Revitalizace strojního parku a obslužných procesů

Koncem roku 2008 byla vedením společnosti podána žádost do Operačního programu Podnikání a inovace, programu Inovace (výzva II). Ve čtyřech etapách, z nichž poslední končí v červenci tohoto roku, je proinvestováno 280 mil. Kč včetně 62 mil. Kč dotací z již zmíněného programu. Revitalizace byla realizována ve třech směrech. Nasazeno bylo 12 nových obráběcích strojů, jeden tvářecí stroj, jeden laserový vypalovací stroj a měřicí prostředky.

Soustružnické multifunkční centrum

Jednou z unikátních obráběcích technologií, která byla instalována, je multifunkční soustružnické centrum NT 6000/6600 DCG od firmy Mori Seiki, jež patří k vlajkové lodi jejího výrobního portfolia. Tento typ soustružnických strojů je charakteristický využitím vřetenové hlavy, která obdobně jako u předešlých strojů dokáže spojit možnost upínání vrtacího, frézovacího a soustružnického nástroje. Osa rotace obrobku je vodorovná. Stroje řady NT využívají principu Box in Box. Dále jsou na něm aplikovány všechny výše uvedené originální konstrukční principy Mori Seiki. Kromě zmíněného principu Box in Box stroj vyniká termosymetrickou konstrukcí skupiny vřeteno/revolverová hlava a mohutným ložem absorbujícím veškeré možné zdroje kmitání.

Výsuvná vřetenová hlava upevněná na konci smýkadla je plně podepřena a pohybuje se v těžišti. Náhon v centru gravitace (DCG) umožňuje též výrazným způsobem redukovat vibrace. Smýkadlo, na jehož konci je vřetenová hlava, má osmiúhelníkový průřez. Jak náhon vřetena, tak i její natáčení jsou provedeny pomocí elektrovřeten. Výměna nástrojů je realizována pomocí skladovacího zásobníku a výměnné ruky. Celá konstrukce je teplotně stabilizována pomocí chlazení jednak kuličkových šroubů, jednak vřeteníku. Revolverová hlava má náhon rotačních nástrojů realizován také pomocí elektrovřetena. Jedná se o velmi důmyslně promyšlenou modulární konstrukci s velkou možností technologických opcí, což činí tento stroj tak univerzálním, že je možné obrábět různé typy součástí.

Portálové centrum

Dalším strojem, který byl instalován, je vysokorychlostní obráběcí centrum portálového typu FZ 42 od firmy Zimmermann. Jedná se o modulární stavebnicovou koncepci stroje tak, aby bylo možné libovolně kombinovat různé druhy opracování. Uspořádání s pevnými bočními stěnami a pevným upínacím stolem, stejně jako v horní části v ose X pojíždějícím portálem (horní gantry) nabízí výrazné výhody. Stůl stroje je pevně ukotven k základům stroje, aby se obrobek nemusel pohybovat. Opracování tak vždy probíhá nezávisle na hmotnosti obrobku. Pohyblivé části se skládají z portálu s tuhou strukturou pojíždějícího v horní části, z křížových saní v ose Z a také z frézovacího vřetena. Konstantní poměry hmotností umožňují tak trvale stejné dynamické chování – předpoklad pro optimální kvalitu povrchu a přesnost obrobku. Rychlosti posuvů jsou ve všech osách 50 m.min-1. Zdvih ose X = 10 000 mm, Y = 5 000 mm a Z = 2 000 mm. V dvojosé naklápěcí hlavě lze vyměňovat celá elektrovřetena (hrubovací a dokončovací).

Technologie broušení

Univerzální brousicí stroj Grindor je stroj uzpůsobený pro broušení vnějších, vnitřních i kuželových ploch. Vodicí plochy má bruska obložené Turcitem, a jak se ukázalo, lze na ní hospodárně brousit v kusové i maloseriové výrobě, při velkých přesnostech vřetena.

Měřicí zařízení

Zvyšující se nároky na přesnosti nástrojového vybavení karuselů, zejména přímých rotačních vřeten a pevných úhlových frézovacích a vyvrtávacích hlav si vyžádaly zpřesnění samotných dílů – těles a vřeten. Tvarové tolerance souosostí, kolmostí a kruhovitostí ložiskových průměrů se postupně snížily až pod hodnoty 0,005 mm. K proměřování dosažených hodnot na montážních komponentech opouštějící výrobní střediska byl z minulosti k dispozici 3D měřicí stroj Ferranti Merlin 1100 (XYZ 1 100 x 2 250 x 1 000). Ten však svými parametry přesnosti (prostorová chyba měření 6 + l/300 µm) přestal vyhovovat takto přísně předepsaným hodnotám. Při revitalizaci byly výrobní dílny vybaveny novými obráběcími centry (Mori Seiki NH 8000, H63 od fy Tajmac ZPS), a proto bylo nutné spolu s tím obnovit i měřicí prostředky. Na základě výsledků výběrového řízení byl pořízen z prostředků na revitalizaci nový 3D portálový měřicí stroj Wenzel velikostního typu LH108 (měřicí rozsah XYZ: 1 000 x 1 600 x 800, zvýšený o 200 mm), využitelná plocha základové granitové desky je XYZ: 1 250 x 2 715 x 1 000 mm. Stroj má ve standardním provedení přesnost 2,4 + l/300 µm, je vybaven řídicím a měřicím softwarem Metrosoft CM – Wenzel za podpory operačního systému Windows 7 a je propojen s interní datovou sítí pro přímý přístup do archivu digitalizovaných CAD výkresů. K vlastnímu měření je vybaven otočnou naklápěcí motorickou hlavou Renishaw PH10M s řídicím softwarem CM-MPH pro automatickou kalibraci všech poloh včetně natáčení, připojovacím adaptérem PAA1 a snímací sondou TP200 s možností maximálního prodloužení na hodnotu 300 mm.

Pro zrychlení měření je k dispozici automatická výměna měřicích dotyků se zásobníkem SCR200 pro hlavičku TP200 s 6 úložnými místy. Řídicí software výměny umožňuje práci s virtuálními zásobníky dotyků a paletizačním systémem umisťováním měřených dílů.

Stroj je dále vybaven softwarovými programovými opcemi pro měření geometrických součástí proti CAD modelu a pro měření obecných ploch a křivek. K zajištění odpovídajícího pracovního prostředí stroje bylo vytvořeno nové pracoviště s teplotní klimatizací na hodnotu 20 ± 0,5 oC. Doprava těžkých a rozměrných dílů na měřicí stroj je realizována pomocí kolejových vozíků a instalovaného jeřábu s nosností až do hmotnosti dílce 2 000 kg.

Řešením, jež by obsáhlo potřebné požadavky, bylo zajistit pro firmu Toshulin přesný kruhoměr, který by dokázal proměřit současně s vnějšími plochami i vnitřní dutinu v dostatečné hloubce (cca 70 mm), zejména kuželového tvaru. Podmínky nejlépe splnil kruhoměr Rondcom 44 firmy Zeiss. Na tomto stroji dodaném koncem roku 2010 byla také úspěšně provedena předávací měření vřeten broušených na nově instalované brusce na vřetena Grindor. Přesnost kruhoměru pod 1 um zajistila objektivní proměření parametrů vřeten, kde kruhovitost ložiskových průměrů se pohybuje v hodnotách 1,5 µm, válcovitost 1,5 až 2,5 µm, souosost ložiskových válcových ploch mezi 1 a 2,5 µm.

Nákup laserové kamery byl v jistém smyslu vynucen přechodem na častější výrobu a stavbu větších velikostí strojů. Proměřování zejména tvarových úchylek rovinností, kolmosti a přímostí rozměrných komponentů stroje jako lože, stojan, příčník, není klasickými metodami možné nebo značně zdlouhavé a komplikované a u nespojitých ploch je téměř nemožné.

Tyto obtížné měřicí a zejména vyhodnocovací úlohy do jisté míry dokáže zvládnout technika měření pomocí laserové proměřovací kamery. Není omezena nutností speciálního vyrovnávání měřeného dílce, měření může probíhat přímo v dílenském prostředí. To samozřejmě přináší i určitou „nepřesnost“ v měření a výsledcích, kterou s sebou nese právě „nekvalita“ prostředí. I s vědomím těchto vlivů na přesnost měření bylo rozhodnuto na základě výběrového řízení o zakoupení laserového měřicího zařízení – měřicí kamery LaserTracker API-Tracker3, kterou dodala společnost Automated Precision Deutschland GmbH. Základem proměřovací kamery je vysílač laserového paprsku se sledovací automatikou a ručně přemístitelný měřicí odrážeč, který se umisťuje na povrch měřené plochy. V okamžiku měření kamera snímá šikmou vzdálenost a úhlové souřadnice, ze kterých pak software vyhodnotí obecnou polohu měřeného bodu v 3D prostoru. Z nasnímaných bodů pak vyhodnocovací software Spatial Analyzer – SA stanoví tvarové úchylky. Software pracuje také s výkresovými daty v CAD formátech a dokáže načíst prostorový model dílce. U většiny dílců se jedná o nespojité povrchy (plochy) a tvarové úchylky rovnoběžnosti a rovinnosti, které není jednoduché jinými metodami měřit a vyhodnocovat. Stroj lze použít i pro dostavování obrobku při obrábění.

Základními parametry kamery jsou měřicí dosah ± 40 metrů, délkové rozlišení 1 µm, absolutní statická přesnost ± 5 ppm (2sigma) – 25 µm na 5 m a dynamická přesnost ± 10 ppm (2 sigma) – 50 µm při 5 metrech. V Toshulin hraje velmi důležitou roli laserová kamera také při vlastní stavbě velkých strojů, zejména u případů dvou stojanových karuselů, kdy kostra stroje je montována z lože a dalších samostatných celků – stojany nástavce, vodorovná příčka apod., kdy jednotlivé díly jsou v délkách i nad 5 m. Tyto jednotlivé komponenty je třeba na montážní dílně v obecném 3D prostoru vzájemně „spojit“ do pravoúhlé, vodorovné i svislé a rovnoběžné „kompozice“. U stojanů karuselu a obdobně i například u frézovacích strojů s portálem, navíc do přesných souřadných pozic (svislá poloha + vzájemný rozestup a „zákryt“).

Závěrem poznamenejme, že instalace CNC techniky v takto krátkém časovém období představuje náročnou technickou úlohu, kdy všichni zainteresovaní musí od konstruktérů přes technology a výrobu táhnout jedním směrem.

prof. Dr. Ing. Jiří Marek

Ing. Břetislav Hýbner

Ing. Martin Kvapilík

jiri.marek@toshulin.cz

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.