Ukládání přesných obráběcích strojů na základ

Pevný základ je nutný vždy, když se na soustruhu předpokládá výroba nevyvážených obrobků. Správně provedený základ zlepší přesnost polohování i kvalitu obráběného povrchu. Dobrý základ je nezbytný, pracuje-li stroj v režimu statistického řízení procesů. I stroje, jejichž nosná soustava je dostatečně tuhá, je vhodné uložit na pevný základ kvůli správnému připojení podpůrných agregátů.

K útlumu vibrací šířících se ke stroji z okolí je třeba izolovat boky základu stroje. Jestliže se však vibrace šíří od základů budovy nebo ze zemního podkladu stroje, je třeba mezi zeminu a základ stroje položit pružnou a tlumicí vrstvu (obr. 1). Potíže vždy redukuje dostatečně velká hmotnost základu stroje.

Lože běžných strojů mají dostatečnou tuhost k zachycení provozního zatížení i běžných vibrací. Dlouhá lože a lože přesných strojů však vyžadují uložení na takový základ, který zvýší jejich tuhost. U nekotveného lože se tuhost celku zvýší dvakrát. Ukotvením lože na správně dimenzovaný základ se tuhost celku zvýší až čtyřikrát (obr. 2).

Obr. 2. Ukotvení stroje na základ. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Ukotvením lože na základ se sníží deformace od pohyblivých částí stroje. Výsledný celek má totiž až čtyřikrát větší osový průřezový modul, kde b je šířka soustavy stroj-základ a h je jeho výška (vzorec v obr. 3). Deformace stroje a základu od přemísťovaných hmot jsou nepřímo úměrné tomuto modulu.

Obr. 3. Snížení deformací stroje kotvením na základ. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

V případě, že se počítá se soustružením nevyvážených obrobků, je kotvení stroje k základu nutné, protože nevyvážení zhoršuje kvalitu obrobku a může v extrémních případech i převrhnout stroj. Vibrace vyvolané nevyvážením rotujícího obrobku narušují nosnost základové zeminy, která, v nejhorším případě, poklesne až na úroveň nosnosti kapaliny. Proto se doporučuje utužení základové zeminy nebo provedení hlubších základů. Vyšší hmotnost základů stroje zmírní tyto problémy.

Jestliže je požadována od stroje vysoká přesnost polohování a kvalita obrobeného povrchu, je třeba zajistit velmi tuhý základ. Je třeba si uvědomit, že deformuje-li se základ o 5 μm v místě kotevního šroubu, vyvolá to chybu polohování ±20 μm ve výšce 2 m nad základem (obr. 4). Málo tuhý základ se projeví také zhoršenou kvalitou povrchu, protože amplitudy chvění, které je vždy na stroji přítomné, se v místě nástroje zvětší.

Obr. 4. Chyba polohování v důsledku deformace základu. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Je-li produkce stroje sledována v systému statistického řízení výrobního procesu, vyžaduje se podstatné snížení rozměrových tolerancí obrobků. Z toho důvodu je nutné uložení a kotvení stroje na dobře dimenzovaný základ. Kromě toho, zejména u velkých strojů, je vhodné mít přímé odměřování a jeho konstrukce by měla být odolná proti teplotním deformacím. Měly by se také používat pouze tuhé upínací přípravky a stabilní nástroje.

Mají-li vibrace vysoké frekvence a malé amplitudy, postačí pod základovým blokem utužit zeminu, jak ukazuje obr. 2. Avšak frekvence nižší než 20 Hz a vysoké amplitudy nebo silné otřesy vyžadují navíc i hltič rázů a nízkofrekvenčních vibrací (obr. 5). Kromě vlastního základového bloku, ke kterému je stroj kotven, musí být vytvořena i armovaná základová vana. Toto řešení se používá u brusek nebo lisů. Chrání samozřejmě i okolí proti vibracím generovaným strojem.

Obr. 5. Základ s hltičem rázů a vibrací. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Vliv armování na tuhost a pevnost základu není třeba zvlášť zdůvodňovat. Horizontální ocelové pruty zachycují ohybová namáhání, vertikální pruty smyková napětí. Doplňme ještě požadavek udržení hladiny spodní vody minimálně 1 m pod zhutněnou zeminou. Plovoucí vyrovnávací betonový potěr není přípustný. Není-li vyhnutí, lze akceptovat jako pojivo betonového potěru epoxidovou pryskyřici, přestože má mírný sklon k tečení.

Neadekvátní základy v zeminách s nízkou únosností mohou způsobit nepřípustný náklon těžkých strojů. V takovém případě je nutné uložit základový blok na piloty. Je potřeba důrazně upozornit na nevhodnost propojení armované základové desky nebo bloku stroje se základy budovy. V takovém případě se rezonanční kmitání budov přenáší plně i na stroj s rizikem jeho poškození.

Výztuž (armování) základů je nutná, neboť čistý beton nesnáší ohybové ani smykové napětí, i když snese vysoké tlakové namáhání. Ohybové momenty vyvolávají v základovém bloku jak ohybové, tak smykové napětí. Pohyblivé hmoty obráběcích strojů mění smysl napětí z pozitivního na negativní, viz obr. 6. Tyto změny zachytí ocelová výztuž základu.

Obr. 6. Napětí v základovém bloku. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Firma Okuma nahradila starý typ kotevních šroubů novým, úspornějším typem, viz obr. 7. Nový typ kotevního šroubu se zapouští do vrtaného otvoru, který je pak vyplněn speciální směsí. Vyhneme se tak problémům se smršťováním dříve používané betonové malty při tuhnutí a současně je konstrukce úspornější na spotřebu materiálu.

Pro zalévání kotevních šroubů ve vyvrtaných otvorech se osvědčil materiál Pagel-V1/50 (0–5 mm), což je malta dobře tekutá až 90 minut po smíchání s vodou i při nízkých teplotách. Malta v otvoru mírně a rovnoměrně expanduje a pevně přilne k okolnímu betonu základu. Je rychle tuhnoucí, nesmrštivá, odolná mrazu a po ztuhnutí i oleji a vodě. K míchání zalévací směsi se používají nízkootáčkové mixéry, které zaručí nízký obsah vzduchových bublin ve směsi a tím i její správnou pevnost. Materiál Pagel se dodává jako suchá malta. Míchání je předepsáno tak, že se ve vhodné nádobě připraví 2/3 potřebné vody, do níž se přidá suchá malta, a vše se míchá asi tři minuty. Dolije se zbytek vody, směs se míchá další dvě minuty a ihned se zalévá do připravených kotevních otvorů pomocí nálevek nebo hadic. Aplikace vyžaduje pečlivé vymytí vyvrtaných kotevních otvorů a sycení okolního betonu vodou po dobu 6 až 24 hodin. Po zalití je třeba chránit maltu před rychlým výparem vody. Kotevní šrouby musejí být zhotoveny z černé nepovlakované oceli. Nárůst objemu malty během 24 dnů je 1 %.

Používá se epoxidová pryskyřice vhodná pro kotvení do betonu s vysokou přilnavostí k betonu, kameni i oceli. Je odolná proti chemikáliím a vytváří velmi pevné spoje. Kotevní otvory se plní speciální směšující kartridží. Epoxid tuhne v otvoru 24 hodin při 20 °C (viz obr. 8).

Beton je materiál objemově stálý jak na vzduchu, tak pod vodou. Roztažnost betonu je stejná jako roztažnost oceli. To je výhodné pro armovaný beton. Beton tuhne asi 90 minut od namíchání směsi cementu s vodou. Do té doby musí být finálně zapracován do formy. Aby hydratace cementu proběhla správně, musí být přidána voda o hmotnosti 40 % hmoty cementu. Větší i menší množství vody vede k drastickému poklesu kvality betonu. Aby se zabránilo úniku vody a cementu mimo základ, je třeba vyložit základovou jámu před litím nepropustnou fólií.

Základy obráběcích strojů jsou velmi důležité. Proto firma Okuma zaručuje přesnost a výkonnost svých strojů, jen když jsou základy a kotvení správně provedeny. Tloušťka základů předepsaná ve firemní dokumentaci strojů je vždy dostatečná, je-li kvalitní armování a beton. Objeví-li se v základu trhlina, je to důkaz nekvalitního provedení. I když příprava a realizace základů si vyžádá určitý finanční obnos (zejména u velkých strojů) a přináší řadu nesnází ve výrobě (prašnost, hluk a nepořádek), to vše je v porovnání s cenou nového stroje a zejména se ztrátami spojenými se snížením přesnosti a spolehlivosti provozu nového zařízení zcela zanedbatelné.

Ondřej Svoboda, Pavel Bach

Misan

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz