Obrábění lisovacích nástrojů, forem a zápustek

Požadavky koncových zákazníků nástrojáren především na přesnost rozměrů a jakost obrobeného povrchu jsou obvykle velmi náročné, protože formy, lisovací nástroje a zápustky představují mezistupeň mezi polotovarem a konečným, obvykle velkosériovým výrobkem.

CNC obráběcí stroje by proto měly svou stavbou a parametry pokud možno co nejvíce pomáhat jejich efektivní a kvalitní výrobě.

Český výrobce CNC portálových center

Zlínská firma Trimill, a. s., poskytuje konstrukcí svých obráběcích center nástrojárnám ideální řešení jejich náročných technologických úkolů.

Všechna centra jsou konstruována jako portálové stroje typu „horní gantry" s pojezdem v podélné ose X  od 1 100 mm do 6 500 mm s možností dalšího prodloužení.

Charakteristickým rysem uspořádání portálového stroje „horní gantry" je skutečnost, že obrobek je upnut na pevném, nepohyblivém stole a veškeré pracovní pohyby vykonává nástroj upnutý ve vřetenu.

To je výhodné zejména tam, kde se hmotnost polotovarů při obrábění podstatně mění - pohony jednotlivých os jsou nastaveny vždy na konstantní parametry, takže obráběcí centra mají stejné dynamické parametry bez ohledu na hmotnost obráběného polotovaru v celém rozsahu pracovního prostoru.

Konstrukce příčníku box-in-box

Unikátním prvkem strojů je speciální uzavřená (tzv. box-in-box) konstrukce příčníku.

Příčník, který se pohybuje v podélné ose X na pevných bočnicích po dvou lineárních vedeních, je jednodílný, jemně žebrovaný odlitek. Jeho provedení umožňuje vetknutí křížového suportu osy Y, který se pohybuje uvnitř příčníku po čtyřech lineárních vedeních, takže jeho tuhost je ve srovnání s „letmo" uloženým suportem mnohonásobně vyšší. Stejný princip, tzn. upnutí na čtyřech lineárních vedeních je uplatněn také pro osu Z, která je realizována posunem svislého suportu čtvercového průřezu uvnitř smykadla osy Y.

Pohyby ve všech lineárních osách jsou realizovány oboustraně uloženými kuličkovými šrouby, jejichž sledování je zajištěno použitím lineárního odměřování, v ose X zdvojeného.

Další příznivou vlastností této konstrukce je rovnoměrný odvod tepla vznikajícího v místě řezu. Díky uzavřené konstrukci příčníku a příčného suportu se vyvinuté teplo odvede rovnoměrně, bez nadměrného tepelného namáhání v jednom směru, jako je tomu například u obráběcích strojů tzv. C-konstrukce nebo při letmém uložení vertikálních či horizontálních suportů.

Toto konstrukční provedení představuje svým zaměřením na maximální tuhost obrábění výzvu pro všechny obráběcí provozy, které kladou důraz na přesnost rozměrů obrobků a kvalitu jejich povrchu.

Maximální tlumení chvění

Dalším podstatným prvkem majícím vliv na celkovou přesnost obrábění je maximální eliminace kmitání, a to jak vynuceného, tak samobuzeného. Běžnou praxí je, že se větší obráběcí stroje ustavují na betonový základ, který je odizolován od okolí. V poslední době se navíc jako stavební materiál pro pevné části stroje používá minerální beton.

Jeho výhodou jsou zejména stejně velký součinitel teplotní roztažnosti jako u oceli při řádově nižším koeficientu tepelné vodivosti a vysoké vlastní tlumení chvění.

Technologie frézování

Specifický problém v nástrojárnách představuje otázka víceosého, nejčastěji pětiosého frézování. Výhody víceosých center jsou zjevné - především zrychlení a zkvalitnění výroby, snížení nákladů na obrobek a rozšíření výrobních možností. Firma Trimill si je těchto výhod vědoma a ve svém výrobním spektru nabízí širokou škálu pětiosých strojů, a to jak v provedení s otočným stolem, tak také s víceosou frézovací hlavou.

Tyto stroje dokážou v pětiosém režimu obrábět buď tzv. indexováním, nebo také kontinuálně se současným zapojením všech pěti os.

Zkušenosti z praktického provozu ovšem potvrzují, že i když v mnoha případech zákazník vyžaduje od výrobce obráběcí centrum umožňující kontinuální pětiosé obrábění, v praxi je tato metoda používána poměrně málo. Mnohem častěji se lze setkat s indexovacím způsobem obrábění, kdy přídavné (většinou rotační) osy stroje se použijí k natočení obrobku do požadované pozice proti nástroji a poté se frézuje již ve třech klasických lineárních osách.

Mechanické parametry

Stále rostoucí požadavky na přesnost a zkracování dodacích lhůt staví nástrojárny před potřebu obrobit pokud možno celý nástroj nebo formu na jedno upnutí na jednom stroji.

To znamená nutnost obrábět na CNC stroji jak hrubováním, tak také dokončováním. Trimill se snaží vyjít vstříc těmto potřebám použitím elektrovřeten pro všechny své stroje. Elektrovřetena dokážou pracovat s velkým krouticím momentem, který je potřebný pro hrubování, a na druhé straně dosahují vysokých otáček nezbytných pro HSC dokončovací operace nebo pro obrábění hliníku.

Nástrojové soustavy

Jedním z nezbytných parametrů každého obráběcího centra je, že musí být vybaveno automatickou výměnou nástrojů. Výrobce obráběcích strojů to staví před nutnost rozhodnout o počtu míst v zásobníku nástrojů a způsobu a času nezbytného pro provedení výměny. Je logické, že čas výměny nástroje bude jedním z klíčových parametrů pro produkční výrobu, kde zkrácení vedlejších časů obrábění představuje jeden z  nejhospodárnějších způsobů zefektivnění výroby. Pro nástrojárny ovšem kvůli charakteru výroby, která je převážně kusová až malosériová, nehraje čas výměny nástroje až tak klíčovou roli. V mnoha případech se zde dokonce provádí výměna nástrojů ručně. Používání ruční, případně automatické výměny nástrojů je však u jednotlivých nástrojáren značně diferencováno. Z toho důvodu firma Trimill nabízí ke svým strojům až padesáti místný zásobník nástrojů, který dokáže uspokojit potřeby naprosté většiny zákazníků. Velkým pomocníkem při správě nástrojů může být tzv. nástrojový laser, který dokáže s velkou přesností prověřit stav a rozměry nástroje a může tím přispět ke snížení zmetkovitosti a zvýšení produktivity.

Manipulace s polotovarem, třísky

Obrábění velmi rozměrných polotovarů v nástrojárnách také staví výrobce obráběcích strojů před nutnost počítat s jejich co nejjednodušší manipulací, zejména během nakládání do pracovního prostoru. Stroje Trimill nabízejí vedle běžného nakládání čelními dveřmi také možnost odepnutí horního krytování a manipulaci v pracovním prostoru pomocí jeřábu. V mnoha případech se prokázala také správná strategie u obráběcích center větších rozměrů, kdy upínací plocha stolu je ve stejné úrovni jako podlaha haly, což vede k podstatně jednodušší manipulaci především s polotovary a obrobky velkých rozměrů.

Problematika odvodu třísek je zejména při hrubování velmi důležitá. Již téměř všechny obráběcí stroje používají pro jejich odstranění dopravníky třísek, které je mechanicky odklidí z pracovního prostoru do přistavených nádob. Se vznikem třísek rovněž souvisí potřeba frézování v uzavřeném prostoru, protože obrábění kovových materiálů při vysokých řezných rychlostech představuje značné bezpečnostní riziko pro obsluhu stroje. Stroje Trimill jsou zakrytovány ze všech stran (včetně střechy), ve dveřích je použito bezpečnostní sklo.

Stále ještě panující příznaky krize způsobené hlavně nejistotou současného oživení zakázek nejen v nástrojárnách, ale i v celém českém průmyslu, nevytvářejí příliš vhodné podmínky pro investice do obnovy nebo posílení strojního parku. Velká konkurence na trhu obrábění lisovacích nástrojů, forem a zápustek však znamená pro perspektivní nástrojárny potřebu připravit se předem na stabilizaci nárůstu zakázek a tím zvýšit svou konkurenceschopnost. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, jsou uvážené investice do strojního parku.

Ing. Zdeněk Čožík

zcozik@trimill.cz

 //www.trimill.cz/