Různá obrábění a měření na jednom stroji

„Naše stroje pro výrobu čaje jsou výrazně komplikovanější než hodinový strojek, fungují však stejně přesně,“ říká Willi Lyrmann, vedoucí výroby Teepack Spezialmaschinen v Meerbuschi. Podnik, patřící pod skupinu Teekanne, vyvinul první stroj pro balení čajových sáčků na světě a v současnosti je jedním z předních výrobců v této oblasti. Předpokladem pro bezproblémovou funkci je především extrémní přesnost, protože při této pracovní rychlosti mohou již nejmenší odchylky polohy mechaniky vést k chybným funkcím. Nejpřesnější lícování a tolerance měření až k ±1–2 µm jsou proto běžné. K minimalizaci opotřebení a s tím spojeného nebezpečí dodatečného nastavování a výpadků provozu musejí mnohé z kritických konstrukčních prvků vykazovat vysokou tvrdost, a to až 60–64 HRC.

„Složitost výroby je dána pro nás tím, že prakticky nevyrábíme větší série, ale dominují u nás malosériová a kusová výroba,“ vysvětluje W. Lyrmann. Protože mnoho dílů je potřebných jen výjimečně, nepřichází v úvahu skladování většího množství už z hlediska nákladů. Požadavky na přesnost jsou v podstatě srovnatelné s těmi pro výrobu nástrojů. Kvůli trvale nepředvídatelné změně produktu a minimální velikosti výrobní série (typicky 1 až 20 kusů) se zpravidla obrábějí na obráběcích centrech 3 až 4 různé produkty za den.

„Podle toho byl dosud také vysoký počet pracovních postupů, jimiž musely konstrukční prvky projít od vstupu suroviny až po dokončení,“ dodává W. Lyrmann. Proces zahrnuje zčásti vícestupňové obrábění za měkka, proces kalení, následuje obrábění dílů v zakaleném stavu s přídavkem potřebným pro následné broušení a další pracovní postupy při obrábění, jako jsou vnitřní a vnější broušení na kulato, broušení na plocho nebo souřadnicové broušení. Mezi jednotlivými kroky procesu se musejí díly vždy znovu upnout a být co nejpřesněji seřízeny za podmínky zachování spolehlivosti procesu. Vedle dlouhých přípravných časů se značně zvyšoval také náklad na výrobu, správu a péči o upínací přípravky. Tento stav objasňuje analýza posloupnosti postupů, která pro určitý konstrukční prvek vykazuje celkem 18 pracovních operací.

„Při hledání náhrady za zastaralé zařízení pro souřadnicové broušení dílů jsme pak narazili na stroj RXP601 DSH od firmy Röders,“ vzpomíná Christof Frings, vedoucí oddělení CNC a mechanické výroby ve společnosti Teepack. Oslovila ho především možnost frézovat i brousit na jedno upnutí na pětiosém obráběcím centru. Kromě toho nabízí stroj možnost měřit obrobky ihned po opracování bez odepnutí pomocí vysoce přesné sondy. Díky vyladěným funkcím řídicího systému umí stroj ihned opravit změřené odchylky polohy a úhlu a přizpůsobit obrábění skutečné poloze obrobku v prostoru. Aby si byla společnost Teepack jistá, že zařízení skutečně odpovídá požadavkům jejího provozu, nechala před koupí realizovat rozsáhlé testy obrábění u firmy Röders. Přesvědčivě zapůsobila hlavně používaná technika nebo vlastní řídicí systém, kterým lze na stroji na základě promyšleného konceptu velmi jednoduše cyklicky programovat úlohy broušení. Jakmile se ukázalo, že zařízení opravdu splňuje požadavky, rozhodla se společnost pro jeho koupi v polovině roku 2013.

„Nové obráběcí centrum šlo lehce zavést do výroby a dosud splňuje naše očekávání,“ říká W. Lyrmann. Při měkkém i tvrdém frézování a broušení byly zachovány všechny požadavky s ohledem na pracovní výkon a přesnost, často byly dokonce překonány. Již fáze uvedení zařízení do provozu proběhla v krátké době. Dále lze vyzdvihnout nasazení pracovníků, kteří nový systém rychle přijali a velkou vlastní iniciativou urychlili začátek jeho používání. Trvalo pouze šest týdnů, než se mohlo zařízení začlenit do běžných výrobních postupů. Po půl roce používání je dosaženo stupně využití více než 80 % za 24 hodin. Přitom se v novém systému skrývá ještě větší potenciál, protože mnoho obráběcích, přípravných a měřicích pracovních operací, dosud nutně prováděných v oddělených systémech, lze nyní realizovat na stejném zařízení bez dodatečného nákladu na vybavení. Bylo možné snížit časy procesů zhruba o 40 % oproti předchozímu způsobu práce, a protože se doba přípravy zcela vynechává, je výše úspory dokonce 50 %. Obzvlášť nápadný je rozdíl na základě již zmíněné analýzy průběhu výroby: u dílu příště postačí pouze osm namísto dosud požadovaných 18 pracovních operací.

„U nás instalovaná konfigurace zařízení s automatickým výměníkem obrobků RCS-3 zcela odpovídá našim potřebám,“ prozrazuje C. Frings. Zásobník obrobků, přímo připojený na stroj, poskytuje místo pro 15 palet Partool s rozměry 320 mm x 320 mm, které jsou vybaveny upínacími systémy s nulovým bodem od společnosti Lang a mohou pojmout obrobky s hmotností do 60 kg a maximální délkou 500 mm. Díky dvěma zakládacím místům je možné provádět současně přípravu i samotné obrábění. Tímto postupem lze vyrábět 24 hodin denně vč. víkendu, i když jsou na místě pracovníci pouze ve dvou směnách. Zvláštní pozornost věnuje Teepack upínacím přípravkům specifickým pro daný díl. Polohují se tak, aby je bylo možné používat pro co největší počet variant daného souboru dílů. Díky chytrému uspořádání se v určitých případech daří dosáhnout také téměř šestistranného obrábění (např. u dvojitých křivkových kotoučů včetně vrtání hřídele a kolíkového otvoru), takže celé obrábění po kalení – frézování i broušení – může probíhat na jedno upnutí. Automatická 3D měřicí sonda má zvláštní význam, protože lze s její pomocí rozpoznat a kompenzovat nevyhnutelné chyby upnutí. Vítanou pomoc nabízí také možnost identifikovat nástroje při výměně do řetězového zásobníku pomocí kódu datového matrixu. Tímto postupem se znatelně snižuje riziko omylu a náklady na správu se redukují na minimum.

Důležitým faktorem pro dosaženou vysokou produktivitu bylo použití post-procesoru – speciálně vyvinutého s ohledem na spektrum dílů Teepacku – pro externí programování v CAM systému, pomocí něhož se automaticky nastavují a vzájemně propojují jednotlivé výrobní procesy včetně přednastavení. Takto bylo možné snižovat manuální náročnost.

„Nové obráběcí centrum Röders umí mnohem víc, než jsme si na začátku představovali,“ těší W. Lyrmanna. Mezitím mohly být z výroby vyřazeny dříve používaný systém pro souřadnicové broušení a obráběcí centrum pro frézování za měkka. Nové zařízení pracuje tak efektivně, že k práci na souřadnicovém broušení využívá pouze 40 % své kapacity. Zbytkovou kapacitu lze naplnit frézovacími pracemi, přičemž se upřednostní ty, které vyžadují vysokou přesnost. Na novém zařízení se přednostně opracovávají díly, které se musejí frézovat i brousit. Z této skupiny bylo možné převzít na nové zařízení již mnoho dílů. Přitom se člověk stále nachází na křivce učení tím, že zjišťuje možnosti nového systému a hledá optimální varianty, které může využít. A přitom ještě zdaleka nedospěl do bodu, ve kterém se už dále nemůže vyvíjet. „Jsme přesvědčeni, že dokážeme z tohoto zařízení dostat ještě o něco víc. V jedné pracovní operaci vyrobíme díly, u nichž dříve byly nutné až čtyři pracovní kroky,“ usmívá se W. Lyrmann.

Stroje modelové řady RXP byly navrhovány především pro úlohy, u nichž je velmi důležitá nejvyšší přesnost a současně vysoce výkonné hrubování materiálu v procesu obrábění měkčích i tvrdších materiálů. Rám stroje s portálovou konstrukcí se vyznačuje vysokou tuhostí a optimálním rozložením hmoty. O vysokou přesnost se stará také oboustranné uložení osy A u otočného stolu.

Všech pět os disponuje vysoce výkonnou technikou přímého pohonu bez opotřebení, která se ve spojení s řídicími moduly pracujícími na 32 kHz postará o nejvyšší přesnost při současně vysoké dynamice všech pohybů. Přímé odměřování polohy, popř. úhlů s vysokým rozlišením, stejně jako firmou Röders vyvinutá automatická kompenzace geometrie, umožňují přesnosti v oblasti µm. Pro požadované přesnosti u souřadnicového broušení je obzvláště zásadní, že motory pracují bez tření, stejně jako patentovaná vakuová kompenzace váhy osy Z. Prostřednictvím techniky přímého pohonu lze při souřadnicovém broušení uskutečnit přes 200 zdvihů za minutu pomocí rychlého kmitání.

K přesnosti i při dlouhých dobách provozu přispívají přesné řízení teploty všech podstatných částí stroje a temperování brusného oleje. O optimální přesnost se také starají vysoce přesná kompenzace dilatace vřetena a integrované pomocné zařízení pro čištění a měření nástrojů. Pro souřadnicové broušení jsou k dispozici orovnávací vřeteno a měření nástroje pomocí zvukového snímače. Na vysokou bezpečnost dohlíží dvoukanálové hasicí zařízení.

Stroje JMK

Kamila Macháčková, foto: Klaus Vollrath

machackova@strojejmk.cz

www.strojejmk.cz