Prověřeno vlastním provozem

Vertikální obráběcí stroje

V roce 1996 byla zahájena výroba přesných vertikálních strojů řady FCV. Jedním ze zástupců řady FCV byl pětiosý portálový vertikální stroj FCV 1450 SPEED 5AX představený na brněnském veletrhu IMT 2004 v expozici společnosti Kovosvit. V současnosti probíhá modernizace vertikálních strojů řady FCV integrováním kazetového systému.

Horizontální obráběcí stroje

Od roku 1998 byl zahájen vývoj a posléze výroba horizontálních obráběcích strojů řady HSC. Úspěch tohoto vývoje byl oceněn Zlatou medailí na MSV v Brně v roce 1998. V minulém roce byl na MSV v Brně představen stroj PHC-630-4X-4P s manipulátorem kazet vycházející z nové stavebnicové koncepce horizontálních strojů.

Koncepce horizontálních strojů

V rámci projektu MPO v programu Impuls byla vyvinuta stavebnicová koncepce čtyřosých a pětiosých horizontálních strojů. Tyto stroje jsou určeny pro obrábění menších a středně velkých součástí. Celá koncepce řady čtyřosých a pětiosých strojů vychází z nástrojařského pětiosého horizontálního centra NHC-630-5X s jednokazetovým uspořádáním. Stroj je určen pro přesnou kusovou výrobu. Druhá varianta produkčního horizontálního centra - PHC-630-5X-2P (pětiosá), PHC-630-4X-2P (čtyřosá) - je s dvoukazetovým uspořádáním, včetně vzájemné rotační záměny kazet. Dvojice zaměnitelných kazet umožňuje v překrytém čase výměnu obrobků nebo celé kazety. Třetí variantou je produkční horizontální centrum - PHC-630-5X-4P (pětiosé), PHC-630-4X-4P (čtyřosé) -, které je vybaveno vertikálním manipulátorem kazet. Tato varianta umožňuje nasazení v automatických pružných výrobních systémech, výrobních buňkách, robotických pracovištích a dále umožňuje pomocí manipulátoru kazet propojit až pět horizontálních strojů do jedné skupiny.

Kinematické uspořádání

Stavebnicová koncepce řady strojů je navržena s vodorovným ložem, na kterém je pevný stojan (věž) nesoucí výsuvnou pinolu v ose Z. V pinole je umístěno vysokorychlostní elektrovřeteno. Pro čtyřosé provedení stroje je vřeteno v horizontální poloze a v případě pětiosého provedení se vřeteno sklápí až do svislé polohy. Pinola vřetena je umístěna na křížovém suportu, který zajišťuje lineární pohyb pinoly ve vodorovné ose Z a ve svislé ose Y. V případě pětiosého provedení se vřeteno sklápí v ose A okolo vodorovné osy X. Osa A je řízena jako souvislá a splňuje požadavky souvislého pětiosého obrábění. Jak čtyřosá, tak pětiosá varianta horizontálního stroje je vybavena otočným stolem s výměnou kazet pro upínání obrobků. Kazeta se vodorovně přesouvá v ose X na konzole po svisle uložených lineárních vedeních, otočná část kazety se souvisle otáčí v ose B. Výměnná technologická kazeta umožňuje nasazení strojů v automatických pružných výrobních systémech, buňkách a robotických pracovištích. Kazeta umožňuje frézování i soustružení rotací obrobku kolem svislé osy B. Soustružení se provádí nástrojem upnutým v elektrovřetenu při jeho úhlovém zpevnění. Výměna nástrojů a obrobků i dalších pomocných manipulačních pohybů je založena na koncepci CNC řízení všech pohybů digitálními servomotory s absolutním odměřováním.

Výhody kinematického uspořádání

Pro stavebnicovou koncepci horizontálních strojů je použito uspořádání s pevným stojanem, které snižuje na minimum pohyblivé hmoty stroje. Jsou tak vytvořeny velmi dobré předpoklady pro dosažení vysoké statické přesnosti strojů. Pevné spojení základního rámu a věže stroje minimalizuje váhové deformace základního rámu, které by vznikaly pojezdem těžké věže na poddajném základu. Uspořádání s pevným stojanem zajišťuje dosažení vysoké tuhosti při přenosu řezných sil mezi nástrojem a obrobkem. Lineární vedení jsou umístěna v těsné blízkosti elektrovřetena nebo podélně posuvného stolu. Jsou tak minimalizovány nepříznivé vlivy deformací těchto vedení na relativní odchylky prostorových poloh nástroje a obrobku účinkem řezných a třecích sil. Z hlediska dosažení nejlepších dynamických vlastností stroje, zejména vyšších rezonančních frekvencí ohybových kmitů stojanu, který v případě pojízdného provedení byl pravděpodobně nejkritičtější dynamickou skupinou stroje. Lože i pevný stojan jsou vyplněny speciální betonovou směsí, která výrazně zvyšuje statickou tuhost stroje bez zhoršení dynamických parametrů pohyblivých hmot. Betonová směs zvyšuje odolnost proti vibracím a šokům všeho druhu, může se jednat o samobuzené kmity z řezného procesu, o impulzy reakčních sil a momentů při skokové změně zrychlení nebo o vibrace základu přenášené z okolí. Konzolové zavěšení otočného stolu na boční stěně lože umožňuje třískám vznikajícím při procesu obrábění volně padat ze stolu přímo do vynašeče třísek, a tak nemohou ohřívat žádnou nosnou část rámu a nezpůsobují žádné tepelné deformace ovlivňující relativní polohu nástroje vůči obrobku.

Konstrukční provedení strojů

Nosná struktura stavebnicové konstrukce horizontálních strojů je navržena z ocelových svařenců. Pohyb ve všech lineárních osách X, Y, Z zajišťují válečková lineární vedení při použití dvouchodých kuličkových šroubů s dosažením maximální posuvové rychlosti 90 m.min^-1 a zrychlením 1g. Kuličkové šrouby jsou předepnuté s umožněním axiální dilatace na protilehlém konci pohonu a přesnost lineárního pohybu je zajištěna přímým odměřováním. Rotační pohyb otočného stolu (osa B) zajišťuje vysokomomentový prstencový motor. Pro sklápění elektrovřetena v ose A v případě pětiosé varianty horizontálního stroje je použit bezvůlový klikový mechanismus s přímým odměřováním zajišťující velký krouticí moment a dlouhou životnost.

Kazetový systém

Při návrhu obráběcích strojů je zřejmá snaha slučovat do jednoho stroje více technologií obrábění - vznikají tak víceprocesní stroje. Ve většině případů je jedna technologie dominantní a další jsou pouze doplňkové, rozšiřující možnosti obráběcího stroje, ale nelze hovořit o plnohodnotných způsobech obrábění. Vapos vyvinul kazetový systém, který rozšiřuje technologické možnosti strojů na plnohodnotné soustružení, plnohodnotné soustružnické frézování a plnohodnotné frézování. Kazeta je koncipována tak, aby bylo možné hrubovat i dokončovat. Principem manipulace je kazetový systém, který je velmi podobný paletovému systému. Základní zástavbové rozměry mohou být shodné. Na rozdíl od palety je kazeta pevně spojena (např. hydraulickými upínači) s nosnou částí skříně rotační osy. Přímo do kazety jsou integrována ložiska umožňující rotační pohyb středu kazety, střed kazety je unášen pomocí bezvůlové spojky. Ložiska kazety, respektive celá kazeta, se volí dle požadované technologie obrábění, velikosti, typu a hmotnosti obrobku. Ložisko umístěné v kazetě přenáší zatížení od hmotnosti obrobku a výslednici řezných sil z obrábění včetně klopných momentů. Ložisko náhonové rotační jednotky nemusí přenášet žádné z uvedených druhů zatížení, jak je tomu u všech typů strojů. Tato jednotka může být výrazně zjednodušena a její ložisko dimenzováno pro silové zatížení od pohonu. Tím se výrazně zvýší životnost rotační jednotky. Hlavní nosné ložisko je umístěno těsně pod obrobkem (oproti stávajícím konstrukcím rotačních os v případě paletových systémů).

Pro ověření kvality a správnosti technických řešení jsou všechny prototypy a stroje ověřovací série nasazeny do nepřetržitého provozu ve strojírenském podniku Vapos. Např. první trojice vertikálních strojů vyrobených v roce 1996 pracuje s minimálními odstávkami v nepřetržitém provozu dodnes.

Ing. Martin Kukačka

Vapo

josef.bernard@vapos.cz