Témata
Reklama

Víceosé obrábění - optimální směr pro růst průmyslu?

Problematika víceosého obrábění není zdaleka novým oborem, právě naopak. Již v dobách konvečních strojů se zámečníci úspěšně vypořádávali s obráběním ve více rovinách, frézováním tvarových prvků a s celou řadou dalších úkolů, které bychom mohli zahrnout pod obecný pojem víceosé obrábění.

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. 

Tehdejší výrobní metody pochopitelně odpovídaly možnostem výrobních zařízení – řešily se složité a přesné přípravky, rozpracované polotovary se pečlivě ustavovaly na stoly či palety strojů, pro obrábění tvarových prvků se využívalo kopírovacích metod a tak by se dalo pokračovat dále. Důležitým mezníkem se stal příchod číslicového řízení do obráběcích strojů, který nejprve umožnil automatické polohování ve dvou, třech či více osách a později i souvislé řízení lineárních a rotačních os. To vyvolalo potřebu tvorby programů pro správné řízení relativní polohy břitu nástroje vůči obrobku. První programátoři víceosého obrábění dokonale ovládali nejen syntaxi tvořených programů, tedy ISO kód, ale museli být schopni pracovat s matematickým popisem požadovaných tvarů a ploch, který byl následně tabelován a vytvářeny jednotlivé body trajektorie nástroje. Snoubila se zde znalost prostorové deskriptivní geometrie, matematiky, algoritmizace a tím vším se v každém okamžiku prolínaly zkušenosti a znalosti technologické, neboť s projetím každé vytvořené trajektorie jsou spjaty informace o řezné rychlosti a pracovním posuvu.

Reklama
Reklama
Obr. 1a+b. CAM software je při víceosém obrábění nedostižným pomocníkem.Dalším mezníkem, který významně ovlivnil proces technologické přípravy výroby, bylo rozšíření softwarových prostředků označovaných souhrnně jako CAM. Vývoj dospěl dnes již do té fáze, kdy CAM software si může dovolit pořídit většina podniků a podnikatelů, u nichž obrábění na číslicově řízených obráběcích strojích představuje jeden ze základních pilířů výroby. Přesto se relativně často setkáváme s jistou nedůvěrou, bázní a respektem před víceosým obráběním. Základní motivací akce uspořádané společnostmi Misan, t-support a TaeguTec pod názvem Víceosé obrábění bylo předvést širokému spektru posluchačů, včetně těch na průmyslovou praxi se teprve připravujících, že proces od výkresu (či 3D modelu) k finálnímu obrobku lze elegantně zvládnout i u velmi složitých obrobků typu kompresorového kola.
Obr. 2. Víceprofesní soustružnické obráběcí centrum Mazak Integrex i300S

3+2 nebo souvislé víceosé obrábění

Víceosým obráběním se v rámci výše zmíněného semináře rozumělo vše, co v případě frézky přesahuje tři lineární osy a v případě soustruhu dvě lineární řízené osy. Na úvod je třeba rozlišit souvislé víceosé obrábění a obrábění ve více osách s využitím indexace rotačních os. Celou řadu značně složitých obrobků lze obrobit s využitím indexace rotačních os. Naproti tomu vyskytuje-li se na obrobku obecná prostorová plocha, pak je nejlépe využít souvislého řízení lineárních i rotačních os pro dosažení nejvyšší produktivity při splnění požadavků geometrických tolerancí i integrity povrchu. Jednou z motivací ukázky obrábění na víceprofesním soustružnickém obráběcím centru Mazak Integrex i300S bylo názorné předvedení jak souvislého řízení v pěti osách (na hlavním soustružnickém vřetenu), tak ukázka základních možností při indexaci rotačních os B a C (na druhém soustružnickém vřetenu). U kompresorového kola byly dále demonstrovány funkce modulu MultiBlade v rámci softwaru GibbsCAM, který programátorům umožňuje řešit problémy a úskalí týkající se cíleně obrábění prostorových lopatek, kanálů a napojení mezi nimi. Posluchači tak mohli na stroji zhlédnout například vysoce produktivní dokončování boků lopatek meridiálním obráběním či optimalizaci drah nástroje v oblasti napojení lopatky na náboj kola.

Programování ve více kanálech

V poslední době jsme svědky značného rozmachu strojů schopných obrábět dvěma či více nástroji simultánně. Typicky se tyto aplikace prosazují u soustružnických strojů se dvěma či třemi revolverovými hlavami a u víceprofesních soustružnických obráběcích center (s horní soustružnicko-frézovací hlavou a spodní revolverovou hlavou). V této souvislosti je třeba pochopitelně řešit problematiku programování těchto strojů s jasným kritériem maximálního využití potenciálu stroje, tedy například simultánní obrábění dvou nástrojů na jednom soustružnickém vřetenu, nebo naopak nezávislé obrábění různých tvarů na každém soustružnickém vřetenu apod. Je zřejmé, že programování a postprocesing se musejí odehrát ve více kanálech, které musejí být vzájemně synchronizovány minimálně prostřednictvím tzv. čekacích funkcí, kdy posun k dalšímu procesu na jednom vřetenu může nastat až po skončení právě probíhajícího procesu na vřetenu druhém. Nesoulad a jakékoliv nejasnosti v této problematice v prostředí CAMu by měly fatální důsledky při spuštění vygenerovaného programu na stroji. Jedním z témat semináře proto bylo i seznámení se základními pravidly programování a vytváření sekvence procesů v CAMu při vícekanálovém programování.

Obr. 3. Akci nazvanou Víceosé obrábění uspořádaly společnosti Misan, t-support a TaeguTec.

Základní kinematická uspořádání strojů pro víceosé obrábění

Z hlediska konstrukce strojů pro víceosé obrábění je možné se v praxi setkat s celou řadou kinematických konfigurací uspořádání lineárních a rotačních os na stroji. Každá konfigurace má své výhody a nevýhody, ale také svá opodstatnění ve vztahu k typu a rozměru obrobku a nakonec i k pořizovací ceně stroje. Základní úroveň víceosého stroje lze spatřovat v doplnění běžného tříosého obráběcího centra o přídavnou rotační osu, případně dvojici rotačních os ve formě otočného stolu, resp. sklopného a otočného stolu. Dostáváme tak řešení značně univerzální, modulární (rotační osu lze kdykoliv s malým úsilím ze stroje sundat a opět nainstalovat) a také cenově výhodné, na druhou stranu je třeba si uvědomit, že přidáváme další osy na standardní tříosou frézku, která k tomu nebyla primárně konstruována. Vyšší (a dražší) stupeň pak představují „čistokrevné“ pětiosé stroje od počátku navrhované pro víceosé obrábění. V oblasti menších skříňových obrobků dominují v dnešní době stroje s tzv. kolébkovým stolem, tedy se dvěma rotačními osami integrovanými do konstrukce spodního lože stroje a s lineárními osami nejčastěji v konfiguraci horního gantry. U velkých obrobků dominují konstrukce s rotačními osami umístěnými na frézovacím vřetenu a nejvýše jednou osou realizovanou obrobkem, což je výhodné s ohledem na značně hmotný polotovar, který tak není třeba polohovat rotačními osami.

Nástroje pro produktivní víceosé obrábění

Korejská firma TaeguTec se prezentovala ucelenou řadou nástrojů pro nejčastější soustružnické i frézovací operace, ale i nástroji cíleně orientovanými na víceosé aplikace, například při výrobě forem a zápustek. Pomyslnou červenou nití linoucí se většinou prezentovaných nástrojů bylo nasazení vyměnitelných břitových destiček s novou povrchovou vrstvou vytvořenou technologií CVD zlatavé barvy označovanou souborně Gold Rush. Vysoce homogenní a hladká povrchová vrstva Gold Rush zajišťuje plynulý odvod třísek po čele nástroje a ve spojení s celou řadou účelově navržených utvařečů třísky zvyšuje produktivitu obrábění při optimálním dělení odcházející třísky.

Obr. 4. Jedna z ukázek obrábění: turbínové kolo o průměru 160 mm, materiál 14 220

Výrobky s vysokou přidanou hodnotou

Výstupem z procesů víceosého obrábění jsou jednoznačně výrobky, u nichž byla při obrábění výrazně zvýšena jejich hodnota. Tato činnost je logicky spojena s hlubokými znalostmi a řemeslným uměním, jehož nositeli byli po několik předchozích generací úspěšní čeští strojaři. Jistě by bylo velkou škodou neusilovat o navázání na jejich odkaz a směřovat český průmysl k výrobě (a montáži) jednoduchých výrobků s využitím na stále ještě nižší ceny lidské práce v porovnání se západní Evropou. Nebojme se tedy složitých víceosých aplikací a využívejme efektivně všech prostředků, které nám v dnešní době nabízejí výrobci a dodavatelé softwarových řešení i samotných výrobních strojů.
Ondřej Svoboda

Misan
o.svoboda@misan.cz
www.misan.cz

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 111230
Datum: 19. 12. 2011
Rubrika: Trendy / Obrábění
Firmy
Související články
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.

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.

Obrobkové sondy a úskalí jejich použití

Téměř většina z nově vyrobených, zejména pak sofistikovaných obráběcích strojů, je dnes vybavena obrobkovými měřícími sondami. V uživatelských návodech k těmto sondám se lze dočíst o tom, jakými přínosy je jejich nasazení ve výrobě ohledně efektivnosti, snižování vedlejších časů při mezioperačních a finálních kontrolách obrobků atd. Ano, to vše je pravdou, nicméně i měřící sondy mají svá úskalí - tak jako ostatně každé jiné měřící zařízení.

Související články
Optimalizované obrábění tvrdokovů

Tvrdokovy se skládají z jemných zrn velmi tvrdých materiálů - zpravidla karbidu wolframu - s kovovým pojivem, jako je např. kobalt. Jsou vytvářeny metodou práškové metalurgie a po sintrování dosahují vysokých hodnot pevnosti a tvrdosti. Tvrdokovy se přednostně používají pro výrobu obráběcích nástrojů, přesto také u řezných a tvářecích nástrojů vede jejich vynikající životnost k rostoucí poptávce. Pro tento účel vyžadované třískové obrábění přináší vysoké náklady. V rámci semináře u jednoho výrobce obráběcích strojů prezentují odborníci z oblasti technologií, obráběcích strojů, nástrojů a softwaru CAD-CAM své zkušenosti i řešení využitelná v praxi.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

Virtuální stroj pomáhá vyhnout se poškození

Kolize během obrábění jsou vždy nákladnou záležitosti. Tím, jak se výroba vybavuje stále vyšší úrovní automatizace a s rozšiřováním aplikací internetu věcí (IIoT) nabývá prevence chyb na složitosti i časové náročnosti. Japonský výrobce CNC strojů Okuma , který si jako jediný na světě vyrábí veškeré klíčové komponenty obráběcích strojů sám, vyvinul digitální řešení, které slouží k přípravě, simulaci a otestování celého procesu obrábění před jeho zahájením. Během vlastního obrábění provádí systém Collision Avoidance Systém (CAS) velmi přesnou virtuální simulaci s předstihem v řádu milisekund před vlastním řezáním. Jakékoli kolize, které by mohly nastat, jsou tak zablokovány předtím, než mohou způsobit vážná poškození - šetříc čas a peníze provozovatele stroje.

Aktuální přístupy ke zvyšování produktivity třískového obrábění

V každé výrobní technologii neustále klademe nové požadavky na zvyšování produktivity, přesnosti, jakosti, efektivity, spolehlivosti apod. Produktivita je jedním z důležitých parametrů, na jejichž základě lze technologie mezi sebou srovnávat. Třískové obrábění si z pohledu produktivity neustále udržuje významné postavení, neboť je schopno zajistit všechny výše uvedené požadavky i pro velmi přesné dílce. Výše celkové produktivity a samozřejmě i ostatních parametrů je dána každým článkem z tohoto řetězce: zvolený nástroj – upnutí nástroje – řezné podmínky – upnutí dílce – zvolená strategie obrábění – NC kód (vazba na CAM a postprocesor) – možnosti stroje z pohledů parametrů pohonů a též jeho technologické konfigurace (multifunkčnost) – řídicí systém.

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.

Větší řádkování při obrábění načisto

Při použití fréz s optimálně zakřiveným břitem pro frézování vnějších povrchů je možné časy na dokončovací obrábění značně snížit. Docílit toho lze vzájemnou souhrou stroje, nástroje a softwaru, jak ukazuje následující příklad.

Zubní náhrady aneb strojírenství i v dentálním průmyslu

Zubní náhrady se vyrábějí již od dob egyptských faraonů téměř stejným způsobem. Pouze materiály a metody se za tu dobu vyvinuly na úroveň 21. století.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Toolmanagement do moderní výroby

Každá firma, která realizuje technologii obrábění, spravuje svůj nástrojový park a příslušná data. Disponuje určitým nástrojovým managementem např. v podobě výdajových karet či vytvořený v běžně dostupných počítačových programech, např. MS Excel. Otázkou pak je, zda mu tento stávající systém plně vyhovuje nebo ho hodlá změnit a nalézt profesionálnější řešení.

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