Témata
Reklama

Příručka pro technology: Dynamické frézování - využití kompenzačního přístupu

Výroba správně opracovaného komponentu je záležitostí přeměny hrubého obrobku v dokonale dokončený kus tím nejúčinnějším a nejefektivnějším způsobem. Dosažení tohoto cíle je částečně záležitostí geometrie (dráha frézy) a částečně technologie (výběr frézy a řezných podmínek).

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Dynamické frézování je výraz, který byl poprvé použit v polovině osmdesátých let společností Seco při spolupráci s výrobcem automobilů ve Velké Británii. Základní myšlenkou bylo vytvořit takovou kombinaci dráhy nástroje a řezných podmínek, aby kompenzační postupy, popsané v předchozích článcích, byly v praxi aplikovány správně. Nástroj se tedy pohybuje tak, aby pracoval technologicky nejlepším možným způsobem, a pokud je to z geometrického hlediska nemožné (např. z důvodu geometrie obrobku), jsou řezné podmínky průběžně modifikovány tak, aby bylo dosaženo maximální efektivity. Tehdy však nebyly počítačové numerické řídicí systémy či CAM softwary (a mechanické možnosti obráběcích strojů) na takové výši, která by umožňovala dynamické frézování skutečně provádět. V dnešní době však již softwarová vybavenost umožňuje realizovat přístupy dynamického frézování v praxi.

Reklama
Reklama
Reklama

Konstantní zatížení frézy

V současnosti je dynamické frézování většinou definováno jako strategie, kdy se ve vygenerované dráze nástroje po celou dobu úhel záběru nástroje (tj. úhel, ve kterém je fréza v kontaktu s materiálem obrobku) nemění. Tímto způsobem pak udržujeme zatížení frézy (mechanické i tepelné) také konstantní. To má dvě hlavní výhody: řezné podmínky (řezná rychlost a posuv) lze udržet na konstantní úrovni a technologické faktory (řezné síly, teplota v řezu, …) určující řezný proces jsou stabilnější, což vede k mnohem předvídatelnějšímu chování frézy (umožňuje lepší kontrolu opotřebení a životnosti nástroje i dosažení lepší kvality obrobku).

Vysoce výkonné frézování

Tuto strategii lze provést třemi možnými technologickými způsoby frézování. Tyto tři optimalizační postupy umožňují využití tří rozdílných vlastností ostří nástroje (řezný materiál, řezná geometrie a celková pevnost ostří). Který z nich je pro danou situaci nejvhodnější, určuje řada technologických prvků, např. stabilita obráběcího stroje a obrobku, materiál obrobku, požadovaná kvalita povrchu atd.

Ukázka nástrojů společnosti Seco

Strategie, s níž lze dosáhnout nejvyšší nákladové efektivity spolu s vysokou produktivitou, se nazývá vysoce výkonné frézování (HPM; obrábění s velkou hloubkou řezu = ap). Tato strategie je založena na použití frézy s možností nastavení velké axiální hloubky řezu, využití velké radiální hloubky řezu, přiměřeného posuvu a střední řezné rychlosti. Vzhledem k vysokým řezným parametrům je tato metoda využitelná pouze za velmi stabilních podmínek a na obráběcích strojích s dostatečným výkonem. S metodou HPM – vysoce výkonným frézováním – souvisí i technologie zvaná „peel milling“. Jedná se o metodu jemného řádkování, kdy je používána menší radiální hloubka řezu, velká axiální hloubka řezu a vysoká řezná rychlost.

Trochoida je geometrická křivka, která je vytvořena bodem na kruhu, jenž rotuje a jehož střed se zároveň pohybuje.

Frézování vysokým posuvem (HFM; obrábění s vysokým posuvem na zub = fz) je technologie využívající malou axiální hloubku řezu, větší radiální hloubku řezu, vysoké posuvy a střední až vysoké řezné rychlosti. Tento způsob frézování je nejvhodnější u méně stabilních operací, např. při frézování s dlouhým vyložením nástroje.

Vysokorychlostní frézování (HSM; obrábění s vysokou řeznou rychlostí = vc) (pozor, nezaměňovat s frézováním vysokými otáčkami!) je vhodné pro obrábění s malou radiální i axiální hloubkou řezu, s malým úběrem materiálu (nízkým posuvem), vysokou řeznou rychlostí, ostrými břity a tvrdými řeznými materiály.

Posuv je pohyb středu nástroje.

Diskuse o tom, která z uvedených metod frézování je nejlepší nebo nejvhodnější, není tématem tohoto článku. Lze však poznamenat, že pořadí, ve kterém jsou tyto tři strategie uvedeny, by mělo být zohledňováno při rozhodování o jejich využití v praxi.

Dynamické obrábění

Trochoidní frézování lze považovat za typický příklad dynamického obrábění. Tento způsob frézování je od přelomu století společností Seco velmi podporován ve smyslu optimalizace možností využití monolitních karbidových fréz Jabro a lze jej využívat u většiny typů nástrojů i frézovacích operací. Původně byla tato strategie vyvinuta s cílem optimalizovat využití monolitních karbidových fréz při obrábění součástí z tvrdého materiálu (s tvrdostí nad 45 HRC). Hlavní zásadou pro úspěšné obrábění tvrdých materiálů je lepší kontrola vzniku tepla. Množství tepla lze omezit na přijatelnou úroveň snížením úhlu záběru nástroje. Detailní popis této strategie (někdy označované jako malý úhel záběru či malý úhel opásání) je již popsán v předchozím článku této série. Tento postup je s výhodou využíván např. při bočním frézování, kdy lze polohu frézy vůči obrobku snadno měnit (ve směru dovnitř či ven). Při drážkování či frézování kapes je však situace zcela odlišná, neboť radiální hloubka řezu je u těchto typů obrábění fixní. Použijeme-li však trochoidní dráhu nástroje (trochoida je geometrická křivka, která je vytvořena bodem na kruhu, jenž rotuje a jehož střed se zároveň pohybuje), dosáhneme stavu, kdy lze radiální hloubku řezu řídit a upravovat. Tím je pod kontrolou i úhel záběru nástroje a lze tedy využít strategii malého úhlu záběru. I když byl tento způsob vyvinut pro obrábění tvrdých materiálů, v současnosti se s úspěchem hojně využívá v aplikacích, kdy mechanické zatížení frézy omezuje její optimální využití. Trochoidní frézování v sobě tím nejlepším možným způsobem kombinuje parametry řezných podmínek a dráhy nástroje, které zaručí nejvyšší efektivitu procesu obrábění.

Definice řezných podmínek

Při uplatňování výše uvedených principů je však zcela zásadní to, aby byly definice řezných podmínek důkladně pochopeny a odpovídajícím způsobem aplikovány.

Radiální hloubka řezu

V první řadě je důležité správně použít posuv. Rychlost posuvu je definována jako taková rychlost pohybu osy frézy, kdy je tloušťka třísky (střední tloušťka třísky, maximální a minimální tloušťka třísky) optimální a zůstává v souladu s použitou řeznou geometrií. Při lineárním frézování lze tento požadavek celkem snadno dodržet, u nelineárního je však třeba tomuto faktoru věnovat zvýšenou pozornost. Často se totiž stává, že je hodnota posuvu vztahována k bodu na obvodu nástroje místo k jeho středu, což je příčinou velkých problémů s chováním frézy při obrábění.

Vymezení radiální hloubky řezu

Dalším rizikovým bodem může být vymezení radiální hloubky řezu. Je to právě radiální hloubka řezu, která určuje (spolu s průměrem frézy) úhel záběru nástroje. Radiální hloubka řezu je definována jako šířka, ve které je fréza v kontaktu s materiálem obrobku, měřená rovnoběžně s její radiální osou. Při nesprávně stanovené radiální hloubce řezu dojde samozřejmě k narušení optimálního chování nástroje. Tyto problémy se projevují zejména u operací, kde jsou kombinovány různé typy pohybů.

Fréza s kulovým čelem – souvislost řezného průměru a tloušťky třísky

Zvláštní pozornost je třeba věnovat frézám s nelineárními břity (kulové frézy, frézy s kruhovými břitovými destičkami). Při použití tohoto typu fréz je opravdu nutné dobře pochopit souvislost řezného průměru a tloušťky třísky. Řezný průměr je největší průměr frézy, který je v daném okamžiku v kontaktu s materiálem obrobku. Velikost tohoto průměru je průběžně ovlivňována změnou axiální hloubky řezu a prostorovým pohybem frézy. Tloušťka třísky musí být v tomto případě posuzována ze dvou hledisek: v závislosti na průměru frézy má totiž jak radiální, tak i axiální hloubka řezu vliv na poměr mezi tloušťkou třísky a posuvem.

Neznámé kapacity obrábění

Použití výše popsaných postupů může vést k velmi pozoruhodným výsledkům (viz příklad v tabulce na obrázku). Lze totiž uvolnit spoustu doposud téměř neznámé kapacity obrábění. Pokud by byla takto získaná mimořádná kapacita dále kombinována s dráhou nástroje splňující kritéria „dynamické“ strategie, bylo by možné dosáhnout bezkonkurenční úrovně produktivity a nákladové efektivity obrábění.

Fréza s kulovým čelem

Tento závěrečný článek o dynamickém frézování stručně popisuje praktické uplatňování základních faktorů, které společně tvoří zásady kompenzačního přístupu při frézování. Správné pochopení procesu obrábění v kombinaci s výkonnými CAM systémy nebo numerickými řídicími systémy vede k dosažení vysoce účinného výrobního procesu obrábění kovů.

Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programme).

Patrick De Vos, MSc.

seco.cz@secotools.com

Seco Tools CZ
www.secotools.com/cz

Tabulka: Správná tloušťka třísky a řezná rychlost: příklad – fréza s kulovým čelem Ø 16 mm

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 130722
Datum: 25. 06. 2013
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Seriál
Související články
Odborné vzdělávání v rukou praxe

Znalosti kvalifikovaného personálu a poznání všech firemních souvislostí hrají mj. jednu z klíčových rolí při zavádění nových technologií a jejich efektivního využívání směrem k ekonomické stabilitě daného subjektu. Kdo je však nositelem oněch potřebných znalostí? Stát v oblasti odborného vzdělávání bohužel dlouhodobě pokulhává a důsledky nekoncepčnosti práce ministerstva školství především v oblasti středního stupně se aktuálně projevují v plné míře.

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.

Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

Zero point - efektivní způsob upínání obrobků

Soustava stroj–nástroj–obrobek předurčuje, jak přesné a kvalitní bude obrobení polotovaru obrobku. K významným, ale bezesporu velmi podceňovaným prvkům tohoto procesu patří také upínání obrobku. O trendech v upínání obrobků pomocí technologických palet pojednává tento příspěvek.

Rychlovýměnný upínací systém

Společnost v-tech v minulém roce představila modulární rychlovýměnný systém pro CNC obráběcí stroje. Slouží jako rozhraní mezi stolem CNC stroje a upínačem obrobku, který může být v podobě svěráku, univerzálního sklíčidla či přípravku.

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.

Jak úspěšné soustružit tvrzené součástí

Soustružení tvrzených součástí (HPT) se v průběhu posledních 10 -15 let stalo respektovanou a cenově efektivní alternativou k broušení. Bylo prokázáno, že díky této metodě lze zkrátit dobu obrábění a snížit náklady o 70% i více. Ale vedle výhod souvisejících se zkrácením vlastního času cyklu, nabízí HPT i celou řadu dalších výhod. HPT je definováno jako soustružení ocelí s tvrdostí vyšší než 45 HRC (obvykle v rozmezí 55-68 HRC), přičemž jako typické příklady obráběných součástí lze zmínit brzdové kotouče, převodová kola, pastorky řízení, sedla ventilů, písty, vložky válců nebo tělesa spojek.

Bezdotykové orovnávání brousicích kotoučů

Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.

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.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

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