Témata
Zdroj: RCMT

Výzkum pro praxi: Vřetenové hlavy pro frézovací a vyvrtávací stroje

Spolupráce s praxí je jedním ze strategických cílů aktivit Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra RCMT při FS ČVUT v Praze. Vizi 2030 Fakulty strojní naplňuje RCMT podporou konkurenceschopnosti tuzemských firem. Podněty z praxe jsou motivací výzkumu, jehož výsledky jsou uplatňovány v produktech a službách firem i v modernizaci oborové výuky. Postupně představujeme několik klíčových projektů, které byly ve spolupráci RCMT a konkrétních průmyslových firem v praxi v nedávné době řešeny. Dnes se zaměříme na oblast vývoje víceosých vřetenových hlav, která je mezi konstruktéry obráběcích strojů považována za „královskou disciplínu“.

Reklama

Vřetenové hlavy jsou běžnou součástí příslušenství frézovacích a vyvrtávacích strojů. Hlavy rozšiřují kinematické a technologické možnosti stroje. Dvouosé vřetenové hlavy mohou být vybaveny mechanicky naháněným vřetenem nebo elektrovřetenem. Mechanicky naháněné vřeteno znamená, že krouticí moment je z hlavního pohonu umístěného obvykle ve smykadle nebo vřeteníku veden soustavou hřídelů s převody ozubenými koly až k pracovnímu vřetenu. V případě instalace elektrovřetena je nutno zajistit přívod silových elektrických kabelů. U hlav je dále požadována minimalizovaná celková hmotnost a rozměry vnější kontury. V důsledku těchto náročných požadavků je každá část konstrukčního řešení vřetenové hlavy na hranici možností současné techniky.

Problematika vřetenových hlav je jedním ze strategických vývojových témat RCMT. V jednom strojním uzlu se spojují kompetence v několika oblastech: technologické využití pro definici zátěžných spekter hlavy, návrhové výpočty ložisek a pohonů s ohledem na definovaná zátěžná spektra, konstrukční řešení pohonových hřídelových systémů i řešení rotačních os, simulace statické a dynamické tuhosti hlavy jako celku, problematika mazání a teplotně-mechanického chování ložisek.

Ukázka rozvržení fluidních přívodů do vřetenové hlavy. (Zdroj: RCMT)

Aktivity týmu RCMT při vývoji vřetenových hlav pro firmu Strojírna Tyc

Strojírna Tyc je výrobce portálových frézovacích strojů s vertikálně výsuvným smykadlem. Firma nabízí své stroje s celou skupinou vřetenových hlav, které může stroj vyměňovat v automatickém cyklu. Spolupráce týmu RCMT s firmou Strojírna Tyc v oblasti vřetenových hlav začala v roce 2014, kdy tým RCMT pro firmu vypracoval studii úpravy konstrukce smykadla pro vytvoření jednotného rozhraní pro automatickou výměnu tří typů tehdy nabízených a používaných vřetenových hlav. Další spolupráce v této oblasti proběhla v roce 2017, kdy tým RCMT pomáhal analyzovat technologická zátěžná spektra a zajišťoval dimenzování uložení ve variantním provedení pro speciální přímou vřetenovou hlavu s ultra kompaktními rozměry. Tyto menší projekty umožnily sladění komunikace mezi oběma vývojovými týmy.

Reklama
Reklama

Dosavadním pomyslným vyvrcholením spolupráce byl společný vývoj souvisle řízené vidlicové hlavy s mechanickým náhonem vřetena. Prvním krokem bylo vymezení oblasti technologického nasazení a od toho odvozená zátěžná spektra pro dimenzování ložisek a pohonu vřetena. Následovalo posouzení a volba kinematického řešení pohonů souvisle řízených rotačních os a návrhový výpočet zpevňovacích brzd rotačních os. Druhým krokem byla úvodní rozměrová studie, na základě které proběhly návrhové výpočty ložisek, ozubených převodů a hřídelů hlavního pohonu. Tělesa hlavy vznikla jako obálka těchto vnitřních pohonných mechanismů. První návrh musel být modifikován, aby se zmenšily vnější rozměry hlavy. Současně s tím byly řešeny přívody elektrické energie a médií ke všem vnitřním uzlům hlavy. Následovala tvorba výkresové dokumentace, při jejímž zpracování se průběžně upravovaly detaily konstrukce tak, aby bylo možné zajistit maximum výroby součástí ve firmě Strojírna Tyc.

Na základě vytvořené dokumentace byl v roce 2021 vyroben a úspěšně otestován první kus vytvořené vřetenové hlavy. V současné době je vyrobeno a dodáno spokojeným uživatelům již několik kusů těchto vřetenových hlav. Následně byla se shodným konceptem vytvořena konstrukce a realizoval se prototyp vřetenové hlavy s elektrovřetenem.

Pohled na vidlicovou hlavu při testech na portálovém stroji FSGC. (Zdroj: Strojírna Tyc)

Přínos spolupráce pro výrobní firmu

Tým pro vývoj a testy vřetenových hlav ve firmě Strojírna Tyc vedl pan Miroslav Kolář, který vzpomíná na spolupráci: „Byla to těžká doba pro vývoj, výrobu a komunikaci všech zainteresovaných stran, jelikož nám do vývoje a výroby vstoupila pandemie covidu-19. Nechtěné uzavírání firem a institucí nám komplikovalo situaci. Vše se řešilo dostupnými komunikačními kanály. Komunikace ze strany RCMT byla ukázková. A tým z RCMT je opravdu tým na svém místě. Výměny dat i informací byly rychlé a účelné. Ukazuje se, že vývoj vlastní hlavy byl krok správným směrem. Vysoké užitné parametry jsou na míru řešeny pro naše robustní obráběcí centra a významným způsobem rozšířily jejich technologické možnosti. To potvrdily i následné testy obrábění zkušebních dílců, jejichž výsledky splnily naše očekávání. Navzdory přetrvávajícím následkům pandemie a výpadkům dodavatelských firem jsme schopni samostatně relativně rychle reagovat na poptávku trhu. Při výrobě vřetenových hlav jsme mnohem samostatnější a také následný servis jsme schopni pro naše zákazníky řešit velmi efektivně v našem kvalitně vybaveném zázemí. Výsledky, které spolupráce s RCMT přinesla do dnešního dne, jsou základem pro další zákaznické úpravy a modifikace našich vřetenových hlav.

Reklama

Přínos spolupráce pro výzkumnou organizaci

Aktivity týmu RCMT koordinoval doc. Petr Kolář, který spolupráci okomentoval následovně: „Společný vývoj s firemním týmem na tak komplexním uzlu stroje, jako je vřetenová hlava, byl pro nás výbornou zkušeností pro praktické uplatnění našich výpočtových nástrojů i pro rozšíření znalostí v praktickém konstruování a pro návazné montáže a testy. Důležitá byla úzká a otevřená komunikace s vývojovým týmem firmy, ze které průběžně plynula řada podnětů k úpravě konstrukce pro zjednodušení výroby, montáže a servisu hlavy.

Budování znalostních kompetencí

Popsaný vývoj celé vidlicové vřetenové hlavy představoval ucelené uplatnění konstrukčních a simulačních kompetencí týmu RCMT. Dalším souvisejícím tématem rozvíjeným v této oblasti v aktuálních projektech např. s firmami TOS Varnsdorf a TOS Kuřim – OS je problematika teplotního a teplotně-mechanického chování ložiskových skupin. Přímá spolupráce s firmami na vývoji a technických inovacích komplexních strojních uzlů tak přináší rozvoj dlouhodobého know-how cenný zejména perspektivou praktické realizace řešení.

Vydání #10
Kód článku: 221007
Datum: 27. 09. 2022
Rubrika: Servis / Vývoj a inovace
Autor:
Firmy
RCMT, FS, ČVUT v Praze

Ústav výrobních strojů a zařízení a Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) představují jedno společné pracoviště Fakulty strojní ČVUT v Praze, které je zaměřeno na výzkum a vzdělávání v oboru „Machine Tools“, tedy v oboru obráběcích a tvářecích strojů a související automatizace. Strategickými úkoly RCMT jsou (1) výzkum a vývoj v oboru výrobních strojů a technologií, (2) podpora firem v oblasti výrobních strojů a  technologií a (3) vzdělávání mladých odborníků.

    Číst dál
    ČVUT v Praze

    České vysoké učení technické v Praze patří k největším a nejstarším technickým vysokým školám v Evropě. Podle Metodiky 2017+ je nejlepší českou technikou ve skupině hodnocených technických vysokých škol. V současné době má ČVUT osm fakult (stavební, strojní, elektrotechnická, jaderná a fyzikálně inženýrská, architektury, dopravní, biomedicínského inženýrství, informačních technologií). Studuje na něm přes 17 800 studentů. 

    Číst dál
    Strojírna Tyc

    Firma se zabývá produkcí a vývojem vlastních portálových multifunkčních center. Jedná se o plně řízená obráběcí centra a brusky na rovinné a tvarové plochy. Jako vedlejší činnost společnost nabízí modernizaci a generální opravy různých strojů. Dále společnost nabízí kapacity v oblasti třískového obrábění, měření dílců a strojů, zakázkovou výrobu celků dle dokumentace zákazníka a další služby v oboru strojírenství.

    Číst dál
    Související články
    Aktuální trendy v oboru obráběcích strojů

    Obor obráběcích strojů prochází velkými změnami, které pravděpodobně nejsou na první pohled tak zřetelné. Požadavky na stroje se mění v důsledku postupných proměn světa okolo nás a výrobci strojů na to reagují, aby si zajistili potřebnou konkurenceschopnost.

    RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů

    Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

    Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

    Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

    Související články
    Lesk a bída českých obráběcích strojů

    Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Zlatá medaile pro prof. Kassaye

    Po dvouleté pauze, zapříčiněné hygienickými opatřeními ke snížení šíření pandemie koronaviru, se opět otevřely brány MSV v Brně, v rámci kterého se udílejí i ocenění Zlatých medailí. A to jak vystaveným exponátům, tak tradičně, již od roku 2006, díky iniciativě redakce našeho časopisu, také ocenění osobnosti za její celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

    Soumrak strojírenských bohů

    Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

    Od konstrukce strojů po parkovací věže

    Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

    Hlavní trendy EMO Hannover 2017 očima výzkumníků

    Hannoverský veletrh EMO je právem považován za výkladní skříň toho nejlepšího, co inovační týmy světových leaderů i jejich následovníků navrhli a v prototypech či již sériově nabízejí. Sektor výrobních strojů bývá na špici technického pokroku v oblasti strojírenství a udává směr dalším oborům, které jej následují. U nás má velkou tradici a není proto s podivem, že letos do Hannoveru zavítalo na 2 200 českých návštěvníků.

    Seminář o monitoringu obráběcích operací

    Měli jsme možnost zúčastnit se celodenního semináře o monitoringu obráběcích operací, pořádaného 20. října Společností pro obráběcí stroje a Ústavem výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze (RCMT, FS, ČVUT).

    Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

    V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

    3D technologie letem světem

    Vývoj 3D technologií dnes již zasahuje téměř do všech oblastí výroby. Uplatnění nachází u kusové výroby, ale dokáže si najít své místo i v sériové a dokonce velkosériové výrobě, kde nemusí jít nutně o samotné výrobky, ale např. o výrobu nástrojů nebo přípravků.

    Průmysl 4.0 v oboru výrobních strojů

    O čtvrté průmyslové revoluci je každý čtenář technických periodik dostatečně informován. Především rok 2016 a částečně i počátek roku 2017 přinesly v této oblasti skutečnou smršť informací. Bohužel většina byla spíše vizionářského nebo marketingového charakteru s chybějícím konkrétním technickým obsahem. V mnoha firmách tedy stále zůstává ve vzduchu viset otázka: V čem by nám to mohlo pomoci řešit naše potřeby?

    Na cestě ke zrození stroje, část 8. Logistika

    Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

    Na cestě ke zrození stroje, část 7: Realizace

    Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

    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