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

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
Příručka pro technology: Ekonomika výroby a celková optimalizace

Ve zpracovatelském průmyslu jsou využívány různé výrobní postupy. Jedním z nich je obrábění kovů, které slouží ke zhotovení obrobků zadaných rozměrů a tvarů, tolerancí a kvality povrchu. Pro obrábění kovů je typická rozmanitá škála používaných obráběcích nástrojů. A nabídka nástrojů ze strany všech dodavatelů je obrovská. První otázkou je, zda jsou všechny tyto nástroje skutečně potřebné. A druhou, zda jsou tyto nástroje aplikovány tak, aby bylo využito jejich maximálního možného výkonu.

Příručka pro technology: Proces obrábění v nerezových ocelích - závěrečné tipy

V předchozích článcích byly popsány materiálové vlastnosti nerezových ocelí a jiných materiálů obrobků, které určují jejich obrobitelnost. Hovořilo se o mechanických i tepelných vlastnostech, chemickém složení, tendenci k deformačnímu zpevnění, struktuře materiálu, vměstcích i o dalších podstatných faktorech obrobitelnosti, jako jsou řezné síly, generované teplo a teplota, utváření třísky a kvalita obrobené plochy. Také byly zmíněny souvislosti mezi vlastnostmi materiálu obrobku a těmito faktory obrobitelnosti.

Příručka pro technology - Jak rozpoznat správné utváření třísek?

Při procesu obrábění kovů je materiál z obrobku odebírán řeznou hranou ve formě třísek. Pokud mají vzniklé třísky nesprávný tvar či jsou odváděny nevhodným způsobem, dojde ke snížení obrobitelnosti. Řízení procesu utváření a odvodu třísky je tedy velmi důležité pro zajištění vysoké obrobitelnosti a efektivity výroby.

Související články
Příručka pro technology - Jak je to s řeznými silami?

V minulém čísle byl tento seriál zaměřen na obrobitelnost nerezových ocelí. Tento článek je zaměřen na řezné síly při obrábění kovů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Příručka pro technology - Obrobitelnost nerezových ocelí

V minulém čísle Patrick de Vos seznámil čtenáře s pojmem obrobitelnost. V tomto díle se zaměřil na obrobitelnost nerezových ocelí.

Další krok: propojení technologie obrábění kovů s ekonomikou výroby (2. část)

Proces obrábění kovů je způsob výroby, kdy jsou obrobky vyráběny odebíráním materiálu ve formě třísek. Ostří nástroje vtlačováno do materiálu obrobku, ten se deformuje tak silně, až dojde k oddělení materiálu ve formě třísek. Základním prvkem v tomto procesu je řezná hrana, která provádí skutečný řezný proces. Pochopení vzájemného působení mezi břitem a materiálem obrobku je základem pro důkladné porozumění procesu obrábění kovů.

Příručka pro technology: Profesionální obrábění kovů … mýtus nebo realita?

Řezné procesy obrábění kovů představují jednu z nejvýznamnějších skupin metod používaných při výrobě obrobků, neboť přinášejí velmi vysokou přidanou hodnotu. Základními užívanými procesy jsou soustružení, vrtání, frézování, vyvrtávání a vystružování a některé další. Cílem využití těchto procesů je výroba obrobků s vysokým stupněm efektivity, tzn. dosažení požadované kvality v daném čase a s vynaložením přiměřených nákladů.

Příručka pro technology: Kompenzační přístup při frézování - řezná rychlost

Výroba správně opracovaného komponentu je záležitostí přeměny hrubého obrobku v dokonalý finální kus tím nejúčinnějším a nejefektivnějším způsobem. Toho lze docílit správnou volbou geometrie (dráha frézy) v kombinaci s vhodnou technologií (výběr frézy a řezných podmínek).

Příručka pro technology - Obrobitelnost

V minulém čísle jsme čtenáře seznámili s připravovaným odborným seriálem na téma obrábění nerezových ocelí. Patrick de Vos, manažer technického vzdělávání ve společnosti Seco Tools Group, ve svém prvním díle popisuje základní pojem obrobitelnost.

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.

Od tlakové slévárny až po kompletní výrobu

Outsourcing u sléváren a kováren nabývá na důležitosti. Přesun obrábění od OEM výrobců do sléváren vedl k tomu, že se řada tlakových sléváren přeorientovala na kompletní výrobu. Příkladem je závod Ljunghäll v České republice, který s podporou firmy Grob rozšířil výrobu z tlakového lití na dodávky komplexních dílů pro automobilový průmysl.

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.

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
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