Témata
Reklama

Termostabilní koncept obráběcích strojů - část 2.

Termostabilní koncept obráběcích strojů firmy Okuma je systém regulace, či chcete-li potlačování, dilatací stroje způsobených změnami teploty jeho struktury.

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. 

Termostabilní koncept obráběcích strojů firmy Okuma je systém regulace či chcete-li potlačování dilatací stroje způsobených změnami teploty jeho struktury.
V minulém vydání MM Průmyslového spektra MM5/170513 jsme uvedli principy termostabilního konceptu obráběcích strojů Okuma. Nyní přinášíme druhý díl článku, který ukazuje výsledky ze zkoušek účinnosti termostabilizace tohoto japonského výrobce, který při návrhu a výrobě obráběcích strojů řeší každý detail, jež by mohl ovlivňovat kvalitu obráběného dílu.

Reklama
Reklama

Vliv silného poklesu okolní teploty

Na vertikální frézce MB-46V (obr. 1) byla provedena zkouška účinku termostabilizačního systému při silném a rychlém poklesu okolní teploty o 12 °C díky otevření vjezdových vrat výrobní haly. Termostabilizace byla nejprve vypnuta. Jak je vidět na grafu v obr. 2, frézovaný rozměr se ve směru osy Z změnil o 22 μm. Při zapnutém termostabilizačním systému byla tato změna pouze 7 μm – viz obr. 3.


Obr. 1, 2, 3. Frézka MB-46V
, dilatace ve svislé ose bez termostabilizace (vlevo) a dilatace ve svislé ose se zapnutou termostabilizací (vpravo)
Pro zvětšení klikněte

Funkce termostabilizace při změnách řezné rychlosti

V minulém vydání bylo také ukázáno, jak mají změny řezné rychlosti, a tedy i otáček vřeten značný vliv na teplotu vřeteníku. Vřeteno je největším interním tepelným zdrojem. Nashromážděná energie se pak rychle přenáší do okolních dílců konstrukce, např. smykadla nebo stojanu. U tepelně nesymetrické konstrukce je ohřev stěn nerovnoměrný, takže dilatace jsou nerovnoměrně rozloženy a výsledkem je často ohyb nosných dílců vřeteníku. Vzniklé úhlové deformace vyvolají velké prostorové posuvy hrotu nástroje. Proto firma Okuma vyvinula speciální tepelně odolnou konstrukci svých strojů. Vřeteníky mají symetrické, dvouplášťové chlazení skříně i vřetena. Avšak sama tato opatření ještě nemohou zajistit dostatečnou termostabilitu. Proto byl vyvinut termostabilizátor pro vřeteno. Na obr. 4. 24 je uveden příklad jeho funkce u horizontálního vřetena. Vřeteno bylo zatěžováno stejným způsobem jak při vypnuté, tak při zapnuté termostabilizaci. Otáčky byly nejprve konstatní, 15 000 min-1, a ve druhé části zkoušky se měnily v určitém režimu znázorněném červenými sloupci na spodu grafu. V grafech na obr. 5 a obr. 6 je příznivý účinek termostabilizace zřejmý. Deformace ve směru osy vřetena vynesené na svislých osách grafů se v obou otáčkových režimech radikálně snížily účinkem termostabilizačního systému vřetena.


Obr. 4, 5, 6. Horizontální vřeteno, posun nástroje ve směru osy vřetena bez termostabilizace a posun nástroje ve směru osy vřetena s aktivní termostabilizací.

Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Vliv pozice obrobku na teplotní deformace

Na horizontálním centru MA-600HII (obr. 7) byla provedena zkouška vlivu vertikální změny pozice obrobku na účinek termostabilizátoru. Schematicky je pokus znázorněn na obr. 8. Teplota okolí se během čtyř hodin změnila o 8 °C, z počátečních 20 °C na 28 °C, podle grafu na obr. 9 a obr. 10. Tato změna teploty se považuje za obvyklou změnu během dne. Bez stabilizace ukazují křivky na obr. 9 proměnlivé tepelné deformace ve směru osy Y až o 10 μm. Křivky barevně odpovídají pozicím obrobku v obr. 8. Naproti tomu aktivní termostabilizátor dokázal snížit tyto deformace na maximální rozdíl 3 μm, přičemž okamžitá velikost deformací prakticky nezáleží na pozici obrobku, neboť křivky mají téměř identický průběh, obr. 10.

Obr. 7. Horizontální centrum MA-600HIIObr. 8.Uspořádání zkoušky. Obrobky ve třech pozicích


Obr. 9, 10. Bez teplotní stabilizace se frézovaný rozměr liší až o 10 μm (vlevo), termostabilizace snižuje odchylky frézovaného rozměru obrobku na 3 μm.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Vliv průměru obrobku na rozměrové změny

Na soustruzích může rozměr obrobku ovlivnit velikost tepelných deformací. Ukazuje to příklad víceúčelového soustružnického centra Multus B750. Schéma zkoušky vidíme na obr. 12. Teplota okolí se celkově změnila během 24 hodin o 8 °C s gradientem 8 °C/4 hod., podle spodního grafu na obr. 13. i obr. 14. Obráběly se obrobky o průměru 50 mm a 500 mm, postupně bez a s termostabilizací. Horní křivky v obou grafech ukazují změnu průměrů obrobků v μm. Výsledek je zřejmý z porovnání obou grafů. Zatímco bez stabilizace průměr obrobku značně ovlivní teplotní změnu, v tomto případě 12 μm u malého oproti 27 μm u velkého obrobku, tak při aktivní termostabilizaci je maximální deformace obou obrobků prakticky stejná. Čili přesnost stroje ve směru osy X nezávisí na průměru obrobku.

.
Obr. 11. Soustružnické centrum Multus B750.



Obr. 12. Při zkoušce se obráběly obrobky Φ 50 mm a Φ 500 mm



Obr. 13, 14. Bez termostabilizace se průměry obrobků změní o 12, resp. 27 μm (vlevo)
.
Termostabilizace sníží odchylku průměru velkého obrobku na polovinu (vpravo).
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Vliv chladicího média na tepelné deformace

Tato zkouška byla provedena na horizontálním centru MA-500HII (Obr. 15). Výsledky vidíme na obr. 16 a Obr. 17.1117. Jako v předchozích příkladech i zde byl termostabilizátor nejprve vypnutý a pak zapnutý. V obou případech se frézovalo buď bez, nebo s chladicí kapalinou. Z průběhu křivek vidíme, že termostabilizace značně snížila maximální změny frézovaného rozměru obrobku (ve směru osy vřetena). Udržet toleranci frézovaného rozměru (bez i s chlazením) na úrovni 8 μm během 24 hodin, při změně teploty okolí o 8 °C, je velmi dobrý výsledek.


Obr. 15, 16, 17. Horizontální centrum MA-500HII
, změny frézovaného rozměru při vypnuté termostabilizaci (vlevo) a změny frézovaného rozměru snížené díky teplotní stabilizaci (vpravo).
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Z uvedených příkladů zkoušek vidíme, že termostabilizační systém obráběcích strojů firmy Okuma velmi dobře plní svou funkci. Stroje, na kterých pracují termostabilizační systémy, jsou schopny udržet vysokou přesnost obrábění. Firma Okuma začala s vývojem svého vlastního systému potlačování tepelných deformací obráběcích strojů již v 80. letech minulého století. Koncepce tohoto systému je vytvořena tak, aby potlačoval nejen tepelné deformace od interních tepelných zdrojů stroje, tj. od různých agregátů a od řezného procesu, ale kompenzoval také tepelné deformace vyvolané vnějšími zdroji tepla, tj. změnou teploty okolí stroje. Stroje Okuma tak mohou pracovat s vynikající přesností bez ohledu na proměny okolních teplotních podmínek a nemusejí být dlouhodobě zahřívány před započetím výroby v ranních hodinách nebo po přestávkách. Neztrácí se čas nutným náběhem strojů na optimální pracovní teplotu, snižuje se četnost teplotní kontroly strojů a odpadá nutnost klimatizovaných výrobních provozů. To přispívá k vyšší výrobní výkonnosti. Pozitivní je i snížení spotřeby energie. Firma Okuma tak vychází vstříc uživatelům, pro které bylo dříve zajištění teplotně stabilního prostředí velmi problematické a nákladné.

Misan

Ondřej Svoboda

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 170608
Datum: 07. 06. 2017
Rubrika: Trendy / Obrábění
Firmy
Související články
Japonské brousicí stroje

Japonská společnost Okamoto působí na trhu již necelých sto let. Za dobu své existence vyprodukovala mnoho typů strojů, všechny však brousicí. Následující článek představuje historii tohoto tradičního japonského výrobce a průřez portfoliem brousících strojů.

Nástroje ve znamení podnikové mantry

Tento článek si klade za cíl představit zajímavé nástroje, z nichž některé se dokážou sami ohlásit k údržbě, některé se dokážou třeba i samostatně nastavit. Vše je inspirováno dnešní podnikovou mantrou jednoduché obsluhy, procesní spolehlivosti a úspory vedlejších časů a tím i nákladů.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Související články
Vysoce výkonné vrtání kovaných dílů

Kované ocelové díly se často používají v aplikacích s vysokými požadavky na pevnost a spolehlivost, jako jsou např. oka ojí pro zemědělské stroje. U těchto dílů jsou kladeny požadavky na vysokou pevnost a tvrdost, což kovaná ocel splňuje. A pro obrábění těchto materiálů jsou samozřejmě třeba vysokovýkonné stroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Manipulační systém HS flex heavy

Firma Hermle se již téměř dvacet let zabývá automatizací svých obráběcích center a jako pokračování tohoto vývoje nyní uvádí na trh výkonný, kompaktní a rovněž cenově mimořádně atraktivní automatizační nástroj - manipulační systém HS flex heavy.

Alternativa k aditivním technologiím

Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

Bezobslužná výroba forem rychle a přesně

Požadavky na výrobce nástrojů pro vstřikování plastových dílců rostou kontinuálně, současně se zvyšuje tlak na ceny ze zemí s nízkými mzdami. Pro výrobu těchto nástrojů jsou proto vyžadovány obráběcí stroje, které jsou vysoce produktivní i velmi přesné, aby bylo možné snížit náklady na opravu zmetků a rychle splnit přání zákazníků. Kromě toho musí "ladit" podpora ze strany výrobce stroje.

Nový rekord v HPC frézování

Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Řídicí systém z vlastní dílny, 3. díl: Pokročilé technologické aplikace

Třetí díl našeho seriálu o řídicím systému OSP - P300A firmy Okuma navazuje na dvě předchozí kapitoly, ve kterých jsme stručně představili architekturu systému a inteligentní funkce, které podstatně navyšují přesnost stroje, kvalitu obráběného povrchu i hospodárnost a bezpečnost stroje. Tato část série bude o technologických aplikacích implementovaných do OSP k jednoduchému použití operátorem.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Již druhý hybridní stroj WeldPrint

Kovosvit MAS ve spolupráci s ČVUT vyvinul již druhý tzv. hybridní stroj pod obchodním názvem WeldPrint. Jde o technologii 3D tisku z kovu plně vyvinutou v České republice patřící do kategorie Hybrid Manufacturing (HM). Umožňuje vytvářet kovové dílce navařováním pomocí elektrického oblouku a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru s výrazně menšími náklady než u jiných technologií 3D tisku z kovu. Nový stroj bude díky nižší pořizovací ceně dostupnější než jeho předchůdce.

Kde se svět točí kolem kotouče

Moderní výrobní závody sázejí na stroje, které vyžadují minimální počet manuálních operací a nepříliš intenzivní personální dohled. Pojmem, který symbolizuje optimální propojení nejmodernější technologie s výkonností, je automatizace.

Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

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