Trendy v obrábaní malých súčiastok

Moderný proces obrábania súčiastok malých rozmerov je realizovaný na CNC obrábacích strojoch s posuvnou hlavou s veľkým stupňom produkcie. Preto je veľmi dôležité zvýšenie výkonu obrábacích strojov. Väčšina týchto typov CNC obrábacích strojov je vybavená CNC riadiacim systémom a tiež prídavnými zariadeniami na podávanie a prísuv materiálu na obrábanie za účelom maximálnej produktivity automatizovanej výroby.

CNC stroje na obrábanie súčiastok malých rozmerov

CNC obrábací stroj s posuvnou hlavou na obrábanie malých dielov je vybavený hlavou, ktorá je umiestnená v hlavnom vretene s priechodzím otvorom pre materiál. Materiál obrobku je pomocou automatického podávača tyčí vysúvaný v smere osi Z (+). Nástroje sú potom stacionárne, čím sa zvyšuje stabilita obrábania. Pomocou druhého hlavného vretena je možné pretláčanie materiálu cez priechodku, čím je možné obrábanie dlhých hriadeľov bez použitia koníka. Pri sústružení je možné použiť až 12-polohovú nástrojovú hlavu. Jednotlivé nástroje sú zoradené v nástrojovom bloku (zásobníku). Väčšie typy týchto CNC strojov majú revolverové hlavy a súčasne využívajú nástrojové bloky, čo zvyšuje univerzálnosť ich použitia. Ako držiaky nástrojov sa používajú tie v štandardnom prevedení, alebo systémy Coromant Capto. Schéma hlavných častí CNC stroja na obrábanie malých dielov je na obr. 1.

Rovnako aj princíp obrábania malých súčiastok spolu s vyznačením pohybov v jednotlivých osiach pri vonkajšom hrubovacom sústružení súčiastky s priemerom menším ako 32 mm je vidieť na obr. 2. Celý proces obrábania je vykonávaný v automatickom režime CNC obrábacieho stroja s riadiacim systémom Fanuc Manual Guide i. Nastavenie nulového bodu obrobku sa vykoná spravidla nástrojom, ktorý je označený v tabuľke korekcií číslom 1. Korekcie ostatných nástrojov je možné vykonať buď v manuálnom režime, alebo pomocou dotykovej alebo optickej, či laserovej odmeriavacej nástrojovej sondy [6].

CNC obrábací stroj s posuvnou hlavou

Pomocou vodiaceho púzdra je obrábaný materiál posúvaný smerom k reznému nástroju a jeho rotačný pohyb je zabezpečený vretenom, ktoré koná súčasne translačný pohyb v súlade s materiálom vo vodiacom púzdre. Posuvný pohyb obrábaného materiálu potom predstavuje osu Z na CNC stroji a nástroje zaujímajú polohu v blízkosti vodiaceho púzdra. Uvedený proces prispieva k stabilizácii technologickej sústavy. Je to dôležité hlavne pri upichovaní materiálu, aby nástroj mohol plniť funkciu dorazu pre tyčový obrábaný materiál. Takéto typy CNC strojov sú vybavené blokovými držiakmi nástrojov umožňujúcich vyššiu flexibilitu oproti štandardnému upínaciemu systému. Príkladom je upínací systém QS aplikovaný na uvedený typ obrábacieho stroja. Pri obrábaní je použitý rezný olej, čo má priaznivejší vplyv na proces obrábania ako napríklad aplikácie štandardnej reznej kvapaliny. Použitie sa prejaví lepším odvodom triesky, tvorbou triesky, čo má priaznivejší dopad na trvanlivosť rezného nástroja.

Systém QS je nový typ upínania rezných nástrojov do nástrojových držiakov podstatne skracujúci vedĺajší výrobný čas. Rovnako je znížený čas aj výmeny reznej platničky nástroja. Konvenčné kliny je možné jednoducho vymenit bez nutnosti vykonávania akýchkoľvek úprav na stroji. Upínací systém QS je k dispozícii napríklad pre nástrojové systémy CoroTurn107 a CoroCut [1].

CNC obrábacie stroje s posuvnou hlavou sú pre potreby operácií obrábania vnútorných plôch vybavené jednou, prípadne viacerými nástrojovými hlavami. Je spravidla možné použiť štandardné držiaky nástrojov rovnako ako aj špeciálne rýchlovýmenné nástrojové systémy, ako sú napríklad systém Coromant Capto, umožňujúci rýchle upínanie a výmenu vymeniteľných rezných platničiek. Pre obrábanie vnútorných plôch obsahuje nástrojová hlava nasledovné vybavenie:

• vyvrtávací adaptér s plôškami pre systém CoroTurn XS;
• objímky EasyFix (132N) pre vyvrtávacie tyče s valcovou stopkou.

Nástrojovú hlavu je možné rovnako osadiť vyvrtávacími tyčami typu CoroTurn SL určenými na vonkajšie obrábanie [1].

Príklad obrábania súčiastky malých rozmerov

Pri obrábaní súčiastok s priemerom menším ako 32 mm na uvedených typoch CNC strojov je potrebné zvážiť dôležité aspekty. Je nutné začínať s obrábaním vnútorných plôch súčiastky. Tým sa zaistí stabilita rezného procesu, ktorá vyplýva z tuhosti zabezpečenej vodiacim puzdrom. Pri určení poriadia má vplyv aj samotná technológia obrábania - výber vŕtania pred sústružením, hrubovanie pred dokončovacími operáciami a pod. Pokiaľ je to možné, tak je potrebné zvoliť čo možno najmenší počet operácií na čo najmenší počet záberov.

Odporúčaný sled operácií obrábania súčiastky:

Prvá operácia obrábania na CNC stroji s posuvnou hlavou je vŕtanie a vnútorné sústruženie na hlavnom vretene. Tým dosiahneme vyššiu stabilitu obrábania, nakoľko polotovar je pevne upnutý pomocou vodiaceho puzdra (obr. 8).

Ďalšou operáciou v poradí by malo nasledovať vonkajšie sústruženie na hlavnom vretene stroja. Pokiaľ je to možné, je treba odobrať celú hĺbku rezu na jeden záber, aby sa predišlo ďalšiemu pohybu polotovaru, ktorý je upnutý v posuvnej objímke. Tým sa skráti čas obrábania a zvýši sa stabilita procesu rezania (obr. 9).

Nasledovnou operáciou bude čelné frézovanie vonkajšej rotačnej plochy. Uvedený spôsob frézovania je výhodný, pretože vznikajú menšie rezné sily z dôvodu určitého obmedzenia stability a rezného výkonu rotačného vretena. Otáčanie vretena s obrobkom je zabezpečené osou C, a to v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek (obr. 10).

V poslednej fáze obrábania vonkajšej plochy súčiastky tesne pred upichnutím od zvyšku polotovaru použijeme operáciu reverzného sústruženia. Pokiaľ je to možné, je treba zvoliť odobratie materiálu na jeden prechod (obr. 11).

Pri kombinácii použitia hlavného a sekundárneho vretena je upichovanie poslednou operáciou na hlavnom vretene. Čím menšia je vzdialenosť medzi oboma vretenami počas obrábania, tým menšie je vyloženie súčiastky a lepšia výsledná kvalita povrchu (obr. 12).

Posledné operácie obrábania súčiastky sú vykonávané pomocou sekundárneho vretena. Jedná sa o vonkajšie aj vnútorné sústruženie, vŕtanie a pod. (obr. 13).

Záver

Pri obrábaní malých súčiastok na CNC obrábacích strojoch s posuvnou hlavou je potrebné zobrať do úvahy nasledovné zásady. Najskôr je potrebné obrábať vždy vnútorné plochy na hlavnom vretene stroja. To zaručí vyššiu stabilitu procesu rezania pri nasledovných operáciách. Držiak podávača zabezpečí rozmerovú stabilitu vonkajšej plochy. Potom nasledujú vonkajšie operácie v poradí vonkajšie sústruženie, rezanie závitov a upichovanie, resp. zapichovanie. Nakoniec sa obrába opačný koniec na pomocnom vretene a to v poradí vútorné a vonkajšie operácie. Tým sa zníži zaťaženie hlavného vretena, odstránia sa vedľajšie časy na upínanie obrobku, čo umožní skrátiť celkový čas výroby.

Ing. Jozef Majerík, PhD., Ing. Ivan Baška

Literatúra

[1]. Machining - Technical Guide. Sandviken: AB Sandvik Corormant SE-811 81 Sveden, 2009.

[2]. Příručka obrábění - kniha pro praktiky. SCIENTIA s.r.o. Praha, Česká republika, 1997. ISBN 91-972299-4-6.

[3] JAMBOR, J., MAJERÍK, J. Hard Die&Mould Milling Process with CAD/CAM system CATIA V5R18 support. In: 20 th DAAAM Symposium 2009, Intelligent Manufacturing&Automation, Theory, Practice&Education. Austria Vienna (ACV), pp 1465-1466, ISBN 978-3-901509-70-4.

[3] MAJERÍK, J., DANIŠOVÁ, N. Výroba súčiastky na jedno upnutie. In: AI Magazine No. 1, s. 32-33, 2010. ISSN 1337-7612.

[5] MAJERÍK, J., ŠANDORA, J. Nástroje na obrábanie - nové trendy. In: Mechanical Engineering Journal, No. 3, s. 30-31, 2009. ISSN 1335-2938.

[6] MAJERÍK, J., BAJČÍK, Š. Automatizácia sústruženia v MANUAL GUIDE i. In: AI Magazine No. 3, s. 44-45, 2008. ISSN 1337-7612.

Trenčianska univerzita A. Dubčeka, Fakulta špeciálnej techniky

//fst.tnuni.sk/

majerik@tnuni.sk