Rychlé a hospodárné obrábění tvrdokovů s přesností až do ±1 μm

Základním výrobkem firmy Mahr Metering Systems jsou ozubená dávkovací čerpadla, která se používají především pro výrobu umělých vláken v textilním průmyslu. Požadavky na tato čerpadla jsou enormní, neboť musí dopravovat nízkoviskózní i vysokoviskózní a částečně agresivní média s extrémním převýšením tlaku, s pracovními teplotami až do výše 200 °C s vysokou dávkovací přesností. Rovnoměrnost dávkování proudu materiálu je předpokladem pro konstantní rozměry vláken a tím i pro kvalitu výrobku. Přes silnou konkurenci především z Asie podnik úspěšně obhajuje své místo na světovém trhu. Tajemstvím úspěchu je patentované legování oceli (tvrdost dosažená po kalení je 58-65 HRC), především ale přesnost, která zřetelně překračuje běžnou úroveň výroby nástrojů. Rozměry mezer, které je nutné dodržet pro bezchybnou funkci čerpadel, totiž předpokládají, aby rozměry důležitých oblastí jak ozubených kol, tak také skříně byly zhotoveny s přesností ±1 μm.

Hledání obráběcí technologie

Z důvodu udržení konkurenceschopnosti a možnosti dalšího rozvoje bylo zhruba v roce 2005 zahájeno hledání nové, flexibilní výrobní technologie. Zvyšování produktivity předpokládá nutnou optimalizaci výrobního řetězce s ohledem na následující veličiny:

• automatizaci, aby se výrazně zkrátily vedlejší časy,
• redukci hlavních časů zvýšením řezných a posuvových rychlostí,
• snížení manuálních dokončovacích operací a zvýšení přesnosti obrábění,
• redukcidoby pracovního cyklu kombinací nových výrobních technologií, jako je vysokorychlostní frézování kalených materiálů, broušení vysokými rychlostmi, měření délek a tvarů na obráběcím stroji.

Díky rychlému vývoji v oblasti řezných materiálů, koncepcí nástrojů, technického vybavení stroje a řídicího systému je dnes možné vysoce zušlechtěné a kalené nástrojové a rychlořezné oceli hospodárně obrábět HSC frézováním a ve většině případů tak nahradit elektrojiskrové obrábění. Nákladné ověřovací série změnu technologie potvrdily.

Přesnost bez kompromisů

Nejlepší kombinaci kritérií podstatných pro Mahr Metering Systems nabídla technologie společnosti Röders. Zvolený stroj RHP 800 vykazuje vedle požadované přesnosti také tuhost a všechny materiály od hliníku až po kalené nástrojové oceli je tedy možno obrábět vysokým výkonem. Rozhodující bylo však také to, že zařízení dovoluje provádět všechny procesní kroky – frézování, souřadnicové broušení a rovněž i 3D měření na jednom stroji. Stálá kontrola výsledků obrábění, prováděná na vysoké úrovni u firmy Mahr, ukazuje, že stroj RHP 800 procesně dodržuje při obrábění a rovněž i při měření vysokou přesnost také po více než 2,5 letech provozu.

Základem tohoto výkonu je především konstrukční provedení bez kompromisů. Masivní lože stroje s přímými lineárními pohony ve všech třech osách a také systém vyvažování pomocí vakua bez působení tření pro osu dává stabilní, avšak vysoce dynamický základ pro všechny pohyby os. Zvláštní roli hrají v této souvislosti hydrostatická vedení. Jednotlivé osy „plavou“ na tenkém olejovém filmu, jehož tloušťka je pomocí speciálního regulačního ventilu udržována konstantní. Díky této koncepci jsou osy bez tření a bez opotřebení, čímž odpadá těžko odstranitelná hystereze u jiných koncepcí os při změně směru a regulátor pohonu může být nastaven extrémně přesně. Toto je mimo jiné předpoklad pro to, aby najetá kružnice měla také při zobrazení na mikrometru skutečně tvar kružnice. Zároveň zajišťuje tato neopotřebitelnost dlouhodobou přesnost obrábění.

Dalším důležitým hlediskem je do detailu vypilovaná kontrola a regulace teploty. Všechny důležité komponenty zařízení, jako jsou osy, vřeteno, lineární pohony a pracovní stůl, jsou udržovány samostatnými chladicími okruhy přesně na předem definovanou teplotu. Výraznou zvláštností je přitom automatická délková kompenzace vřetena, s jejíž pomocí se vyrovnává nejen teplotní délková roztažnost vřetena, nýbrž také vliv kolísajícího zatížení. Tím je možné také bezpečně zabránit sklouzávání nulového bodu.

Kompletní obrábění na jedno upnutí

Dalším podstatným hlediskem je vybavení, s jehož pomocí lze postupně provádět všechny pracovní procesy na jedno upnutí. Toto zahrnuje především vybavení stroje všemi přípravky pro automatické obrábění souřadnicovým broušením. Stroj RHP 800 tak disponuje vedle standardního laseru pro měření nástrojů ještě i doplňkovým měřicím systémem nástroje pomocí měření zvuku šířeného v pevném materiálu, kterým se dají automaticky zjistit přesné rozměry brusného kotouče, aby bylo možné vyhotovit bezchybnou geometrii brousicího nástroje. Speciální NC funkcí řídicího systému se mohou plně automaticky obrábět nejen válcové plochy, nýbrž také libovolné 2D kontury. Tím je umožněno úplné bezobslužné obrábění.

Pro přesné měření a QS dokumentaci disponuje systém na stroji ještě i 3D měřicí sondou, kterou je možné díky použití dvou různých kalibrovacích těles (kuličky a kroužku) seřídit tak přesně, že díky jim mohou být splněny ty nejvyšší požadavky na přesnost. Touto měřicí sondou se ihned po cyklu broušení zjistí a zaprotokoluje odchylka obrábění, která automaticky vyplývá z odtlačení a opotřebování nástroje a poté se odchylka automaticky kompenzuje v dokončovacím broušení.

Jasné úspory

V porovnání se starou technologií obrábění opracovávají RHP stroje od firmy Röders skříně čerpadel asi o 40 % rychleji. Možná, že to bylo také proto, že se pomocí zařízení Röders mohl optimalizovat přídavek pro obrábění na čisto promyšleným HSC frézováním vzhledem k produktivitě broušení. K úsporám přispívá schopnost stroje frézovat také tvrdé materiály vysokou řeznou rychlostí, což je mimo jiné možné díky vysoké tuhosti stroje a vysoce výkonnému vřetenu. Například u již zmíněné oceli o tvrdosti 58–65 HRC je zapotřebí pouze 5 minut k vyfrézování otvoru o průměru 26 mm v 15 mm silné desce při minimálním opotřebení nástroje.

Případ od případu je proto možné, především u malých sérií, opustit běžný pracovní postup: přípravu v měkkém stavu, kalení a následné dokončovací obrábění a všechny pracovní procesy provádět na hotovo na zakaleném obrobku. Tím odpadají časově náročné procesy pro výměnu vybavení, a v důsledku toho jsou zřetelně redukovány obráběcí i průběžné časy.

Obráběcí centrum RHP 800, koncipované speciálně s ohledem na Obráběcí centrum RHP 800, koncipované speciálně s ohledem na výrobu forem a speciálních nástrojů, umožňuje kombinaci pracovního procesu HSC frézování, souřadnicového broušení a měření na jedno upnutí. Dráhy pojezdů os leží v oblasti 800 x 750 x 500 mm, pracovní stůl o rozměrech 900 x 838 mm může být osazen obrobkem o hmotnosti až do 800 kg. Kromě standardního 30 polohového zásobníku nástrojů je jako opce k dispozici řetězový zásobník se 54 pozicemi.

Zvláštní význam byl kladen na přesnost: hydrostatická vedení, přímé lineární pohony, precizní kontrola a řízení teploty, vysoce přesná teplotní kompenzace vřetena a rovněž i zabudované čištění a měření nástroje tvoří záruku přesnosti. Ve standardním vybavení se dodává vřeteno s výkonem 17 kW a 36 000 min^-1 a upínáním nástroje HSK50, alternativně jsou k dispozici vřetena s otáčkami až do 70 000 min^-1. Speciální povely vlastního řídicího systému Röders umožňují parametrické automatizované vykonávání brousicích úloh.

Klaus Vollrath

Stroje JMK

jiri.machacek@strojejmk.cz

www. strojejmk.cz

Umístění na MSV: pavilon P, stánek 37