Produktivní výroba precizních závitů

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.

V tomto článku je zaměřena pozornost na výrobu závitů, protože i dnes v moderní době plné počítačů a kosmických technologií zůstávají šrouby nejčastější strojní součástí a není snad stroje nebo zařízení, kde by se nevyskytovaly. Funkční část šroubu tvoří závit, jehož chody jsou navinuty s určitým stoupáním kolem válcového jádra. Liší se svým profilem v závislosti na druhu použití. V drtivé většině případů se používají závity s pravým stoupáním, ojediněle z konstrukčních důvodů s levým. Šrouby a matice jsou normalizovány a jsou běžně dostupným artiklem v dostatečné kvalitě. Pokud jsou však závity pro šrouby předepsány konstruktéry přímo ve strojírenských součástech, je třeba je kvalitně s patřičnou přesností vyrobit. V některých průmyslových odvětvích kvalita závitů v součástech určuje funkčnost i bezpečnost celých zařízení.

Firma Gühring reagovala na zvýšenou poptávku po kvalitních závitnících jednak výstavbou nových výrobních hal v německém Treuenu v blízkosti našich hranic, ale také vývojem zcela nového synchronického závitového pouzdra s označením GühroSync. Jeho základem je hydraulický upínač, který přináší snadnou výměnu závitníku, vynikající tlumení a vystředění nástroje, s jeho výrobou jsou zde dlouholeté zkušenosti. Na úplném počátku vlastního vývoje byl však důsledný a přesný průzkum trhu. Celosvětově se používají synchronická pouzdra s upínáním závitníků do kleštin, nejčastěji v různých typech rychlovýměnných adaptérů. Drtivá většina pak používá ER závitové kleštiny s vnitřním čtyřhranem. Analýza také ukázala výhradní používání tlumicích elementů z různých typů umělých hmot (většinou na bázi polymerů) pro vyrovnávací účinek v axiálním směru (tah – tlak), které při vhodné charakteristice jsou vyhovující, ale z hlediska dlouhodobé životnosti značně omezené.

Další otázka byla, zda v dnešní době nových moderních CNC řízených tuhých strojů najdou tato synchronizační pouzdra vůbec uplatnění. V případě starších strojů s nedokonalou synchronizací otáček vřetena s posuvem je odpověď zcela jasná. U nových strojů k odchylkám také dochází, ale v menší míře. Jednak časem vlivem opotřebení daných konstrukčních částí majících vliv na vlastní synchronizaci. Dalším zdrojem odchylek je vliv tolerančního pole stoupání závitníku a tepelné ovlivnění během řezného procesu. Kromě toho také samotné řezání závitů není rovnoměrný dynamicky vyvážený proces. Praktické výrobní aplikace ukazují, že dynamické chování vřetena obráběcích strojů a jeho posuvu vyvolávají také odchylky v synchronizaci při řezání závitu. K největším odchylkám dochází při zařezávání závitníku a při reverzaci pohybů u dna neprůchozích závitů. Pokud v těchto případech není závitník veden s patřičnou synchronizací, je vystaven značným axiálním a radiálním silám, při rozběhu a brzdění otáček musí odolávat také zvýšeným vibracím. Tyto nepříznivé faktory mají v konečném důsledku přímý vliv na snižování trvanlivosti závitníku i snižování kvality zhotoveného závitu. Při používání synchronizačního upínacího pouzdra s patřičným vyrovnáváním axiálních, radiálních sil a tlumením vibrací je možné snížit opotřebení příslušného nástroje až o 75 %.

Vyrovnávací upínací pouzdro GühroSync v sobě spojuje výhody hydraulických pouzder s výhodami synchronizačních pouzder pro závitníky. Jako jeden kompaktní celek, kombinující odpružení kovovými pružinami s tlumením polymerových elementů a hydraulické upínání, redukuje a vyhlazuje spolehlivě axiální i radiální zatížení, odlehčuje závitníku. Závitník je upnut v redukčním pouzdře s vnitřním čtyřhranem. Dostatečná škála redukčních pouzder s přehledem pokrývá potřebný rozsah průměrů stopek závitníků.

Díky tomuto principu zůstává zachována stejná flexibilita, jakou vykazují ER kleštiny, kdy v těchto pouzdrech je možné upínat nejen stopky v toleranci h6 (jak je obvyklé u hydraulických pouzder), ale také závitníky se stopkami v běžnější volnější toleranci h9 .

V současné době systém GühroSync zahrnuje skladové provedení pro nejčetněji používané upínací kužely HSK63 a HSK100. Pro rozšíření i na další druhy méně používaných kuželů SK40, SK50 i např. HSK80 byl vyvinut modulární systém, jehož základem je přechodová modulární stopka. Tato stopka však není o průměru 25 mm s HB/HE ploškou (jak je dnes obvyklé u konkurenčních systémů), ale je zde použita hladká válcová stopka HA o průměru 20 mm. Toto modulární pojetí pak preferuje tepelné upnutí při vlastní výrobě. Tyto vysoce kompaktní upínače jsou štíhlé, jednoduchého tvaru, který zabraňuje jeho znečišťování a zachycování třísek při provozu. Obsluha při upínání či uvolnění závitníku vystačí pouze s jedním inbus klíčem. Díky vysoké modularitě je možné tato synchronizační pouzdra aplikovat prakticky na každý stroj, který je schopen řezat závity. Pro řezací i tvářecí závitníky je v současné době zaveden skladový systém pro nejběžnější rozsah závitů M5 až M20. V krátké době dojde k rozšíření skladového sortimentu pro menší i větší závity. Modulární konstrukce umožňuje i vysoce variabilní provedení synchronizačních pouzder podle speciálních požadavků jednotlivých uživatelů např. s větší délkou, popř. štíhlejším tělem. Všechny varianty je pak možné velmi snadno kombinovat ještě s dalšími progresívními technologiemi Gühring, jako např. MMS nebo GühroJet.

Současní uživatelé pouzder GühroSync se dělí na dvě skupiny. V první skupině jsou ti, kteří synchronizační pouzdra nikdy nepoužívali a byli přesvědčeni, že toto zařízení nepotřebují, protože mají dostatečně tuhý stroj, jehož CNC řídicí systém má synchronizační programy pro závitování. Ve druhé skupině jsou uživatelé, kteří již používali konkurenční synchronizační pouzdra. Tito uživatelé z obou skupin na základě testů a porovnání výsledků z předešlých způsobů výroby závitů s novým při použití synchronizačního pouzdra zjistili veškerá pozitiva tohoto systému. V každém případě jde o jednoduché a spolehlivé upínání závitníku jedním klíčem, jeho snadné výškové nastavení. Štíhlé konstrukční provedení pouzdra bez zbytečných hran snižuje riziko kolize s obrobkem a zabraňuje jeho znečišťování a zachycování třísek při provozu. Velmi významným faktorem však je zvýšení trvanlivosti závitníku, možnost zvýšení parametrů, což v důsledku znamená snížení produkčních časů. Vynikající soustřednost s minimální odchylkou radiálního házení v kombinaci s precizním vyvážením mají přímý vliv na zlepšenou kvalitu zhotoveného závitu včetně vysoké provozní spolehlivosti.

Tato synchronizační závitová pouzdra jsou vyráběna v rámci celého komplexního programu GM300 pro upínací techniku a příslušenství v českém výrobním závodě v Sulkově u Plzně. Pro posílení výrobních kapacit probíhá v tomto závodě v současné době výstavba nových výrobních hal s plochou 5 000 m2, které budou dokončeny do konce letošního roku.

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring

sekretariat@guehring.de
www.guehring.cz