Témata
Reklama

Výroba nástrojů pro obrábění

Abychom získali pohled výrobce obráběcích strojů na vývoj v HSM, dotázali jsme se Davida Jacka, náměstka vrchního ředitele Yamazaki Machinery UK, výrobce obráběcích strojů Mazak, které představují světovou špičku, z Worcesteru ve Velké Británi. Ve Worcesteru - což je také evropské ústředí Mazaku - tato společnost provozuje velký výrobní závod s produkcí více než 100 obráběcích strojů měsíčně

"Rychloobrábění je jedním z pojmů, které se obtížně definují. První vás napadne definovat HSM pomocí otáček vřetene a v Mazaku většinou považujeme za vysoké otáčky 20 000 a více otáček za minutu. Ale otáčky vřetene nejsou v žádném případě jedinou charakteristikou definující HSM."
Reklama
Reklama
Reklama

HSM a koncový uživatel

Pro uživatele obráběcích strojů a nástrojového vybavení je HSM prostředkem k nějakému cíli a tento cíl se mění podle toho, v čem uživatel podniká.
Výrobce zápustek a forem chce reprodukovat tvar ze systému 3D CAD-CAM co nejvěrněji s takovou jakostí obrobeného povrchu, aby se vyhnul leštění. Materiálem může být měkký grafit nebo kalená ocel. Pro vytváření složitých tvarů a jemných obrysů se použijí frézy s malým průměrem s lehkou hloubkou řezu, velkými posuvy a vysokými otáčkami vřetene kolem 15 000 i více. Doba cyklu může být i několik hodin.
Naproti tomu může jiný uživatel vyrábět bloky nebo skříně z hliníku či litiny se spoustou vrtaných a závitem opatřených děr. Aby byla v tomto případě dosažena maximální produktivita, nestačí jen frézování ve vysokých otáčkách, ale také velké rychlosti jinde než v řezu, tj. rychlé chody stolu/saní, velká lineární zrychlení, krátké doby výměny nástrojů a krátké časy pootáčení stolu. Jde o každý zlomek sekundy, který lze z cyklu ubrat.
Výrobce konstrukčních dílů v leteckém průmyslu se bude dále nejvíce zajímat o vysoké rychlosti ubírání kovu (kombinaci vysokých otáček vřetena, velkých rychlostí posuvu a velkých hloubek řezu) čili o HSM s výkonným strojem a velikostí stolu, na který se vejdou rozměrné obrobky.
Pro společnost, jako je Mazak, která vyrábí širokou paletu strojů pro všechna odvětví na trhu, je důležité, že může nabízet různé druhy strojů, a tím těmto různým požadavkům na HSM vyhovět.

Co tedy HSM pro výrobce obráběcích strojů přináší?

Není to jen otázka přinutit stroj, aby se rychleji pohyboval. Je to také otázka rychlejšího zpracování informací, přesného řízení pohybů a vyřešení nevyhnutelných následků rychlých pohybů, tj. tepla. A kromě toho být v mnoha případech schopni poradit si s velmi velkými objemy třísek či pilin, a to ve velmi krátkém čase.

Pohyb vřetena a os

Mechanický pohyb obráběcího stroje vychází z motorů pohánějících vřeteno a osy.
Dnes jsou běžné otáčky vřetena 15 000 - 20 000 min-1, přičemž se spoléhá na hybridní valivá ložiska s ocelovými dráhami a keramickými kuličkami, které jsou tužší a lehčí (a proto se méně zahřívají), s mazáním olejem a vzduchem. Uživatelé v rostoucí míře vyhledávají (a dostávají) kombinaci vysokých otáček a vysokého výkonu. Například Mazak Hypersonic 1400L má 20 000 otáček vřetena a výkon 100 HP.
Výrobci zatím dodávali obráběcí stroje v konvenčním provedení, v němž jsou lineární pohyby zajišťovány kuličkovými šrouby, obvykle při rychlostech do 60 m.min1. V posledních letech se však zavádějí lineární motory, schopné rychlostí kolem 120 m.min-1 a zrychlení vyšších než 1 G. Tyto zvýšené rychlosti jsou zvláště výhodné u strojů s dlouhou dráhou stolu, jako je Hypersonic 1400L, kde už kuličkové šrouby narážejí na své meze. Ale u menších strojů, jako je Mazak FF 660, je stále možné dosahovat rychlostí kolem 90 m.min-1 a zrychlení 1,5 G pomocí výkonných servomotorů a kuličkových šroubů s vícenásobným vedením, takže se lze vyhnout vysokým nákladům na lineární motory.
Maximální rychlost konvenčních kuličkových šroubů klesá s jejich délkou, což je způsobeno precesí. Lineární motory, jako na stroji Mazak Hypersonic 1400L, tuto nevýhodu nemají.
Mazak FF 660 je rychloobráběcí stroj s velmi rychlým polohováním a velkým zrychlením. Doba cyklu je dále zkrácena na novém stroji Mazak F3-660L, který používá vyšší otáčky vřetene, lineární motory a rychlejší výměnu nástrojů a indexování stolu.
Mazak nedávno představil stroj podobné velikosti s lineárními motory na všech osách, typu F-660L. Rychlost rychlého chodu je 120 m.min-1 a zrychlení v osách X, Yjsou (v pořadí) 2 G, 1,8 G a 1,8 G. Takže když se stroj pohybuje úhlopříčně, může zrychlení dosáhnout 3 G a rychlost 209 m.min-1.
Otázka zrychlení je důležitá, protože má velký vliv na dobu, kterou stroji trvá přemístění z jedné polohy do druhé. Při obrábění komponenty s mnoha charakteristikami může být doba, spotřebovaná na pohyby z jedné charakteristiky k druhé, stejně významná jako řezná rychlost. Jestliže se zapojuje několik nástrojů, lze zvýšit produktivitu rychlejším zařízením na výměnu nástrojů. Jestliže je na různých plochách nějakého přípravku upevněno několik komponent obrobku, lze dalších úspor dosáhnout na rychlosti indexování stolu. To je důležité zvláště v odvětvích s hromadnou výrobou, pro které je stroj F-660L určen.

Systém CNC

Nakolik lze ve skutečnosti využívat rychlost mechanických os, záleží na systému CNC, který zpracovává vstupní údaje.
Množství dat, která se dodávají ze systému CAM pro zajištění složité dráhy nástroje pro výrobu zápustky nebo formy, je neobyčejné veliké. Jestliže se data dostatečně rychle nezpracovávají, systému data chybí a vypadne.
Prudké změny směru při pohybu plnou rychlostí do rohu musí být efektivně zvládnuty, jinak se ostrý roh/kout obrobí jako zaoblení nebo se stěna komponentu vyloupne. Dnešní programové vybavení pro použití ve výrobě zápustek a forem má propracované vyhledávací funkce, které umožňují, aby obráběcí stroj změnu směru předvídal a charakteristiku přesně obrobil. Tak tomu je v případě programových vybavení MAZACC-2D a MAZACC-3D.
Servopohony se zkrácenou prodlevou jsou dalším faktorem, zajišťujícím, že vysokou rychlost doprovází vysoká přesnost.

Přesnost

Hlavním problémem rychloobrábění je, jak udržet přesnost, když se přitom různé části obráběcího stroje zahřívají a jiné chladí.
Ložiska, kuličkové šrouby, kluzná vedení, motory - to vše vyvíjí teplo, pomineme-li vlastní řezný proces. Pro udržení přesnosti se používají obvykle spojené strategie prevence a korekce. Snížení potenciálních odchylek (zborcení) na minimum lze dosáhnout původní konstrukcí, chlazením vřeten, používáním kuličkových šroubů s průchodem chladiva a chlazením částí konstrukce obráběcího stroje samotného. Do konstrukce lze zahrnout snímače tepla a uplatnit vyrovnávání pomocí systému regulace, působícímu proti účinkům růstu teploty. Všechny tyto strategie jsou použity na stroji Mazak Super Mold Maker s 25 000 otáčkami, konstruovaném speciálně pro průmysl zápustek a forem.

Strategie obrábění

Schopnosti, které dnes rychloobráběcí stroje nabízejí svým uživatelům, jsou mimořádné. Ale často vyžadují změnu strategie obrábění, aby se schopnosti stroje a nástrojového vybavení plně využily. Tvar dráhy nástroje, volba nástroje a řezné parametry mohou být pro dosažení nejproduktivnějšího obrábění kritické. Právě tam může nejvíce pomoci partnerství koncového uživatele s výrobcem obráběcích strojů, dodavatelem CAD-CAM a dodavatelem nástrojového vybavení.
Klaus Christoffel,
Christer Richt
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 31216
Datum: 10. 12. 2003
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Vlajková loď pětiosého obrábění

Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Efektivní likvidace obráběcích kapalin

Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

Multifunkční obráběcí centra

Tento typ obráběcích center patří do bouřlivě se rozvíjející skupiny CNC obráběcích strojů. Představuje typ obráběcího stroje, který reflektuje rostoucí požadavky uživatelů na obrobení součásti při jednom upnutí. Ve své podstatě jde o CNC stroje sdružující dvě základní operace třískového obrábění, a sice soustružení a frézování, do jednoho stroje. Kromě tohoto atributu mají tyto stroje i jiné vlastnosti, které budeme dále diskutovat.

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