,02.
    Tyto výsledky byly získány za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory projektu výzkumu a vývoje LN00B128.
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 20420
    Datum: 17. 04. 2002
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    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.

    Pohodlné upínání magnetem

    Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

    Přesnost zvyšující produktivitu

    Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

    Související články
    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    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.

    Novinka z varnsdorfské líhně

    Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

    Československá stopa u nového rekordu

    Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

    Vlajková loď pětiosého obrábění

    Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

    Pro větší efektivitu ve výrobě

    Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

    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.

    Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

    Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

    Vyvrtávání hlubokých otvorů

    V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

    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.

    CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

    Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

    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