Témata
Reklama

Obráběcí centra a stroje soustružnického typu

26. 04. 2010

V březnovém vydání MM Průmyslového spektra jsme vám přinesli pod názvem „V Japonsku je to ‚Comon‘ aneb Jak čeští strojaři nevěřili vlastním očím“ první díl reportáže z výrobních závodů Nara, Iga a Chiba světového výrobce obráběcích strojů firmy Mori Seiki zaměřené na postřehy autorů pocházejících z výrobní praxe a možnosti jejich přímého srovnání s evropskými provozy. Tímto příspěvkem pak představujeme konkrétní stroje z komodity obráběcích center a soustružnických strojů.

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).

Pro soustružnické stroje je charakteristický rotační hlavní řezný pohyb dosahovaný otáčením obrobku. Zásadně důležitým konstrukčním problémem je tedy spojit obrobek s rotující činnou částí obráběcího stroje a přenést na něj točivý moment od systému hlavního pohonu. Na přesnosti uložení rotující činné části (vřetena, upínací desky) soustružnického stroje, její statické tuhosti, tvarové přesnosti a statické tuhosti jejího uložení podstatně závisí přesnost práce. Proto je kladen takový důraz na konstrukci a výpočet vřeten a upínacích desek. Nástroj (nejčastěji soustružnický nůž) musí být upevněn k jiné pohyblivé části stroje, vyměňován a nastavován a pohyblivou částí veden rovnoběžně, kolmo nebo různoběžně vzhledem k ose rotace obrobku. Proto se vyvinuly suporty, saně, smykadla a proto je taková pozornost věnována konstrukci a propočtům jejich těles a vedení.

Soustružnické stroje patří do nejrozsáhlejší skupiny obráběcích strojů s geometricky definovaným břitem a představují rovněž nejrozšířenější typ obráběcích strojů určených k obrábění součástí rotačního tvaru. Lze na nich obrábět vnější i vnitřní rotační plochy válcové, kuželové i obecné, čelní rovinné plochy, řezat závity, vrtat, vyvrtávat, vystružovat, dále kopírovat podélně i příčně, frézovat plochy a drážky, brousit vnější a vnitřní válcové plochy atd. Pokud soustružnické stroje vybavíme ještě navíc možností frézovat, vrtat, závitovat apod., pak se stroj stává soustružnickým obráběcím centrem anebo pro rotační tvary multifunkčním obráběcím centrem (strojem).

Pro jednovřetenová obráběcí centra lze stanovit obecně platnou definici: Obráběcí centrum je takový obráběcí stroj, který může provádět různé druhy technologických operací, pracuje v automatickém cyklu, je vybaven automatickou výměnou nástrojů a obrobků, může pracovat v bezobslužném provozu a má možnost víceosého vysokorychlostního obrábění. Obráběcí centrum je tedy takový obráběcí stroj, na němž lze z velké části anebo úplně obrobit různé součásti pokud možno při jednom upnutí. Ke splnění předepsaných obráběcích operací probíhajících v technologickém sledu za sebou jsou nástroje připraveny v zásobníku náležejícím ke stroji a samočinně jsou vyměňovány. Přitom lze u některých koncepcí použít také automatickou výměnu výrobků.

Čtyři jedinečné přístupy

Konstrukci svých obráběcích strojů má firma Mori Seiki založenou na zcela unikátních principech, a sice:

  • Driven at the Centre Grarity (DCG);
  • Direct Drive Motor (DDM);
  • Built-in Motor Turret (BMT);
  • Octagonal Ram Construction (ORC).

Princip DCG minimalizuje vibrace, které mohou vzniknout během řezného procesu. Taktéž je zároveň maximalizováno zrychlení. Je prokázáno, že vibrace mají negativní vliv na kvalitu obráběného povrchu. DCG je technologie, která tím, že jsou jednotlivé pohybové osy naháněny v jejich těžišti, prodlužuje díky minimalizaci vibrace také životnost řezné hrany nástroje.

DDM přináší efekty, jako je vysoká rychlost rotace, přesné polohování, snadná a jednoduchá údržba a delší životnost produktu. Tím, že je nahrazeno původní konstrukční řešení náhonu rotačních os pomocí šneku a šnekového kola vestavěným torzním motorem, je také výrazně zkrácen čas obrábění součásti průměrně o 35 %.

BMT je převážně používáno pro náhon rotačních nástrojů, zejména pak v revolverových hlavách. Velkého počtu aplikací dosahuje princip BMT na soustružnických obráběcích centrech tam, kde je nutné používat technologie frézování. Tímto konstrukčním principem je odstraněno množství náhonových prvků náchylných k vibracím. Jedná se zejména o řemenice, řemeny, náhonové hřídele apod. Jsou taktéž minimalizovány vibrace a zástavbové rozměry. Kromě toho je o 1/10 snížena teplota revolverové hlavy.

ORC je revoluční posuvový mechanismus využívaný převážně u strojů vyžadujících ke své práci smykadlo. Efekt konstrukčního principu ORC lze spatřovat ve vysokých tlumicích vlastnostech, kontrolovaném a řízeném teplotním roztahování a vysoké přesnosti posuvu. Smykadlo má termosymetrickou konstrukci, a tím je zajištěno rovnoměrné roztahování od tepelných účinků.

Centra s vodorovnou osou

Soustružnická obráběcí centra s vodorovnou osou řady NL vycházejí z více než 35leté zkušenosti firmy Mori Seiki ve stavbě soustružnických strojů. Tyto stroje vynikají vysokou tuhostí a přesností. Jsou určeny pro široký sortiment obrobků. Vyrábějí se pod typovým označením NL 1500/NL 2000/NL 2500/NL 3000. Na tomto stroji je aplikován princip BMT, což vede k tomu, že revolverová hlava se stává tuhou a vede to též ke zvýšení tuhosti spojení hlava - držák nástrojů. Tímto konstrukčním provedením se tuhost nástrojového držáku zvedla na 180 % původního řešení. Y osa má zdvih ±50 a ±60 mm (pro největší model). Skrz vřeteno lze prostrčit materiál o průměru 61-91 mm podle velikosti stroje.

Novou konstrukcí lože bylo dosaženo torzní tuhosti, která byla zvýšena o 100 % oproti předešlému modelu. Taktéž byly rozšířeny vodicí plochy pro lepší přenos zatížení z hlavních prvků (vřeteník, koník, suport). Stroj může být dodáván v provedení s hlavním vřetenem a protivřetenem anebo s koníkem. U vřetena byla zvýšena tuhost o 50 % proti předešlému modelu. Jako náhonový prvek vřeten je použit princip DDM, samozřejmostí je jeho chlazení.

Reklama
Reklama
Reklama
Soustružnická obráběcí centra s vodorovnou osou řady NL jsou navržena tak, aby bylo eliminováno ztrátové teplo a nedocházelo k ovlivňování přesnosti práce stroje.

Víceosá centra s vodorovnou osou

Víceosé soustružnické obráběcí centrum s vodorovnou osou řady NZ může být osazeno až třemi revolverovými hlavami pracujícími na osvědčeném konstrukčním principu BMT. Spodní revolverová hlava pro svůj přísuv do řezu (osa X) využívá principu DCG. Pro horní dvě je použit jednomotorový princip. Pro výsuv v ose Y je aplikována osvědčená ORC konstrukce, která má, jak již bylo poznamenáno, díky olejovému mazání a vymezení vůlí pomocí kluzných klínů výborné tlumicí vlastnosti. U tohoto stroje jsou Y osy realizovány jako ortogonální, což přináší řadu výhod, zejména při obrábění. Vyrábějí se pod typovým označením NZ 1500/NZ 2000.

Díky aplikaci konstrukčního principu ORC (Octagonal Ram Construction) u víceosých soustružnických center řady NZ lze u nich spatřovat vysoké tlumicí vlastnosti, kontrolované a řízené teplotní roztahování a vysoké přesnosti posuvu.

Velká péče je věnována tuhosti jednotlivých konstrukčních částí stroje. Pro náhon soustružnických vřeten je použito vydatně chlazených elektrovřeten. Díky šikmému loži je možné docílit mnoha variant konečného uspořádání stroje tak, aby bylo vyhověno i těm nejnáročnějším zákazníkům. Dobré ergonomické podmínky usnadňují přístup operátora k vřetenu. K podpoře snadné údržby jsou všechny inspekční a kontrolní prvky důležité pro chod stroje umístěny na jednom dobře přístupném místě. Dveře ochranných krytů lze doširoka otevřít a snadno lze vytáhnout nádrž řezné kapaliny. Zde demonstrujeme pouze část promyšlené konstrukce usnadňující údržbu. Samozřejmostí je napojení stroje na manipulátor vyměňující obrobky v automatickém cyklu. Stroj je konstruován způsobem Eco-friendly.

Multifunkční soustružnická centra

Tyto obráběcí stroje řady NT patří k vlajkové lodi firmy Mori Seiki. Tento typ soustružnických strojů je charakteristický využitím vřetenové hlavy, která obdobně jako u předešlých strojů dokáže spojit možnost upínání vrtacího, frézovacího a soustružnického nástroje. Osa rotace obrobku je vodorovná. Jsou na něm dále aplikovány všechny výše uvedené originální konstrukční principy Mori Seiki. Kromě principu Box in Box stroj vyniká termosymetrickou konstrukcí skupiny vřeteno-revolverová hlava a mohutným ložem absorbujícím veškeré možné zdroje kmitání. Vyrábějí se pod typovým označením NT 1000 DCG/NT 3100 DCG/NT 3150 DCG/NT 3200 DCG/NT4200 DCG/NT 4250 DCG/NT 4300 DCG/NT 5400 DCG a NT 6600 DCG.

Multifunkční centra řady NT využívají principu Box in Box.

Výsuvná vřetenová hlava upevněná na konci smykadla je plně podepřena a pohybuje se v těžišti. Náhon v centru gravitace (DCG) umožňuje též výrazným způsobem redukovat vibrace. Smykadlo, na jehož konci je vřetenová hlava, má osmiúhelníkový průřez. Jak náhon vřetena, tak i jeho natáčení jsou provedeny pomocí elektrovřeten. Výměna nástrojů je realizována pomocí skladovacího zásobníku a výměnné ruky. Celá konstrukce je teplotně stabilizována pomocí chlazení jednak kuličkových šroubů, jednak vřeteníku. Revolverová hlava má náhon rotačních nástrojů realizován také pomocí elektrovřetena. Jedná se o velmi důmyslně promyšlenou modulární konstrukci s velkou možností technologických opcí, což činí tento stroj tak univerzálním, že je možné obrábět různé typy součástí.

Karuselové soustruhy

Firma Mori Seiki vystavovala na veletrhu EMO Milano 2009 novinku označenou NVL1350T. Jedná se o svislý soustruh karuselového typu. Na konstrukčně zajímavém stroji opět našla uplatnění revolverová hlava, jež je umístěna na křížových saních a výškově nepřestavitelném příčníku. Slouží však pouze pro nesení soustružnických nástrojů. Dva boční dopravníky třísek orientované dozadu zaručují dobrý odvod třísek a dostatek volného prostoru v přední i boční části stroje. V ose Z je aplikován osvědčený DCG náhon.

Karusel NVL1350T měl svoji premiéru na posledním ročníku výstavy EMO v Miláně.

§§§§

Z výčtu uvedených soustružnických strojů je patrné, že záběr firmy Mori Seiki v této kategorii strojů je značný. Lze vypozorovat, že jsou důsledně aplikována osvědčená řešení i z jiných modelů strojů, což svědčí o systematické práci. Další příspěvek bude pojednávat o strojích na obrábění rotačních součástí.

prof. Dr. Ing. Jiří Marek

technický ředitel Toshulin

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 100518
Datum: 26. 04. 2010
Rubrika: Trendy / Obrábění
Firmy
Související články
900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Čištění upínacích kuželů nástrojů

Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

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.

Související články
Doplňkový katalog nástrojů

Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Na cestě stát se globálním jazykem produkce

V loňském roce na veletrhu EMO se uskutečnila první "live" prezentace univerzálního rozhraní obráběcích strojů umati (universal machine tool interface), do které se na výstavě zapojilo na sedmdesát firem z deseti zemí se 110 stroji a 28 softwary. Tato inciativa vytvořit standardizované rozhraní, které uživatelům umožní snadnou a bezpečnou integraci nových strojů, softwarů a dalších zařízení do vlastních IT ekosystémů na principu plug and play, vznikla v roce 2017 pod záštitou VDW (Německá asociace výrobců obráběcích strojů). VDW nyní spojuje své síly s VDMA (Svaz německých strojírenských podniků), aby společně podporovaly šíření a používání standardů OPC UA v celém strojírenském sektoru pod značkou umati.

Kompaktní horizontální seřizovací přístroj pro Průmysl 4.0

Systémový dodavatel Kelch představil na veletrhu EMO v Hannoveru inovativní výsledky vývoje pro optimalizaci procesů, mezi nimi poprvé nově koncipovanou konstrukční řadu H3 z úspěšné série seřizovacích přístrojů Kenova set line.

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.

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.

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.

Nové rozšíření řady WTX vrtáků

TK vrtáky typu WTX jsou již dlouhá léta stálicí na trhu. Pod produktovou značkou WNT nabízí Ceratizit Group prémiovou řadu vrtáků WTX z produktové kategorie Perfomance. Díky realizovaným inovacím se v nedávné době podařilo výrazně zvýšit výkonnost a životnost u řady vrtáků WTX Feed a WTX Speed. Do rodiny WTX vrtáků od ledna přibude další výjimečný a jedinečný nástroj, a to TK vrták se čtyřmi břity.

Nová generace tangenciálních rohových fréz

Nové tangenciální rohové frézy se vyznačují inovativním trojúhelníkovým tvarem okraje břitové destičky, který poskytuje řezným hranám výjimečnou pevnost.

Automatický systém hlídání použitého adaptéru

Společnost Kelch, která se specializuje na periferie a služby pro výrobce a uživatele strojů pro třískové obrábění, představuje plně automatické monitorování modulů MoDeTec. Tento patentovaný systém zabraňuje výběru nesprávných adaptérů ve výrobě, čímž se předchází vysokým následným škodám v podobě poklesu kvality, poškození stroje a zastavení výroby.

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.

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