Témata
Reklama

Řešení tepelných deformací obráběcích strojů

Jsou Vám blízké následující zásady? CNC obráběcí stroj je třeba po zapnutí nechat zahřát. Po přerušení výroby (výměna otupených nástrojů, svačina) je nutné následující obrobek přeměřit a případně udělat korekce. V zimním období je nutno kontrolovat výrobu častěji. Pak vězte, že za nimi s největší pravděpodobností stojí tepelné deformace!

Ondřej Svoboda

Jednatel a spolumajitel společnosti Misan. Vystudoval čtyřleté gymnázium. Z mimoškolních aktivit se věnoval prakticky denně sportu. Po ukončení doktorského studia na ČVUT a nástupu do zaměstnání si dálkovou formou doplnil vzdělání v elektrotechnice (výuční list) z důvodu získání oprávnění pracovat samostatně na zařízeních pod napětím (vyhláška 50). Jeho volba padla na Strojní fakultu ČVUT, specializaci „výrobní stroje a zařízení“. Po ukončení doktorského studia spojeného se zaměstnaneckým poměrem ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT na Fakultě strojní ČVUT v Praze pracoval po dobu jednoho roku ve výrobním závodě jednoho z japonských výrobců obráběcích strojů v Anglii. Poté přišel do rodinné firmy Misan, kterou jeho otec spoluzakládal. Věří, že směřování jeho firmy najde pozitivní odezvu v českém průmyslu, jehož budoucnost vidí právě v zaměření na složité a přesné výrobky vyráběné s nejvyšší produktivitou. 

Ujasněme si tedy základy této problematiky a ukažme si příklad jejího řešení u jednoho z japonských výrobců obráběcích strojů.

Reklama
Reklama
Reklama

Co jsou tepelné deformace u obráběcích strojů?

Stručně a zjednodušeně řečeno jde o nežádoucí reakci stroje na změny teplot, které se projeví změnou rozměrů finálního výrobku, tedy obrobku. Všichni dobře víme, že každý materiál, z něhož je určitý objekt vyroben, má svůj součinitel teplotní délkové roztažnosti – při zahřátí součásti se jmenovitým rozměrem jeden metr o jeden stupeň Celsia dojde k délkové dilataci právě o hodnotu zmiňovaného součinitele (v daném směru). Pochopitelně, že čím je objekt geometricky složitější, tím komplexnější bude charakter jeho deformace a již se nebude jednat o prostou jednoosou dilataci, ale může docházet například k jeho kroucení či ohýbání.

Schéma principu tepelných kompenzací TAS-C a TAS-S

Kde se ona změna teploty bere?

Zdroj tepla může být vnější nebo vnitřní. Vnější zdroje tepla nevznikají při vlastním provozu zkoumaného stroje, ale jedná se o vlivy okolí. Typickým představitelem je teplota okolního vzduchu. V průmyslových halách a ještě výrazněji v malých prostorách (v extrému garážová výroba) se teplota vzduchu v průběhu každého dne mění vlivem topení (zde hraje roli i roční období), slunečního záření, nebo například teplem generovaným při provozu jiných výrobních i nevýrobních strojů a zařízení. Důležitým kritériem pro tepelné deformace jsou právě změny teploty neboli gradienty. Jde buď o změny v čase (náhlé změny teploty například v důsledku otevření vrat v zimním období způsobí teplotní šok pro obráběcí stroj), nebo o gradienty prostorové (rozdíly teplot v různé výšce nad podlahou, ale také rozdíly v různých místech ve stejné výšce). Vnitřní zdroje tepla vznikají vlastním provozem obráběcího stroje. Zde lze dále dělit na teplo od řezného procesu a na teplo vytvářené nejrůznějšími agregáty a mechanismy stroje (čerpadla, servomotory, pohony vřeten, silová elektrovýzbroj). Nepříjemným aspektem vnitřních zdrojů tepla je, že některé z nich vznikají přímo uvnitř konstrukce stroje (uvnitř lože a dalších nosných součástí) a poté se také uvnitř konstrukce šíří.

Koncept společnosti Okuma vychází ze sofistikované konstrukce stroje s dobře predikovatelnými teplotními deformacemi.

Jak zjistíme velikost (tedy závažnost) tepelných deformací?

Ve výrobním prostředí se vše ukáže na výrobku – stačí ho proměřit a je jasno. Na nepřesnostech dílce se pochopitelně projevují i další vlivy stroje (geometrická přesnost, dynamické vlastnosti, technologie obrábění, upnutí polotovaru), a proto existují jednak normalizované (nebo jen typizované) obrobky, které dobře postihují právě tepelné chování stroje, anebo lze přistoupit k normalizovaným zkouškám pro určení tepelných deformací. V rámci provádění těchto zkoušek je snahou oddělit vliv vnějších a vnitřních zdrojů tepla. Nejčastěji se měří vliv vnějšího prostředí na relativní polohu nástroje vůči obrobku (tzv. ETVE zkoušky), dále se zjišťuje vliv chodu vřetena a někdy i pohybu v jednotlivých strojních osách.

Jak čelit tepelným deformacím?

Soubor zásad uvedených v úvodu tohoto článku nepředstavuje efektivní způsob řešení tepelných deformací u obráběcích strojů, nýbrž nepříjemnou praxi zavedenou v mnoha výrobních podnicích. Jde v podstatě o důsledek nesystematického přístupu k této problematice ze strany výrobce stroje, který vědomě přenechává tuto starost technologům a obsluze strojů. Samozřejmě že každý, kdo se rozhoduje o pořízení nového stroje, by měl dobře zvážit schopnosti vybraného stroje z hlediska „boje“ s tepelnými deformacemi a v konečném důsledku je tedy v tomto smyslu zodpovědný za dění na dílně a za kvalitu produkovaných dílců.

Příklad výsledků kompenzace odchylek způsobených změnami teploty

Zodpovědný výrobce číslicově řízených obráběcích strojů musí k problematice tepelných deformací přistupovat s maximální vážností, tj. zohledňovat tento aspekt ve všech fázích konstruování nového modelu. Na příkladu japonské firmy Okuma představíme systematický přístup, který je v několika ohledech zcela výjimečný.

Okuma Thermo Friendly Concept

Jmenovaný koncept společnosti Okuma vychází ze sofistikované konstrukce stroje s dobře predikovatelnými teplotními deformacemi způsobovanými jak vnějšími teplotními změnami, tak i vlastními zdroji tvorby tepla – v zásadě jde o jejich eliminaci, izolování nebo změnu umístění. Vše se vyhodnocuje v inteligentním řízení, které nejenže sbírá informace z pasivních teplotních snímačů, ale navíc dokáže předpovídat teplotní zátěž od vřetena a servomotorů ze sledování a vyhodnocování charakteru práce největších zdrojů tepla.

Svislé obráběcí centrum Okuma MB-46VA

TAS-C konstrukce stroje

Při obrábění za neustálené okolní teploty je dosahovaná přesnost závislá na tepelných deformacích stroje i obrobku, přičemž dochází ke změně relativní polohy nástroje vůči obrobku. Systém TAS-C konstrukce (Thermo Active Stabilizer) založený na znalosti tepelného chování stroje a s využitím informací z optimálně umístěných teplotních čidel a polohy suportů v souřadných osách precizně předvídá a kompenzuje tepelné deformace stroje při změnách okolní teploty.

TAS-S vřeteno

K tepelným deformacím vřetena dochází jak v průběhu jeho chodu, tak při zastavení, což má negativní vliv na přesnost při obrábění. Systém TAS-S respektuje nejen teplotu vřetena, ale i průběh chodu vřetena včetně doby jeho zastavení. Tepelné deformace vřetena jsou precizně kontrolovány a kompenzovány ve všech provozních režimech.

Dosahované parametry

Thermo Friendly Concept zaručuje až desetinásobné zúžení rozptylu dosažených výsledků obrábění, aniž by byla vyžadována aktivní účast obsluhy stroje. Eliminuje vliv přerušení práce, nákladné udržování konstantních podmínek obrábění a při vyloučení náhlých změn teploty uvnitř výrobní haly i instalace nákladných klimatizačních systémů.

Ing. Ondřej Svoboda, Ph.D.

Misan
hendrichova@misan.cz
www.misan.cz

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 130734
Datum: 25. 06. 2013
Rubrika: Výroba / Obrábění
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

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.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

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.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Technologie pro firmu s dobrou tradicí

Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

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