Témata
Reklama

Zvyšování užitné hodnoty obráběcích a tvářecích strojů

Konkurence v oboru prodeje obráběcích strojů je velká a všechny firmy hledají způsob, jak nabídnout koncovému uživateli vyšší užitnou hodnotu. Tato užitná hodnota se posuzuje podle parametrů koncové výrobní technologie (přesnost, jakost, produktivita, celkové náklady) a pro výrobce obráběcích strojů je to jeden z bodů, kde mohou technickými znalostmi a inovacemi ovlivnit svou konkurenceschopnost na trhu.

Doc. Petr Kolář

Inženýrský i doktorský titul v oboru Výrobní stroje a zařízení získal na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Zde se i následně habilitoval. Od roku 2001 pracuje ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), které je od roku 2012 organizační součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení FS ČVUT. V roce 2015 se stal vedoucím pracoviště. 

Jan Smolík

Je klíčovou osobou na Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze. Společně s prof. Houšou zde spoluzakládal Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT). Následně zde vedl Centrum kompetence a nyní Národní centrum kompetence, jehož je ústav spoluřešitelem. Jeho specializací jsou obráběcí stroje, se zaměřením na nové konstrukce a byznys modely.

Právě zvýšení konkurenceschopnosti firem sdružených v konsorciu je hlavním cílem projektu aplikovaného výzkumu Centrum kompetence Strojírenská výrobní technika (CK SVT), který se řešen s finanční podporou Technologické agentury ČR. V tomto článku bychom rádi stručně představili některé vybrané výsledky aktivit konsorcia v roce 2018.

Reklama
Reklama

Vliv vývoje stroje na jeho užitnou hodnotu při vyráběném dílci

Od návrhu stroje k hodnotě pro zákazníka

Jeden z obvyklých vztahů mezi výrobcem stroje a uživatelem stroje je ukázán na obr. 1. Uživatel stroje chce koupit výrobní stroj, aby na něm realizoval výrobu svých konkrétních dílců. Tyto dílce jsou charakterizované velikostí, tvarem, materiálem, jakostí povrchu a rozměrovou a geometrickou přesností. To určuje spektrum výrobních operací. Pro takový dílec může výrobce stroje nabídnout určitý typ obráběcího nebo tvářecího stroje a doporučit jeho nástrojové vybavení. Pro zajištění definovaných parametrů jakosti a přesnosti dílce stroj nabízí vlastní tuhost a přesnost. Instalovaný výkon pohonů společně se spektrem výrobních operací pro vyrobení dílce určuje výrobní produktivitu. Výrobní produktivita společně s náklady (ze strany obráběcího stroje zde vystupují především náklady na pořízení a provoz stroje; dalšími významnými náklady jsou např. náklady na nástroje, upnutí obrobku a další spotřební materiál a energie) určují výslednou cenu dílce vyrobeného na konkrétním stroji konkrétním výrobním postupem. Pokud je tato cena dílce nižší než cena akceptovatelná na trhu, je dosaženo úspěšného výsledku umožňujícího prodej vyrobeného dílce se ziskem. Tento příklad ukazuje, jak je dlouhý a komplexní řetězec, na jehož konci dochází k posouzení technické kvality obráběcího stroje. Nicméně celý tento řetězec, který může být v čase velmi proměnlivý, je nutno vzít v úvahu již při vývoji stroje a určitým způsobem promítnout konečné technické a ekonomické požadavky uživatele do návrhu stroje.

Návrh obráběcího stroje s ohledem na technologické využití

Součástí společného výzkumu univerzit a firem v konsorciu je vývoj nástrojů a metod pro návrh nosných struktur výrobních strojů (obráběcích a tvářecích). V oblasti inovací struktur tvářecích strojů řeší tým doc. Čechury ze ZČU v Plzni společně s odborníky z firmy Šmeral Brno optimální konstrukční řešení spodního a horního příčníku stojanu kovacího lisu LMZ 4000 (neděleného) a LKMK 8000 (děleného). Vedle analýzy strukturálních vlastností (zejména zajištění tuhosti při minimalizaci hmotnosti) se společný tým zabývá též analýzou rozložení teplot ve stroji při tváření za tepla, neboť teplotní deformace stroje jsou jedním z faktorů, který ovlivňuje přesnost a jakost tváření.

V oblasti návrhu obráběcích strojů je snaha spojit návrh stroje s predikcí provozního chování stroje. K tomu jsou využívány optimalizační metody, které používají jako kritéria technické parametry, od nichž se přímo odvíjí produktivita a přesnost stroje. Kritéria definované statické tuhosti, maximalizace vlastních frekvencí a minimalizace teplotních deformací byly vstupními parametry pro topologickou a parametrickou optimalizaci teplotního a strukturálního chování stroje KL285 firmy Kovosvit MAS. Společně s týmem RCMT (Ústav výrobních strojů a zařízení FS ČVUT v Praze) byla navržena nosná struktura soustružnického stroje, který měl premiéru na MSV Brno 2018. První kus nyní prochází řadou ověřovacích provozních zkoušek. V případě složitějších strojů, jako je např. horizontka WHT110 firmy TOS Varnsdorf, byla při návrhu a optimalizaci nosné struktury využita kritéria definované statické tuhosti, maximalizace vlastních frekvencí a minimalizace orientované dynamické poddajnosti. Ve vazbě na to byl následně řešen návrh pohonů stroje v tom smyslu, aby se docílilo maximalizace propustného pásma pohonů lineárních os. Tento parametr charakterizuje možnosti naladění pohonů, a tím vytváří prostor pro zvýšení produktivity, přesnosti a jakosti při operacích i při interpolovaném pohybu více os. V rámci projektu je pro návrhy pohonů vyvíjen v RCMT vlastní návrhový nástroj, který umožňuje v krátké době posoudit velké množství variant provedení pohonů stroje. Popsané simulační nástroje jsou využívány pro návrhy dalších typů strojů a jejich uzlů. Aktivní spolupráce probíhá zejména v oblasti velkých obráběcích strojů s firmami TOS Kuřim-OS a Škoda Machine Tool, neboť dosažené úspory hmotnosti strukturálního materiálu znamenají na velkých dílcích v absolutní hodnotě též nemalé úspory v oblasti nákladů na výrobu součástí.

Nový soustruh KL285 firmy Kovosvit MAS byl navržen s podporou teplotně-strukturálních simulací. (zdroj: Kovosvit MAS)

Virtuální obrábění pro testy a optimalizaci technologie

Zmíněné strukturální modely strojů je možno doplnit o popis mechanické části a řízení pohonů. Po spojení s řídicím systémem vzniká tzv. digitální dvojče stroje, pomocí kterého je možno simulovat tzv. digitální dvojče obrobku. Vývoj nástrojů pro simulaci chování stroje až na úroveň jakosti obrobené plochy byly původně motivovány snahou umět virtuálně otestovat nově vyvíjený stroj na příkladu konkrétní technologie. Své uplatnění však tyto komplexní modely nacházejí zejména při přípravě a kontrole technologie obrábění na konkrétním stroji.

Příkladem je provedená analýza chyb a modifikace výrobního postupu při obrábění lopatky parní turbíny z duplexní nerezové oceli. Pomocí virtuálního modelu byly identifikovány zdroje chyb (podřezy v důsledku chyby v CAD modelu i ve špatném zpracování NC kódu interpolátorem, vady povrchu v důsledku kmitání poddajné lopatky aj.). Řešení bylo provedeno ve spolupráci s firmou Kovosvit MAS, na jejich stroji Multicut byla technologie realizována. Úprava výrobního postupu přinesla kratší čas obrábění, menší spotřebu nástrojů pro hrubování, lepší jakost povrchu, a ve výsledku i menší spotřebu energie stroje.

Jiným příkladem využití virtuálních modelů stroje, vč. Interpolátoru, je specializovaný software pro virtuální simulaci obrábění na dlouhotočném automatu Manurhin firmy Tajmac-ZPS. Software umožnuje konfigurovat nástroje, zadávat ISO kód, kontrolovat možné kolize v pracovním prostoru a též dobře predikovat čas obrábění, který je na strojích tohoto typu pro masovou výrobu klíčový. Právě integrace interpolátoru do uvedeného SW nástroje je jedním z důležitých prvků pro správné určení doby výroby.


Ukázka snížení amplitudy kmitání tenkostěnného obrobku při různém nastavení kolísání otáček při soustružení.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Výzkum v oblasti technologie obrábění

Pozornost je v projektu též věnována výzkumu řezného procesu a jeho interakce se strojem a obrobkem. Dlouhodobý výzkum v oblasti obrábění různých typů materiálů je shrnut v tzv. technologické kalkulačce řezných sil, která zohledňuje řadu technologických parametrů (geometrie břitu, opotřebení břitu, zapnuté chlazení apod.). Specifickou podoblastí této aktivity je výzkum obrobitelnosti materiálů vyrobených aditivní technologií.

Interakce procesu se strojem a obrobkem se v projektu řeší na několika úrovních. Prvním krokem je automatická detekce vzniku nadměrných vibrací. Pro tento účel je vyvinuta a používána aparatura, která umožňuje tento nežádoucí jev identifikovat. Následně může dojít např. ke změně řezných podmínek. Informace je navíc odeslaná do cloudu, kde se sbírají informace o celém procesu pro další vyhodnocení. Jedná se o jeden z dílčích kroků v koncepci inteligentního sledování a řízení procesu. Změnou technologických podmínek je myšleno např. automatické zapnutí a nastavení oscilace otáček vřetena s obrobkem při soustružení. Tato technika je vyvíjena s firmou Toshulin na aplikaci soustružení tenkostěnného obrobku z těžkoobrobitelné slitiny. Jinou možností, jak potlačit kmitání, je aktivní hlcení procesu. Přídavné hltiče vlastní konstrukce s vlastním řídicím algoritmem jsou otestované v laboratorních podmínkách v RCMT a nyní je řešena jejich integrace do blízkosti nástroje pomocí speciálních adaptérů pro karusely Toshulin a frézovací hlavy Tajmac-ZPS.

Shrnutí

Článek stručně shrnuje některé z aktivit a výsledků realizovaných univerzitními týmy v úzké spolupráci s firmami vyrábějícími obráběcí a tvářecí stroje. Výzkum spolufinancovaný TAČR v rámci projektu TE01020075 Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika umožňuje realizovat aplikovaný výzkum v tématech, které následně umožňují využití ve firemní praxi. Návrhy strojů s využitím pokročilých nástrojů i dosažené know-how v aplikacích tak pomáhají zvýšit užitnou hodnotu výrobních strojů, kterou výrobci poskytují koncovým uživatelům.

RCMT, FS ČVUT v Praze

Ing. Petr Kolář, Ph.D., Ing. Jan Smolík, Ph.D., za tým řešitelů projektu CK SVT

p.kolar@rcmt.cvut.cz

j.smolik@rcmt.cvut.cz

Reklama
Související články
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.

Spolupráce firem a univerzit přináší výsledky

Inovace v technickém vývoji výrobních strojů a technologií jsou nezpochybnitelnou povinností pro každou firmu, která chce dlouhodobě působit na současném vysoce konkurenčním trhu. Dlouhodobý vývoj ve firmách stojí především na šikovnosti a zkušenosti vlastních konstruktérů a technologů. Zapojení externích výzkumných pracovníků je pro firmu možností inspirovat se jiným pohledem, nalézt a rozvinout žádoucí řešení novým směrem a získat tak potřebný náskok před konkurencí. V oboru výrobní techniky a technologie je spolupráce firem a výzkumných institucí dlouhodobě intenzivní. Firmy mají své dobré partnery pro výzkum jak na technických univerzitách v Praze, Brně, Plzni, Liberci a Ostravě, tak i na mimouniverzitních pracovištích, např. v libereckém VÚTS nebo v kuřimském centru Intemac.

Upnutí obrobku ovlivňuje přesnost a produktivitu obrábění

Přesnost a produktivitu obrábění ovlivňuje mnoho faktorů. Svůj podíl na výsledku má typ a vlastnosti použitého obráběcího stroje, volba nástrojů a řezných podmínek, zvolená strategie obrábění a v neposlední řadě i způsob upnutí a vyrovnání dílce před obráběním. V některých specifických případech je volba upnutí klíčovým faktorem pro realizaci celé technologie v požadovaných parametrech.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Více propojujme vysoké školy s praxí

Profesor Jaroslav Kopáček patří zcela bez pochyb mezi nestory oboru hydrauliky a pneumatiky v naší zemi ve druhé polovině 20. století, a proto mu byla na Mezinárodním strojírenském veletrhu 2019 v Brně udělena po zásluze Zlatá medaile za celoživotní tvůrčí technickou práci a inovační činy. Při příležitosti ocenění práce pana profesora jsme připravili malý medailonek tohoto skromného a entuziastického člověka. Pan profesor nám při této příležitosti sdělil i několik svých zajímavých postřehů.

Soutěž pro středoškoláky

Jubilejní, již pátý ročník soutěže o Putovní pohár partnerských škol Siemens - Sinumerik Cup se letos konal v Mohelnici, v prostorech zdejší Střední školy technické a zemědělské a stejně jako před třemi lety, kdy tato škola byla hostitelem, i letos zdejší ředitel Jiří Ženožička se svým týmem organizaci pojal velmi profesionálně.

Nebojte se výzev!

Tuto větu mi na konec rozhovoru řekl Ing. Radomír Zbožínek, člen představenstva Tajmac-ZPS, který se stále podílí na dění v mateřské firmě. Slovo "mateřská" pro pana Zbožínka platí dvojnásob, do firmy totiž nastoupil 1. listopadu 1972, takže zde "kroutí" již svou 46. sezonu. Tak akorát na to, aby jeho slova mohla posloužit i dalším lidem.

Kroky k excelentní spolupráci akademické a průmyslové sféry

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepětí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. Transfer výsledků této praktické činnosti přenesený do některých částí výuky je potom zárukou, že studenti budou mít aktuální informace o stavu strojního průmyslu, vědy a techniky.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Diskutovaný Průmysl 4.0

Fenomén Průmysl 4.0, nastínění možných směrů vývoje a příprava společnosti na změny způsobené novými technologiemi – to jsou diskutovaná témata konferencí a seminářů současnosti. Podpora výzkumu a vývoje se musí soustřeďovat na technologicky významné oblasti vycházející z potřeb české průmyslové praxe. Odborníci zdůrazňují potřebu vzdělávání a zvyšování kvalifikace zaměstnanců.

Generační pohled na strojírenský výzkum

Nyní se možná na všech úrovních hovoří o inovacích více, než je zdrávo a adekvátně by odpovídalo konkrétním výsledkům na poli, kde poměr výrobních firem s finálními výrobky vs. výrobci komponent či obchodní zastoupení nadnárodních koncernů nevytváří perspektivní základnu k našemu dalšímu technickému vývoji, což má bezesporu vliv i na fakt, jakou naše výrobní strojírenské podniky jako celek nyní zastávají ve světovém srovnání respektovanou roli a jak se to bude vyvíjet nadále.

Kovosvit MAS a výzkumné centrum RCMT

Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) při Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze ze své podstaty aplikačního výzkumu již dlouhodobě spolupracuje s výrobními podniky. Patří mezi ně zejména celá řada výrobců obráběcích strojů ‒ k zásadním partnerům pak Kovosvit MAS, se kterým se spolupráce datuje hned ke vzniku pracoviště po roce 2000.

Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

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