Témata
Reklama

Spolupráce firem a univerzit přináší konkrétní výsledky

Inovace v technickém vývoji výrobních strojů a technologií jsou nezpochybnitelnou povinností pro každou firmu, která chce dlouhodobě působit na současném vysoce konkurenčním trhu. Na výrobní stroje a technologie se klade stále šest základních požadavků: přesnost a jakost povrchu vyráběných dílců, produktivita a hospodárnost výroby, spolehlivost strojů a minimální dopad na životní prostředí. Prostředky pro naplnění těchto požadavků jsou různé. V MM Průmyslovém spektru 6/2016 (www.mmspektrum.com/160643) byl představen projekt Centrum kompetence Strojírenská výrobní technika, v rámci kterého spolupracují ve výzkumu a vývoji firmy a univerzity. Článek byl zaměřen především na ukázky zlepšování uvedených hlavních užitných vlastností výrobních strojů a technologií konstrukčními modifikacemi strojů. V tomto článku představíme některé dosažené výsledky v oblasti technologií a provozu strojů.

Jan Smolík

Je klíčovou osobou na Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze. Společně s prof. Houšou zde spoluzakládal Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT). Následně zde vedl Centrum kompetence a nyní Národní centrum kompetence, jehož je ústav spoluřešitelem. Jeho specializací jsou obráběcí stroje, se zaměřením na nové konstrukce a byznys modely.

Uživatel obráběcího stroje nemůže zasahovat do konstrukce stroje a obvykle ani do jeho softwarového vybavení. V souladu s potřebami své konkrétní výroby má však paletu možností v oblasti návrhu technologie a přípravy NC kódu.

Reklama
Reklama
Reklama

Volba nástrojů a upnutí obrobku vzhledem k produktivitě obrábění

Upnutí obrobku a vyložení nástroje ovlivňuje celkovou tuhost soustavy stroj-nástroj-obrobek a tím i přesnost a produktivitu obrábění. Cílem případové studie realizované společně s firmou TOS Varnsdorf bylo analyzovat vliv upnutí dílce na jeho dynamické chování při obrábění a zjistit potenciál zvýšení výkonnosti obrábění v důsledku modifikace upnutí a změny řezných podmínek. K řešení tématu bylo přistoupeno s využitím kombinace změřených a vypočtených dat o dynamické odezvě nástroje a dílce. Studie ukázala, že vybraný obrobek a způsob upnutí jsou poměrně tuhé, a že změny poloh podpíracích kostek nemají zásadní vliv na vypočtenou produktivitu. Limitem procesu se tak ukázala tuhost soustavy stroj-nástroj. Z navazující analýzy vlivu zvýšení posuvu bylo vidět, že zvýšením rychlosti posuvu o 20 % se nutný výkon vřetena zvýší o 14 %, což je stále pod maximálním výkonem vřetena a stále v oblasti stabilního obrábění. Na příkladu čtyř různých nástrojů bylo ukázáno, jaké mohou být rozdíly v požadovaném výkonu vřetena, řezných silách a deformacích nástrojů. Volbou vhodného nástroje lze dosáhnout až 80% snížení geometrické chyby obráběného povrchu vlivem odklonu nástroje a až cca 45% snížení zatížení v nejvíce namáhaném směru. Aplikace uvedených závěrů vedla ke zvýšení produktivity a přesnosti obrábění testovaného dílce.

Obr. 1. Těleso saní upnuté na úhelníku, na kterém byla analyzována možnost zvýšení produktivity obrábění.

Volba řezných podmínek a strategie obrábění

Podíl aplikací kompozitů v konstrukci všech typů strojů roste. Obrábění často zůstává poslední operací, která dává dílci konečný tvar a přesné rozměry. Kompozitní materiály mají obecně různé typy a kombinace materiálů matrice a výztužných vláken, což zvyšuje náročnost pro volbu vhodných řezných podmínek a strategie obrábění.

Ve spolupráci s firmou Škoda Machine Tool byla provedena analýza technologie frézování kompozitu označeného GFK – termosetového kompozitu vyztuženého aramidovými vlákny. Klíčovým požadavkem koncového zákazníka bylo suché obrábění. Hledanými výstupy byla vhodná kombinace řezných podmínek pro zajištění minimálních otřepů, dobré jakosti povrchu, malého teplotního ovlivnění dílce a snížení řezných sil zatěžujících stroj i obrobek. Z mnoha provedených experimentů frézování vysokorychlostní frézou s PCD břity bylo vidět, že pro minimalizaci velikosti otřepu je nutno použít menší posuv na zub (0,05 mm). Produktivitu lze zvýšit použitím vysokých řezných rychlostí (úspěšně byly otestovány rychlosti až 600 m.min-1). S řeznou rychlostí roste nejen produktivita, ale také teplota na povrchu dílce. Pro snížení tohoto nepříznivého jevu se ukázal velmi efektivní ofuk místa řezu standardním tlakovým, případně podchlazeným vzduchem a použití nesousledného frézování. Řezná síla je významně ovlivněna orientací vláken. Nárůst může být až o 100 % při obrábění podél vláken. Také zde se ukazuje efektivní strategie malých posuvů na zub a velkých řezných rychlostí. Orientace vláken naopak nemá vliv na teplotu obrábění. S využitím těchto zkušeností byla konečná zákaznická aplikace optimalizována pro dosažení vyšší produktivity obrábění a kvality povrchu dílce.

Obr. 2. Ukázka experimentálního posuzování vlivu řezných parametrů a strategie obrábění při obrábění kompozitu GFK. Za povšimnutí stojí extrémní prašnost při obrábění tohoto materiálu na sucho.

Vysokotlaké chlazení řeznou emulzí při obrábění odlitků bylo testováno společně s TOS Varnsdorf na stroji WHTEC 130 vybaveném agregátem ChipBlaster GV-20. Vysokotlaké chlazení řezného procesu je alternativou pro zvyšování produktivity a hospodárnosti obrábění. Podmínkou však je správné zvolení a nastavení důležitých parametrů, jako je způsob dodávání, tlak a průtok kapaliny v místě výstupu z řezného nástroje. Nedostatečný tlak a objem procesní kapaliny na břitu nástroje nevedou k výraznějšímu zlepšení procesu. Naopak příliš vysoké hodnoty parametrů již obráběcí proces dále nezefektivňují, ale naopak vyžadují velkou energetickou náročnost a v konečném důsledku představují i nemalý dodatečný náklad na stavbu a provoz stroje. Optimum parametrů se však mění pro konkrétní stroj a jeho rozvody procesní kapaliny, materiál obrobku, řezné podmínky a použitý řezný nástroj. Výstupem testů prováděných na dvou vybraných typických dílcích byla proto doporučení pro nastavení parametrů vysokotlakého chlazení (tlak a průtok) pro různé typy nástrojů. Tato doporučení byla parametricky závislá na geometrické charakteristice obráběného prvku (např. vliv průměru a hloubky vrtaného otvoru). Pro zjednodušení přípravy technologie byla navržena implementace volby chlazení do postprocesoru generujícího NC program z CAM, aby nemohlo docházet k chybám předpisu chlazení. Aplikací souboru doporučení tak došlo ke zvýšení efektivity obrábění.

Obr. 3a, 3b, 3c, 3d. Základní technologické možnosti stroje Kovosvit MAS MCU 700 VT-5X, které vyvinutý postprocesor umožňuje plně využít – frézování, soustružení karuselováním, soustružení s naklopenou osou A, soustružení s plynulým naklápěním osy A.

Příprava, optimalizace a verifikace NC kódu

Multifunkční stroje, které integrují v pracovním prostoru několik druhů třískových technologií, vyžadují pokročilejší nástroje pro přípravu NC kódu a jeho verifikaci. Vzhledem k realizaci odlišných druhů technologií je nutno vyvíjet nestandardní softwarová řešení pro tyto typy strojů.

Do této oblasti patří vyvinutý postprocesor s rozšířenou technologickou funkčností pro stroj MCU700VT-5X firmy Kovosvit MAS. Jedná se o multifunkční pětiosé centrum s otočně sklopným stolem. Postprocesor má mj. vytvořenou speciální funkci pro generování víceosých soustružnických operací se souvislým řízením naklápěcí osy. To umožňuje technologovi realizovat soustružení v různých polohách naklopení obrobku, včetně přístupu do míst, která by byla při standardním (dvouosém) soustružení s daným nožem nepřístupná. Postprocesor je dále doplněn o funkci automatického rozpoznání dráhy nástroje s nutností použití cyklu 800 pro polohování rotačních os stroje a víceosé dráhy nástroje, kdy je zapotřebí použít funkci TRAORI. Dále byl implementován technologický modul pro korekci posuvové rychlosti, který umožňuje dodržet požadovanou hodnotu posuvové rychlosti nástroje vůči obrobku. Nasazení postprocesoru umožňuje připravit dráhy nástroje tak, aby nedocházelo k nerovnoměrnému zatěžování břitu řezného nástroje, a došlo ke zvýšení kvality obrobku (ve smyslu tvarové přesnosti i drsnosti povrchu) především v místech, kde se relativní rychlost mezi nástrojem a obrobkem blíží nule. Vyvinutý postprocesor tak představuje komplexní řešení pro úplné využití možností uvedeného multifunkčního centra.

Jiným příkladem komplexního multifunkčního stroje jsou dlouhotočné automaty řady Manurhin firmy Tajmac-ZPS. V případě těchto strojů je nutno pro dosažení vysoké produktivity (cyklový čas na jednom dílci se typicky pohybuje v jednotách sekund!) vhodně zvolit nástrojové osazení suportů a nájezdy nástrojů do záběru tak, aby nedošlo ke kolizím a současně byly minimalizovány neaktivní časy řezu. Vzhledem k omezenému prostoru je právě vysoké riziko kolize klíčovým parametrem limitujícím zkracování vedlejších časů. Pro tento typ strojů byl vyvinut speciální software pro antikolizní kontrolu a optimalizaci NC programování. Software umožňuje realizovat efektivní ruční tvorbu programů. Zadané NC věty jsou bezprostředně spuštěny na virtuálním stroji, což umožňuje prověřit riziko kolizí, sledovat aktivní využití nástrojů v řezu i posuzovat volbu řezných podmínek. Základem softwaru je virtuální model stroje a simulace úběru materiálu s průběžnou kontrolou kolizí a detekcí aktivních a neaktivních časů řezu. Pracovní prostor stroje je reprezentován kinematickým modelem, v němž jsou definovány pohybové suporty, vyměnitelné držáky nástrojů a nástroje. Pohyb jednotlivých pohybových skupin je řízen na základě odbavení NC kódu zapisovaného přímo v prostředí vyvinutého softwaru.

Obr. 4a, 4b. Pracovní prostor dlouhotočného automatu Manurhin z Tajmac-ZPS a ukázka virtuálního simulačního modelu stroje

Shrnutí a závěr

Článek ukazuje vybrané výsledky projektu centra kompetence CK-SVT. V uvedených případech dochází ke zvýšení produktivity, přesnosti a jakosti obrobeného povrchu pomocí úpravy technologie. Vyvinutá řešení jsou dobře uplatnitelná koncovými uživateli strojů.

Řešení projektu CK SVT finančně podpořila Technologická agentura ČR.


FS ČVUT v Praze (RCMT), TOS Varnsdorf, Tajmac-ZPS, Škoda Machine Tools, Kovosvit MAS

Ing. Jan Smolík, Ph.D. Ing. Petr Kolář, Ph.D. za řešitelský tým projektu CK-SVT

E.Kopecka@rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #11
Firmy
Související články
Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Související články
Aditivní výroba a 3D tisk

K zajištění budoucí vedoucí úlohy Evropy v aditivní výrobě, která představuje nedílnou součást konceptu Industry 4.0, je nezbytná společná evropská strategie – takový je názor Evropského výboru pro spolupráci mezi výrobci obráběcích a tvářecích strojů Cecimo. Jednou z priorit je vytváření evropské strategie aditivní výroby (AM), která by měla podporovat plynulý, dlouhodobý a konzistentní rozvoj této technologie v Evropě.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Profesionální přístup k broušení

V současnosti jsou kladeny ze strany zákazníků stále vyšší nároky na co nejvyšší přesnost při broušení, která je spolu s výslednou drsností nejvýznamnějším požadavkem uživatelů. Samozřejmě této kombinace je třeba dosáhnout v nejkratším možném čase. Tyto hlavní parametry jsou zahrnuty do koncepce brousicích strojů české společnosti Fermat Machine Tool a jsou dosahovány i mj. využitím řady speciálního příslušenství a nových technologických standardů.

Črta o horizontce, část II.

V minulém vydání MM Průmyslového spektra jsme začali pojednání o historii, současnosti a perspektivách vývoje jedinečného stroje, kterým bezesporu horizontka je, a v tomto vydání jej ukončíme. Čtenáři, kteří předchozí díl v listopadovém vydání nečetli, mají možnost dohledat ho na internetu na adrese www.mmspektrum.com/151122.

Efektivní vrtání

Široká nabídka produktů řady WTX-Change společnosti WNT s vyměnitelnými TK vrtacími hlavami se nyní ještě rozšiřuje o dvě nové geometrie. Výhody z toho plynoucí mohou nyní využívat především firmy specializující se na obrábění ocelí s vyšší pevností a na obrábění šedých litin. Další již známou přidanou hodnotu představuje možnost výměn TK vrtacích hlav na ocelovém nosiči.

Jarní setkání strojařů v Plzni

Více než 30 vystavovatelů, téměř 50 řečníků, tři výstavní haly a jeden nezapomenutelný strojírenský zážitek. Akce Strojírenská inspirace 2024 se konala v Plzni od 4. do 6. června 2024 a zaměřila se na digitální výrobu, automatizaci a inovace ve strojírenství. Letos poprvé se toto setkání uskutečnilo v areálu Depo2015, který se stal centrem pro sdílení zkušeností a nápadů mezi odborníky z průmyslu a digitalizace.

Vezměme rozum do hrsti a bojujme

Pavel Sobotka, zakladatel a ředitel firmy Frentech Aerospace. Základy technických a technologických schopností získal v Tesle Brno, kde pracoval 27 let. Již tehdy byl přesvědčen, že přesná mechanika bude stále atraktivním oborem, jelikož se podílí absolutně na všem, co používáme. Brýle, zdravotnická technika, auta, letadla, kosmické rakety, obranný průmysl, tiskařina, výroba mikročipů, počítačů a mnoho dalšího.

Profesor Stanislav Hosnedl 80

V říjnu tohoto roku se prof. Stanislav Hosnedl dožívá významného životního jubilea 80 roků. V roce 1964 dokončil studia v oboru Konstrukce obráběcích strojů na VŠSE FST v Plzni. Roku 1984 získal vědecko-akademický titul CSc., který po revoluci, později v roce 1990, obhájil také na ČSAV Praha. V roce 1992 se habilitoval a konečně v roce 2002 byl jmenován profesorem pro obor Strojní inženýrství.

Inovace: Změna úhlu pohledu

Určitě jste to zažili taky. Je večer, jasná obloha a vy vidíte, jak měsíc balancuje přesně na špičce věže kostela. Stačí ale malá změna úhlu pohledu a měsíc je jinde. Jaký je váš úhel pohledu na inovace ve strojírenství?

Na cestě ke zrození stroje, část 7: Realizace

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 6: Projekce

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje výrobu obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a jež po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

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