Precizní nástroje vyžadují precizní upínače

Z hrubého pohledu by se mohlo zdát, že tato upínací technika je jen jakýmsi doplňkem hlavního oboru řezných nástrojů. Avšak kvalitní upínací technika je plnohodnotným členem celého obráběcího procesu stroj – nástroj – obrobek a mnohdy právě upínací pouzdra rozhodují o kvalitě řezného procesu i trvanlivosti nástroje, jeho maximálně možném využití při nejvyšších parametrech a hospodárnosti procesu.

Upínací pouzdra je možné principiálně rozdělovat na hydraulická, tepelná a mechanická. Každý způsob upnutí však má své přednosti a také negativa.

Hydraulické upínače nabízejí vynikající upnutí spojené s velice přesným obvodovým házením. Zároveň také umožňují lehkou a rychlou výměnu nástroje s pomocí jednoduchého šestihranného inbus klíče. Tato výměna nástroje může být provedena přímo ve vřetenu obráběcího stroje.

Základním principem je, že otáčením upínacího šroubu s vnitřním šestihranem vzniká v tlakové komoře před těsněným pístkem dostatečně vysoký tlak, který vede k elastické deformaci vnitřního tenkostěnného pouzdra, čímž dojde k silnému upnutí stopky nástroje. Při použití redukčních pouzder lze upínat do jednoho tělesa různé průměry stopek nástrojů.

Hydraulické upínače pak poskytují následující výhody:
• precizní upnutí nástroje při radiálním házení maximálně 3 µm;
• v důsledku nízkého radiálního házení vynikající jakost a rozměrovou přesnost obrobku;
• optimální trvanlivost nástrojů;
• přenos vyšších krouticích momentů díky optimalizovanému vnitřnímu pouzdru;
• způsobilost pro vyšší otáčky;
• tlumení vibrací u starších strojů a při nestabilních upnutích obrobků;
• snadnou a rychlou výměnu nástroje, snadné výškové nastavení a seřízení;
• možnost upnutí nástrojů různých průměrů do jednoho pouzdra (použití redukce).

K nevýhodám patří:
• vyšší pořizovací náklady;
• nejsou příliš vhodné pro frézování – hrubování nad průměr nástroje 12 mm.

Tepelná upínací pouzdra Gühring dosahují optimálního spojení mezi upínacím pouzdrem a stopkou nástroje.

V případě upnutí nástroje v tepelném upínacím pouzdru jsou jedinými rozhodujícími faktory pro bezpečné upnutí nástroje v držáku ohřev a ochlazení tělesa pouzdra. Ohřevem se tepelné upínací pouzdro roztáhne tak, aby nástroj mohl být vložen, popř. vyjmut. Při ochlazení se pouzdro opět smrští a upne vložený nástroj maximální upínací silou. Protože některé části tepelných upínacích pouzder mohou být v důsledku ohřevu velmi horké a kromě toho jsou upínány, popř. vyjímány nástroje s ostrými hranami, měly by být při tepelném upínání používány kevlarové rukavice pro ochranu před popálením a pořezáním.

Zatímco někteří výrobci těchto produktů používají běžnou cementační ocel, zde se používá speciální nástrojová ocel se specifickými vlastnostmi. Výsledkem je vyšší rychlost reakce teplotního roztažení a lepší snášenlivost vůči teplotám. Tepelné upínací a uvolňovací cykly je možné provádět téměř neomezeně, musí být však použit příslušný indukční přístroj pro tepelné upínání.

Výhody tepelných upínačů:
• maximální upínací síla pro přenos vysokého krouticího momentu;
• precizní upnutí nástroje při radiálním házení maximálně 3 µm;
• v důsledku nízkého radiálního házení vynikající jakost a rozměrová přesnost obrobku;
• vynikající pro vysokorychlostní obrábění (HSC).

Nevýhody:
• upnutí nástroje je velice tuhé, což způsobuje poměrně snadný přenos vibrací z obráběcího stroje přímo k nástroji;
• tepelné upínání vyžaduje stabilní, tuhé stroje s tuhým upnutím obrobků, jinak hrozí nebezpečí vylámání ostří nástrojů, především u tvrdokovových;
• tepelné upínače nelze používat bez speciálního indukčního přístroje pro tepelné upínání nástrojů, což znamená poměrně vysoké pořizovací náklady na systém tepelného upínání.

Tyto upínače jsou všeobecně známé a hojně používané. Mezi velké přednosti patří snadná obsluha a vysoká univerzálnost – možnost upnutí nástrojů různých průměrů do jednoho pouzdra při výměně kleštiny. Mezi velké nevýhody pak patří menší přesnost radiálního házení i nedostatečná upínací síla, kdy je i možnost vytažení nástroje při pracovní operaci. Slabinou je také menší pevnost v ohybu a nedostačující dynamická vyváženost, jejichž konečným důsledkem je chvění vlastního nástroje, což podstatně snižuje jeho trvanlivost.

Mechanické upínače tohoto typu jsou v obrábění také velmi rozšířené. Jejich obsluha je velice snadná, jsou velmi levné a díky své poměrně dobré tuhosti se používají hlavně při frézovacích operacích při hrubování. Záporem je, že při obráběcích operacích je nutné kalkulovat jak s házivostí nástroje, tak i s házivostí upínače. Navazující zhoršená dynamická vyváženost a vznikající chvění pak i výrazně snižují trvanlivost upnutého nástroje.

Nepřesné upnutí vrtáku v obráběcím stroji způsobuje zvýšení jeho radiálního házení, díky němu je pak vrták zatěžován nesymetrickými a dynamickými periodickými rázy. Se zvětšující se odchylkou házivosti se rychle snižuje trvanlivost samotného vrtáku. Celkové radiální házení změřené na břitech vrtáku v obráběcím stroji vyplývá ze součtu jednotlivých radiálních házení dílčích komponentů – samotného vřetena, rozhraní vřetena a upínače (upínacího kuželu), upínače a nástroje. Jako směrná hodnota platí, že měřené radiální házení na břitech vrtáku upnutého ve vřetenu má být menší než 0,02 mm. Při používání kvalitních nástrojů a udržovaných strojů se radiální házení běžně pohybuje pod hodnotou 0,01 mm. Největší podíl na celkovém radiálním házení vykazuje v současné praxi nástrojový upínač.

Tento upínací program je postaven na modulární bázi držáků pro dokončovací obrábění s nejpřesnějším provedením, například pro PKD/CBN nástroje pro jemné obrábění či vysoce výkonné výstružníky HR500. Ten díky šesti blíže k sobě uspořádaným seřizovacím šroubům pro radiální a axiální nastavení umožňuje provádět velmi snadno úpravy a korekce polohy řezné hrany vůči symetrii rotace. Nástroje jsou pak nastaveny pro obrábění bez kymácivého efektu v mikrometrické přesnosti. Díky možnostem výběru upínačů (hydraulických, tepelných či HPC) a rozhraní, jako HSK či SK, je velmi snadné sestavit si optimální modul. Tento systém lze dodat v kombinaci s monolitickými speciálními nástroji. Přívod chladicí kapaliny je beze ztrát díky použití mezipouzdra. Systém je také v provedení pro aplikace technologií s minimálním množstvím mazání (MMS).

Kompletní program GM300 pro upínací techniku a příslušenství je vyráběn v českém výrobním závodě v Sulkově u Plzně. Pro posílení výrobních kapacit pro tento program proběhla v závodě v loňském roce výstavba nových výrobních hal s plochou 5 000 m2.

Dr.-Ing. František Plánička
Gühring
www.guehring.de
sekretariat@guehring.de