Vlastnosti vřeten CNC soustruhů - 2. část

Stroje série LB jsou soustružnická centra s jedním nebo dvěma vřeteny. Jako příklad vybíráme modely těžkých strojů LB35 III a LB45 III, které mají oběžný průměr nad ložem 700 mm a 900 mm a nad suportem 430 mm a 550 mm. Vřetena jsou uložena ve třech bodech podle obrázku obr. 2. Kombinována jsou opět dvouřadá válečková ložiska NN 30K s duplexními kosoúhlými kuličkovými ložisky. Vřeteník těchto modelů je chlazen kvůli snížení teplotních deformací. Ložiska jsou před pronikáním chladicí kapaliny chráněna labyrintovým těsněním. Výkonový diagram modelu LB35 III vidíme na následujícím obrázku. Stroj má celkem čtyři výkonnostní režimy. Dva se řadí pomocí ozubených kol a dva přepínáním cívek motoru. Maximální otáčky jsou 3 200 min^-1, nejvyšší výkon po dobu 30 minut je 30 kW a dlouhodobě 22 kW. Tomu odpovídají krouticí momenty 1 308 Nm a 959 Nm. Model LB45 III má všechny čtyři výkonnostní režimy řazené ozubenými koly, maximální otáčky vřetena 2 800 min-1, nejvyšší výkony motoru 37/30 kW (30 min/kont.), odpovídající nejvyšší krouticí momenty 4 136 Nm/3 352 Nm.

Tyto modely disponují osou C s přesností indexování ±0,01° a opakovatelností nastavení ±0,003° u LB35III(M). Model LB45III(M) má tyto parametry ±0,015°, resp. ±0,007°.

Vřetena soustruhů série LU jsou podobná vřetenům předchozí série LB. Obě řady strojů mají i podobné základní parametry. Liší se hlavně provedením nástrojové části, stroje LU mají dvě revolverové hlavy. Vřetena jsou uložena ve třech bodech jako u série LB.

Zajímavými stroji jsou soustruhy série LT. Jedná se o stroje se dvěma vřeteny, hlavním vřetenem a protivřetenem. Ve spojení se dvěma nebo i třemi nástrojovými hlavami nabízí tato konfigurace řadu neobvyklých technologických možností. Obě vřetena mají stejné parametry. Spolupráce vřeten umožňuje komplexní obrobení součástí.

Příklad koncepce vřetena je na obrázku 5. Jak je vidět, jedná se o elektrovřeteno s vestavěným VAC motorem. Výkon motoru se reguluje přepínáním cívek mezi 11,5 kW a 7,5 kW (opčně 22 kW a 15 kW nebo 30 kW a 22 kW). Maximální otáčky vřetena s velkým vrtáním 80 mm jsou 5 000 min-1. Standardní vrtání 42 mm nebo 62 mm má otáčky vyšší – 6 000 min-1. Uložení je standardní, ve dvou bodech, na předepnutých dvouřadých válečkových ložiskách NN30 K. Axiální síly zachycují duplexní kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, tentokrát jen v předním uložení. Příslušná labyrintová těsnění a ostřikovací kroužky blokují přístup nečistot a procesní kapaliny do ložisek a motoru. Obě vřetena jsou polohovatelná (osa C).

Díky použití thermo-friendly systému jsou modely série LT mimořádně přesné. K dispozici je výsledek zkoušky stability soustruženého průměru na stroji LT2000EX. Změny teploty vřetena i celého stroje bylo dosaženo obráběním při úběru materiálu cca 55 cm3.min^-1, přičemž stroj startoval ze studeného stavu, tj. nebyl předem zahřát, jak je při přesné výrobě obvyklé. Okolní teplota byla během zkoušek stabilní. Výsledek první zkoušky bez aktivace termostabilizujícího systému je na grafu (obr. 7). Horní křivka udává závislost odchylky obráběného průměru materiálu v μm v závislosti na čase v hodinách. Dolní křivka ukazuje závislost teploty procesní kapaliny na čase. Při zkoušce se sleduje změna obráběného průměru obrobku po přerušení obrábění na jednu hodinu. V tomto případě to bylo 12 μm, což je mimo určené tolerance. Za stejných podmínek obrábění, avšak s aktivovaným termostabilizujícím systémem stroje, byl získán výsledek na následujícím grafu. Dosažená změna průměru obrobku po přerušení obrábění je již v úzké toleranci 3 μm. Současně je na průběhu křivky vidět velmi nízká odchylka průměru obrobku po dobu osmihodinové zkoušky.

Další sérií je 2SP série, tzv. dvojčata, čelní soustruhy se dvěma paralelními vřeteny. Jejich konstrukci naznačuje schéma na obr. 10. Protože tyto stroje jsou určeny pro lehčí typ obrábění přírubových součástí do průměru 250 mm, není třeba ukládat vřeteno ve třech bodech. K zajištění radiální únosnosti jsou k uložení hřídele vřetena použita ložiska NN30 K pouze ve dvou bodech hřídele.

Axiálně je vřeteno uloženo v jednom páru kosoúhlých, kuličkových ložisek. Celé uložení je bezvůlové, předepnuté. Pohon vřetena zajišťuje řemenový převod od elektromotoru. Diagram výkonu a krouticího momentu v závislosti na otáčkách vřetena vidíme na obrázku 11. Nejvýhodnější otáčková zóna pro výkonné soustružení je v rozsahu otáček 1 140 až 4 500 min-1, kdy stroj dosahuje plného výkonu.

Na závěr se zmíníme o vřetenech používaných na strojích série Multus. Stroje série Multus, jak již název napovídá, jsou multifunkční obráběcí centra, jejichž základem je soustružnické centrum vybavené polohovatelnou nástrojovou hlavou pracující buď jako frézovací vřeteno, nebo jako hlava pro soustružnický nástroj. Posuvové osy X, Y a Z společně s natáčecí osou B polohují frézovací vřeteno. Hlavní vřeteno je vybaveno osou C. Tato konfigurace předurčuje stroj k výrobě tvarově složitých součástí, jejichž základním tvarem je tvar rotační. Konfiguraci vřeten a spodní a horní nástrojové hlavy ukazuje obrázek 12. Stroj může mít i NC koník.
Hlavní soustružnické vřeteno je velmi výkonné s maximálním krouticím momentem 1 413 Nm u největšího modelu Multus U5000. Hlavní parametry vřeten pro tři vybrané modely ukazuje tabulka.

Kdybychom měli závěrem shrnout poznatky jakéhosi „průzkumu“ konstrukce vřeten vodorovných CNC soustruhů vyráběných firmou Okuma, mohli bychom konstatovat, že zřejmě tam, kde je to po všech stránkách výhodné, neprosazuje firma elektrovřetena za každou cenu a využívá klasický pohon dvojice elektromotor–řemenový převod, případně převod ozubenými koly. Řemenovým převodem do pomala se snadno redukují relativně vysoké otáčky elektromotorů. Současně řemeny tlumí chvění pocházející právě od motoru. Při precizním vyvážení řemenic nehrozí ani přenos jejich chvění o otáčkové frekvenci na vřeteno. Přesně vyrobené a případně i broušené ozubení rovněž generuje minimální chvění, které by se mohlo projevit na kvalitě obráběného povrchu. K uložení všech vřeten používá Okuma klasické uspořádání ložisek. Není důvod toto osvědčené uspořádání ložisek soustružnických vřeten měnit. Spolu s technologií precizní výroby vřeten, o které jsme se krátce zmínili na začátku článku, je toto uložení zatím nepřekonané. Důkazem je vysoká přesnost a dlouhodobá spolehlivost vřeten. Všechny modely vodorovných soustruhů jsou konstruovány podle zásad thermo-friendly systému. Do tohoto systému jsou samozřejmě zahrnuta i vřetena jako významné zdroje tepelné energie. Celý systém uložení vřeten je vyroben a montován tak, aby byly dodrženy předepsané ložiskové tlaky, což přispívá ke snížení vývoje tepla při rotaci vřetena. Současně to zaručuje vysokou přesnost a dlouhou živostnost vřeten. Proto si společnost Okuma může dovolit záruku bezchybné práce vřeten po dobu 36 měsíců bez omezení počtu provozních hodin.

Obr. 12. Možnosti konfigurace modelů Multus U

Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Misan, umístění na MSV: pavilon P, stánek 132

Ondřej Svoboda

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz