Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009

Transkript

1 ČVUT v Praze, Fakulta strojní Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii Společnost pro obráběcí stroje Technologická platforma Strojírenská výrobní technika Sborník k bloku přednášek Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 EVROPSKÁ UNIE EVROPSKÝ FOND PRO REGIONÁLNÍ ROZVOJ INVESTICE DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI Praha, únor 2010

2 Pořadatelé: ČVUT v Praze, Fakulta strojní Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii Společnost pro obráběcí stroje Technologická platforma Strojírenská výrobní technika Společnost pro obráběcí stroje Horská Praha 2 Telefon: Tel. / fax: j.housa@rcmt.cvut.cz ISBN

3 Obsah Obsah Úvodní slovo Soustruhy s vodorovnou osou Soustruhy se svislou osou Brusky Stroje pro opracování nerotačních obrobků Vrtačky Stroje na ozubení Stroje pro mikroobrábění Stavebnicové a rekonfigurovatelné stroje, nepružné výrobní systémy a linky Stroje pro nekonvenční způsoby obrábění Stroje pro rychlé prototypování Nové kinematické struktury strojů Těžké obráběcí stroje Stavba nosných soustav Vřetena a jejich komponenty Pohony posuvů NC strojů CNC systémy a jejich použití Komponenty pohybových os Krytování, kapotáže, design a ergonomie strojů Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství Fluidní systémy Inteligentní a mechatronické systémy Virtuální prototypování CAD, CAM, CIM systémy Technologie obrábění Nástroje a nástrojové soustavy Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření

4 2 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje na EMO Hannover 2005

5 3 Úvodní slovo Světové výstavy strojírenské výrobní techniky, konající se již více než 30 let každé 2 roky v Hannoveru, Miláně a Paříži, jsou vždy špičkovou přehlídkou aktuálního stavu produkce výrobců této techniky z celého světa. Přesto, že se poslední EMO v Miláně konalo v době probíhající světové hospodářské krize, která se na účasti firem i na celkové velikosti výstavy projevila, bylo opět EMO Milano 2009 dobrou příležitostí pro posouzení vývojových trendů v oboru. Této možnosti opět využila Společnost pro obráběcí stroje (SpOS) a uspořádala zájezd 48-mi odborníků z průmyslu, z VCSVTT a z vysokých škol aby sebrali nejnovější informace o stavu a směrech vývoje v oboru, zpracovali je a předali nejdůležitější poznatky technické veřejnosti zejména z oblasti výroby a využití obráběcích strojů. K tradičním pořadatelům tohoto semináře se tentokrát připojila i nově vzniklá Technologická platforma Strojírenská výrobní technika (TP SVT), která je sdružením výrobních podniků, výzkumných pracoviš a vysokých škol, zabývajících se výzkumem, vývojem, výrobou a využitím strojírenské výrobní techniky a jejím úkolem je stimulovat a propojovat aktivity v celém oboru a napomoci tak ke zvýšení jeho konkurenceschopnosti. Tato platforma je podporována z programu MPO "Spolupráce" a jejím hlavním cílem je vytvořit strategii oboru a výzkumu v oboru do r První verze této strategie již byla vytvořena právě po výstavě EMO Milano 2009, která byla jedním z důležitých zdrojů informací pro 45 expertů z oboru, kteří se na tvorbě strategie oboru obráběcích strojů podíleli. Finální zpracování této strategie provedlo ve VCSVTT a bylo po diskusi schváleno Výkonným výborem TP SVT. Tato strategie je veřejně přístupná na webu TP SVT ( Význam účasti českých odborníků na EMO Milano 2009 spočíval tedy zejména v přenosu nejnovějších informací z oboru k české technické veřejnosti a dále k získání názoru o současném stavu oboru a jeho vývojových trendech, které bylo třeba využít při tvorbě strategie oboru na roky 2010 až Prof. Ing. Jaromír Houša, DrSc. vedoucí VCSVTT a předseda SpOS

6 4 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje na EMO Hannover 2005

7 5 Soustruhy s vodorovnou osou Petr Kolář, Petr Fojtů Abstrakt: Článek popisuje vystavené soustružnické stroje malé a střední velikosti s vodorovnou a svislou osou vřetena a dále multifunkční soustružnická centra. Článek je zaměřen především na popis stavby strojů vzhledem k předpokládanému technologickému nasazení strojů v provozu. 1 Úvod Soustružnické stroje jsou univerzální stroje vhodné pro obrábění součástí především rotačního tvaru. Moderní soustružnická centra umožňují komplexní opracování obrobku více technologiemi, především soustružením a frézování. Jak ukázala světová výstava EMO, jsou soustružnické stroje a centra stále významným prvkem malosériové i velkosériové produktivní výroby širokého spektra součástí. Na výstavě se kromě všech nejvýznamnějších světových výrobců prezentovala i řada menších producentů se širokou škálou strojů. 2 Soustružnické stroje vystavované na EMO 2.1 Soustružnické stroje s horizontální osou a s jednou revolverovou hlavou Kategorie strojů s jednou revolverovou hlavou obsahuje několik odlišných koncepcí a velikostí strojů. Patří sem levné stroje střední velikosti, těžké stroje pro větší obrobky i vícestrojové výrobní buňky s integrovanou manipulací. Na EMO bylo možno vidět dvě cesty, které volí výrobci soustruhů v současné náročné ekonomické situaci. Soustruhy vybavené osami X a Z (eventuelně i osou C) mají zákazníka oslovit především nízkou cenou a snadnou obsluhou. Renomovaní výrobci nabízejí rozšíření možností strojů bu množstvím doplňujících opcí, nebo naopak předem definovanými technologickými balíčky. Příkladem prvního přístupu je firma Mazak, která vystavovala nové stroje řady Quick Turn Smart ve velikosti 200 a 350. Stroje se vyznačují výrazně jednodušší kapotáží s jednoduchým hranatým designem (obr. 1), absencí harddisku pro ukládání dat a řídicím systémem fungující na platformě DOS, u kterého jsou přesto zachovány všechny technologické funkce jako v poslední verzi systému Matrix. Druhý přístup zvolila firma DMG, která nabízí soustruhy CTX velikosti 310 a 510 v levnějším provedení označeném ECO. Stroje mají starší hranatý design kapotáže, Obr. 1: Soustruh Mazak Quick Turn Smart 200 se zjednodušenou konstrukcí kapotáže Obr. 2: Soustruh Doosan Puma 480XLM s tlumeným soustružnickým nástrojem o délce 1500 mm

8 6 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 vřeteno poháněné řemenem z externího motoru (místo koaxiálního pohonu obvyklého u řady CTX) a řídicí systém Sinumeric 810D (místo 840D). Počet doplňujících opcí mimo tři základní balíčky výbavy je omezen. Firma Mori Seiki vystavovala v této kategorii svůj nejlevnější soustružnický stroj DuraTurn 2550 MC doplněný šestiosým robotem pro automatickou manipulaci obrobků. Je to ukázka toho, že základem výrobní technologie může být i levný a jednoduchý stroj, který však musí mít možnost rozšíření o další technologické periférie. Na výstavě bylo vidět i poměrně velké množství soustruhů pro obrábění větších obrobků - tj. dílců s průměrem nad 600 mm v délce mm. Prezentovanými příklady byly stroje Hwacheon Hi-Tech 7026, Mazak Slant Turn Nexus 550, Hyunday-Kia SKT700LM, YCM NT-2500SY aj. Tyto stroje jsou obvykle vybaveny jednou revolverovou hlavou pro 12 až 15 nástrojů a mohou mít NC řízený koník a opěrné lunety. Stroje mohou být nestandardně vybavovány i dlouhými soustružnickými nebo vyvrtávacími nástroji, jak bylo vidět na stroji Doosan Puma 480XLM (obr. 2). Pro produktivní obrábění přírubových dílců jsou určeny stroje s horizontálními příčně umístěnými vřeteny. Obvykle se jedná o dvoustroje s integrovanou manipulací obrobků pomocí gantry manipulátoru. Stroje mohou být vybaveny i automatickou čisticí a měřicí stanicí, takže fungují jako ucelená výrobní buňka. Tyto stroje bylo možno vidět na stánku firmy Doosan (obr. 3 až obr. 5), Muratec, Jyoti nebo Kitako. Stroj Kitako HS 4200i má zajímavou koncepci čtyř vřeten umístěných v jednom bubnu otočném po 180 okolo horizontální osy. Spodní dvojice vřeten je určena k paralelnímu obrábění dvou obrobků dvěma revolverovými hlavami. Na horní dvojici vřeten při tom probíhá výměna obrobků. Tím je dosaženo překrytí hlavního a vedlejšího času a maximalizována produktivita stroje. Obr. 3: Uspořádání vřeten a manipulátoru stroje Muratec MD120 Obr. 4: Pohled z boku na manipulátor nad pracovními jednotkami Obr. 5: Obrobek v měřicí stanici stroje vřetena v manipulačním prostoru Obr. 6: Čtyřvřetenový stroj Kitako HS 4200i - pohled na celý stroj a detail vřeten vřetena v pracovním prostoru 2.2 Soustružnické stroje s horizontální osou a s více revolverovými hlavami Pro produktivní opracování tvarově náročných dílů jsou určeny soustružnické stroje se dvěma nebo třemi revolverovými hlavami a protivřetenem, které vystavovalo mnoho výrobců. Stroje jsou často vybaveny osou Y, takže umožňují provádět mimoosé vrtací a frézovací operace. Pohyb v ose Y je obvykle realizován pomocí pohybu revolverové hlavy po klínovém nosném dílci a jeho současném pohybu v ose X (obr. 7). Skládáním

9 Soustruhy s vodorovnou osou 7 Obr. 7: Nosná struktura soustruhu firmy DMTG Obr. 8: Nosná struktura soustruhu Mori Seiki série NZ těchto dvou vzájemně šikmých pohybů vzniká pohyb hlavy ve virtuální ose Y, která ale obvykle má pouze malý zdvih. Jinou možností je ortogonální uspořádání os, tj. osa Y je fyzicky kolmá na osu X, což umožňuje mít v této ose větší zdvihy. Příkladem takového řešení ve velmi kompaktním uspořádání je nosná struktura stroje Mori Seiki NZ (obr. 8). Ortogonálně jsou uspořádány pohybové osy i u novinky firmy Hwacheon s označením T2, která však může mít pouze dvě revolverové hlavy. Modulární stavba této kategorie strojů umožňuje provést konfiguraci stroje přesně podle potřeb zákazníka. Jednotlivé varianty se liší především počtem a uspořádáním revolverových hlav a dále počtem pohybových os revolverových hlav. Parametry protivřetena jsou obvykle stejné jako u hlavního soustružnického vřetena, takže díky počtu revolverových hlav může na obou vřetenech probíhat nezávislé obrábění dvou kusů. Vřeteno i protivřeteno mají obvykle řízenou osu C. Revolverové hlavy jsou klíčovým prvkem, který určuje výrobní možnosti tohoto typu strojů. Přímé rotační pohony prstencovými motory se tak začínají prosazovat jako kompaktní a výkonné řešení i pro poháněné rotační nástroje v revolverových hlavách. Průkopníkem v této oblasti je firma Mori Seiki, která prstencový motor integrovaný v revolverové hlavě nazývá DDM - Direct Drive Motor. Podobné řešení s integrovaným prstencovým motorem bylo možno vidět i na hlavách Sauter, kterými byly osazeny stroje DMG CTX Alpha a Beta. Přímý pohon může pohánět nástroje maximálními otáčkami 6000 ot/min, výkonem 5,5 kw a krouticím momentem 40 Nm. Firma Sauter měla na EMO vlastní stánek, kde prezentovala další vývojové novinky. Kromě zmíněného přímého náhonu rotačních nástrojů, u kterého na vystaveném exponátu uváděla maximální otáčky až ot/min, to byla i revolverová hlava s přímým pohonem pro natáčení hlavy a souvislým řízením polohy. Pro práci v konkrétní poloze je možno osu hydraulicky zpevnit. Protože konstrukce neobsahuje žádné převody, má celá hlava velmi kompaktní rozměry (obr. 9). Přímý pohon umožňuje dosáhnout maximálních otáček ot/min a výkonu 13 kw. Obr. 9: Revolverová hlava Sauter vybavená jednomotorovou technologií Obr. 10: Příklady tvarově složitých obrobků vyrobených na soustružnickém centru Mori Seiki NZ Možnosti soustružnických strojů s horizontální osou a s více revolverovými hlavami byly na veletrhu prezentovány velkým množstvím tvarově složitých obrobků s velkým podílem mimoosých vrtacích a frézovacích operací. Dobře vybavené soustružnické stroje se v tomto ohledu snaží vyrovnat multifunkčním

10 8 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 soustružnickým centrům (obr. 10). Rostoucí parametry pohonů rotačních nástrojů umožňují plnohodnotné výkonné frézování. Např. firma Mori Seiki uvádí, že stroje série NZ mohou být osazeny frézovacími hlavami až do průměru 80 mm. Technologické možnosti strojů mohou být rozšířeny i speciálními nástroji upínanými do revolverových hlav. Na stroji Doosan Puma TT1800SY tak bylo možno vidět přídavné zařízení pro frézování ozubení odvalováním (obr. 11). Na stroji Biglia B765 Y3 byl osazen přídavný obrážecí nástroj od firmy Mario Pinto (obr. 12), který za 6,6 sec dokázal obrazit jednu drážku o délce 5 mm a hloubce 3,5 mm do kalené a popuštěné oceli 38NCD4. Zařízení se vyrábí se zdvihy 35 mm a 65 mm. Obr. 11: Frézování ozubení nástrojem upnutým v revolverové hlavě stroje Doosan Puma TT Obr. 12: Obrážecí nástroj Mario Pinto pro upnutí do revolverové hlavy soustruhy 2.3 Multifunkční soustružnická centra Multifunkční soustružnická centra jsou stroje, ve kterých je obrobek upnut do soustružnického vřetena s C osou. Stroje jsou vybaveny plnohodnotným frézovacím vřetenem na pohybové struktuře se třemi lineárními osami a naklápěním vřetena v ose B. Obrobek tedy může být opracován bu soustružením nástrojem umístěným v zabrzděném frézovacím vřeteni, nebo ve spodní revolverové hlavě, nebo plnohodnotným pětiosým frézováním. Jedná se o produktivní univerzální stroje, jejichž konstrukce vykazuje typické prvky v závislosti na velikosti stroje. Stroje malých velikostí nejsou obvykle vybaveny soustružnickým protivřetenem. Místo toho disponují pomocnou manipulační jednotkou, která může sloužit jako pomocná manipulační jednotka pro otočení kusu v hlavním vřeteni, jako koník nebo obrobkový manipulátor pro odležení hotových kusů. Zásobník nástrojů je umístěn nad nebo před soustružnickým vřetenem a je tedy obsluze dobře přístupný z přední strany stroje. Mezi největší stroje této koncepce patří stroj Mazak Integrex i-150, který byl představen jako novinka na minulém EMO 2005 v Hannoveru. Letos Miláně byl vystavován se zdvojeným zásobníkem nástrojů s kapacitou až 72 pozic (obr. 14). Firma Mori Seiki představila stroj podobné koncepce s označením NT1000 (obr. 13). Jedná se o velmi kompaktní stroj, který umožňuje připojit automatický podavač tyčí nebo pracovat z přířezu. Místo protivřetena je stroj osazen univerzální jednotkou, která umožňuje opření dlouhých kusů a odložení hotového obrobku do výstupního zásobníku. Základní konfiguraci stroje je možno rozšířit o pravou nebo levou spodní revolverovou hlavu. Porovnání technických parametrů obou strojů je v tab. 1. Menší multifunkční stroje podobné koncepce vystavovaly např. firma Bumotec, Willemin Macodel nebo Realmeca. Stroje se vyznačují frézovacími vřeteny s maximálními otáčkami v řádu ot/min, výkonem v rozsahu 3 10 kw a nástrojovým rozhraním HSK-E 25 nebo 40. Soustružnická vřetena mají otáčky okolo 6000 ot/min a výkon cca 5 kw. Z hlediska konstrukce jsou zajímavé stroje Bumotec S-191, které mají přímé pohony všech os lineárními nebo prstencovými motory. Vystavené stroje byly prezentovány především velkými galeriemi obrobků, na kterých bylo možno vidět komplexní obráběcí schopnosti strojů. Jednoznačný prim hrály ukázky zubních a kloubních implantátů, což jsou díly s množstvím tvarových ploch, vyráběné ze speciálních materiálů (slitiny Ti, Zr) a s extrémními požadavky na přesnost a kvalitu povrchu.

11 Soustruhy s vodorovnou osou 9 Tab. 1: Porovnání parametrů malých multifunkčních soustružnických center Integrex i-150 NT 1000 Rozjedy os X, Y, Z [mm] 370, 200, , ±105, 460 Půdorysná plocha [mm] 2200 x 2420 (5,3 m 2 ) 2425 x 2705 (6,5 m 2 ) Soustružnické vřeteno Max. otáčky [1/min] Max. výkon S1 [kw] 7,5 7,5 Průchozí průměr vřetena [mm] Vrtání předního ložiska [mm] Frézovací vřeteno Max. otáčky [1/min] Max. výkon S1 [kw] 3,0 5,5 Nástrojové rozhraní HSK-A63 HSK-A50 Zásobník nástrojů 36/72 nástrojů 38/76 nástrojů Obr. 13: Mori Seiki NT pohled na celý stroj a nosnou strukturu Obr. 14: Mazak Integrex i-150 se zásobníkem na 72 nástrojů Obr. 15: Malé multifunkční centrum Bumotec S-191 linear Větší multifunkční soustružnická centra jsou vždy vybavena soustružnickým protivřetenem, které má stejné parametry, jako hlavní vřeteno. To zaručuje široké možnosti při přípravě obráběcí technologie. Téměř všechny vystavené stroje této kategorie byly vybaveny i spodní revolverovou hlavou, která mj. umožňuje ve spolupráci s nástrojem upnutým ve frézovacím vřeteni výkonné soustružení dvěma nástroji. Novinkou v této kategorii u firmy DMG prezentovanou na EMO je největší stroj řady CTX Beta s označením 1250 TC linear, u kterého byla horní revolverová hlava nahrazena frézovacím vřetenem (obr. 16). Stroj je vybaven lineárním

12 10 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 motorem v ose X, která má největší zdvih. Stroj může být vybaven místro standardního diskového zásobníku nástrojů řetězovým zásobníkem s kapacitou až 120 nástrojů. Stroje této kategorie umožňují kromě běžných soustružnických a frézovacích operací i vyvrtávání dlouhými vyvrtávacími nástroji, které jsou schopné automaticky vyměňovat. K tomu slouží speciální přídavné zásobníky nástrojů, který je u stroje DMG CTX Gamma v pravé horní části pracovního prostoru. Zásobník má kapacitu na tři speciální nástroje. Vystavený stroj byl kromě toho vybaven spodní revolverovou hlavou s integrovanou lunetou (obr. 17). Hlava byla osazena redukcemi z rozhraní VDI 40 na HSK-63T. Stroj byl osazen dvoukanálovým řízením umožňujícím nezávislé programování dvou nástrojů - ve frézovacím vřeteni a v revolverové hlavě. Stroj se tak chová prakticky jako dva nezávislé stroje. Synchronizace obou kanálů je prováděna pomocí čekacích bodů. Firma Okuma vystavovala stroj Multus B750-W x3000 se zásobníkem na dlouhé nástrojové tyče umístěným nad hlavním soustružnickým vřetenem. Tyče mají rozhraní HSK, takže do nich je možno upnout běžný soustružnický nebo frézovací nástroj z hlavního zásobníku. Firma Okuma dále prezentovala pro centra Multus nové přímé rotační odměřování, které má zaručit vyšší přesnost obrábění a lepší kvalitu povrchu obrobku. Funkčnost této strojů Multus je možno navíc rozšířit pomocí speciální sady i o operaci vyvažování obrobku, při které osa C funguje jako vyvažovací přístroj a určuje, kam je potřeba navrtat vyvažovací otvory. Obr. 16: Nosná struktura stroje DMG CTX Beta 1250 TC linear Obr. 17: Spodní revolverová hlava stroje DMG CTX Gamma 2000 TC s integrovanou lunetou Racionalizace správy nástrojů pro tento typ multifunkčních center si vynucuje sjednocení nástrojového rozhraní pro nástroje upínané ze zásobníku do frézovacího vřetena a pro nástroje upínané do spodní revolverové hlavy. Jednotné rozhraní v revolverové hlavě a frézovacím vřeteni zrychluje a zjednodušuje osazení stroje nástroji při přípravě nové technologie. Z tohoto důvodu se začalo ve frézovacích vřetenech rozšiřovat rozhraní Capto, které bylo tradičně určeno především pro upnutí nerotačních nástrojů. Na EMO Miláno byla k vidění nová konkurence tomuto rozhraní - rozhraní HSK-T pro revolverové hlavy. Rozhraní je plně kompatibilní s běžným rozhraním HSK-A, má však menší vůle na unášecích kamenech, což zaručuje vyšší přesnost při práci nerotačními nástroji. Více o tomto rozhraní je uvedeno v kapitole Nástrojové systémy. 2.4 Inverzně vertikální soustružnické stroje Mezi malými a středně velkými soustružnickými stroji se pro vysoce produktivní výrobu přírubových součástí již pevně etablovaly inverzně vertikální soustruhy. Tyto stroje mají soustružnické vřeteno s vertikální osou umístěné v horní části rámu. Obrobek je upnut pod vřetenem. Obrábění probíhá tzv. nad hlavou nástroji upnutými v revolverové hlavě ve spodní části pracovního prostoru. Hlavní výhodou této koncepce je především bezproblémový odchod třísek od obrobku, nebot tyto snadno spadávají do vynašeče třísek umístěného ve spodní části pracovního prostoru. Tento typ strojů má obvykle pohyb hlavního vřetena v osách X i Z. Obrobek je tak polohován proti pevně umístěným nástrojům. Protože se jedná o vysoce produktivné stroje, mají integrovanou dopravu polotovarů a hotových dílů - dopravník dílců prochází rámem stroje. Osa X má prodloužený zdvih, který umožňuje vyjetí vřetena mimo pracovní prostor, odložení obrobku na dopravní pás a nabrání dalšího polotovaru. Tuto koncepci má např. vystavovaná novinka na stánku DMG s označením CTV 160 linear. Jak je zřejmé z označení, stroj je vybaven lineárním motorem v ose X pro maximální urychlení přejezdů mezi pracovním a manipulačním prostorem. Na EMO byl stroj doplněn manipulační buňkou WH10. Tato buňka obsahovala

13 Soustruhy s vodorovnou osou 11 robota, který odebíral hotové obrobky z dopravníku, vkládal je do čistící a značkovací stanice a následně odkládal do výstupního zásobníku. Firma DMG tak prezentovala ucelené automatizační řešení pro produktivní výrobu. Produktivitu výroby lze dále zvýšit zdvojeným provedením stroje (obr. 19). Obr. 18: Inverzně vertikální soustruh DMG CTV 190 linear s manipulační buňkou WH10 Obr. 19: Stroj DMG CTV ve zdvojeném provedení Tlak na vysokou produktivitu byl v kategorii inverzně vertikálních soustruhů vidět u všech výrobců. Firma Famar prezentovala naplnění tohoto cíle svými zdvojenými stroji. Stroj Famar Tandem 260 (obr. 20) je koncepčně navržen jako zrcadlově symetrický dvojstroj, který má ve střední části stanoviště obsluhy s jedním řídícím panelem. Každá půlka stroje má vlastní nezávislý dopravník polotovarů a obrobků. Jednotlivé stroje mohou obrábět sysnchronizovaně shodný dílec nebo naopak nezávisle dva rozdílné kusy. Stroj má opět pohyb vřetena s obrobkem v ose X a Z. Revolverová hlava s nástroji může být vybavena osou Y, což je v této kategorii zajímavá opce. Dále může být do pracovního prostoru přidána další technologická jednotka s rotační osou - např. brousicí vřeteno s osou A, manipulační jednotka pro přepínání obrobku ve vřeteni apod. Firma uvádí, že tuhost stroje, instalované výkony vřeten a technologické vybavení jsou vhodné pro tvrdé soustružení. Vystavovanou novinkou na EMO byl u firmy Famar typ bisub 160 2g (obr. 21). Jak říká název, jedná se o zdvojený stroj SUB 160 2g. Tento soustruh se vyznačuje vysokou dynamikou - kuličkové šrouby ve všech osách umožňují zrychlení 2g, díky čemuž firma uvádí čas 2 sec pro výměnu obrobek - obrobek. Obr. 20: Dvojstroj Famar Tandem 260 Obr. 21: Novinka Famar bisub 160 2g Tradiční výrobce inverzně vertikálních soustruhů, firma EMAG, vystavovala pro výrobu přírubových součástí centra VSC 250 a VLC 250. Řadu VSC charakterizuje vřeteno posuvné v ose X a Z a jedna revolverová hlava s dvanácti poháněnými nástroji (obr. 22). Řada VLC má vřeteno pohyblivé v osách X a Z, na přání lze dodat stroj s osou Y. V pracovním prostoru jsou dvě revolverové hlavy pro pevné a rotační nástroje (obr. 23), volitelně pak jedno další vřeteno pro frézovací, vrtací nebo brousicí operace. Hlavní vřeteno je u obou typů umístěno v pinole rotačního tvaru, která je hydrostaticky uložena (obr. 24). To zajišt uje dobré tlumení

14 12 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 vibrací při tvrdém soustružení a přerušovaných řezech. Nosná struktura strojů EMAG je z polymerbetonu s obchodním označením MINERALIT. Stroje VSC jsou nabízeny pro zvýšení produktivity také ve dvoua třívřetenovém provedení. Obě řady strojů byly prezentovány se širokým spektrem automatizačních periférií (obr. 25). Obr. 22: Schéma stroje EMAG VSC Obr. 23: Schéma stroje EMAG VLC Obr. 24: Hydrostatické uložení pinoly s vřetenem (EMAG) Obr. 25: Vystavovaný stroj EMAG VSC 250 Obr. 26: Stroj EMAG VTC 315 DS Obr. 27: Stroj Scherer Feinbau VDZ 120 s dopravníkem obrobků V kategorii inverzně vertikálních strojů byly na EMO vystavovány i stroje pro obrábění hřídelových součástí. Ty mají nepohyblivé vřeteno a na spodní straně pracovního prostoru hrot pro opření obrobku. Základní pohyby v osách X a Z provádí revolverová hlava s nástroji. Firma EMAG vystavovala pro obrábění vertikálních hřídelových součástí stroj VTC 315 DS (obr. 26). Tento multifunkční stroj je vybaven dvěma revolverovými

15 Soustruhy s vodorovnou osou 13 hlavami proti sobě, které umožňují simultání soustružení nebo broušení dvěma nástroji ve čtyřech (2+2) řízených osách. Manipulaci s obrobkem provádí uchopovací hlavice umístěná v jedné pozici v revolverové hlavě. Podobnou koncepci vystavovala také firma Scherer Feinbau na stroji VDZ 120 (obr. 27). 2.5 Velmi přesné soustružnické stroje Velmi přesné soustružení, tj. opracování součástí s tolerancemi v řádu desetin nebo jednotek mikronů, je v současné době úzce spojeno s technologií tvrdého obrábění. Strojům této kategorie se daří v určitých případech úspěšně konkurovat broušení především z důvodu vyšší produktivity. Firma Hardinge vystavovala dva inovované stroje série Super-Precision: menší stroj RS T-42 MSY s průchozím průměrem vřetena 42 mm a osou Y a větší stroj GS 51 A s průchozím průměrem 51 mm. Stroje mají litinový rám a novou konstrukci revolverové hlavy. Ta se vyznačuje především umístěním motorů mimo vlastní hlavu, aby se minimalizovalo tepelné ovlivnění geometrické polohy nástrojů. Ze stejného důvodu má i vřeteno externí motor s převodem řemenem (obr. 28). Ke strojům je možno dokoupit tzv. Thermal Package, který obsahuje možnost přidání samostatného chladiče pro vřeteno, přídavné chlazení nádrže s hydraulickým olejem a pravítka s přímým odměřováním. Stroje jsou nabízeny se řídicími systémy Fanuc i-series nebo novým systémem Siemens 828D. Stroje série GS mohou být doplněny integrovaným obrobkovým manipulátorem a zakládací stanicí (obr. 29). Obr. 28: Nosná struktura a detail vřeteníku stroje Hardinge GS Obr. 29: Stroj s integrovaným manipulátorem Firma Kümmer prezentovala pro tvrdé soustružení malých dílů stroj k250 hydrospeed. Soustruh má hydrostaticky uložené vřeteno s max ot/min. Nástroj je polohován v osách X a Z pomocí konceptu LSK (Linear Slide Kinematics - obr. 30). Tato pohybová struktura poháněná lineárními motory umožňuje podle firemních údajů realizovat Obr. 30: Nosná struktura stroje Kümmer k250 hydrospeed a detail pohybové skupiny vřetena s konceptem LSK zdvihy 250 x 100 mm, max. posuvovou rychlost 60 m/min, zrychlení 10 m/s 2 a submikronovou přesnost polohování. Kompaktní rám stroje připravený pro snadnou manipulaci jeřábem je tvořen ocelovým svařencem vyplněným cementovým betonem. Konstrukce strojů Microturn holandské firmy Hembrug je založena na nosných dílech ze žuly, hydrostatických lineárních vedeních a pohonech kuličkovými šrouby. Firma uvádí opakovatelnost polohování v 0,1 m. Hydrostaticky uložené vřeteno má maximální házivost 0,2 m. Stroje V-serie umožňují obrábět dílce o tvrdosti HRC o průměru mm. Menší stroje série Base Line jsou mj. připraveny i pro vybavení přídavným brousicím vřeteníkem.

16 14 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 31: Hembrug Microturn série V Obr. 32: Hembrug Microturn série V4 2.6 Stroje pro obrábění malých rotačních dílů Malými díly myslíme obrobky z tyčových polotovarů do průměru cca 30 až 50mm. Pro velkosériovou výrobu se obvykle používají z důvodu vysoké produktivity vícevřetenové soustruhy. Firma DMG na výstavě EMO prezentovala v této kategorii soustruhy série GMC, které jsou v osách X osazeny lineárními motory (obr. 33), což umožňuje dosáhnout rychlosti rychloposuvu až 50m/min. Vícevřetenové stroje pro velmi malé obrobky vystavovala firma Wolf. Průměr tyčového polotovaru je maximálně 26 mm (obr. 34). Obr. 33: Model vícevřetenového soustruhu DMG Obr. 34: Vícevřetenový soustruh fy Wolf Větší univerzalitu nabízejí stroje s jedním hlavním vřetenem. Obvykle jsou vybaveny i protivřetenem, které rozšiřuje výrobní možnosti i technologickou flexibilitu stroje. Při obrábění malých dílů je výhodné, aby vřetena konala hlavní i některé vedlejší pohyby. U obrobku polohovaného po drahách s malým zdvihem vůči stacionárním nástrojům je možné dosáhnout vyšší dynamiky pohybu potažmo rychlejší výměny nástrojů a zkrácení vedlejších strojních časů. Tyto stroje jsou označovány jako tzv. soustruhy švýcarského typu. Firma Tornos prezentovala v této oblasti stroje řady Mikro, Delta a Deco. Jedná se o stroje určené pro obrábění z dlouhých tyčí, proto jsou vybavovány jejich automatickými podavači. Hlavní vřeteno je vždy průchozí (maximální průměr 7 až 26 mm) a provádí pohyb v ose Z. Stroje jsou vysoce modulární a umožňují vybavení podle potřeb zákazníka. Nejjednodušší variantou je tříosý stroj řady Mikro vybavený paletou, na které jsou upnuty pevné či poháněné nástroje. Paleta je pohyblivá v ose X a Y, pohyb v ose Z je realizován na vřetenu. Pokud je stroj vybaven protivřetenem, disponuje zároveň dvěma nezávislými nástrojovými systémy, tzn., že můžeme současně obrábět dvěma nástroji. Nejvybavenější stroj řady Deco disponuje čtyřmi nezávislými nástrojovými systémy, které vyžadují 10 řízených os. Jako opci lze počet řízených os rozšířit ještě o dvě osy C (obr. 35). Zatímco dvě nižší řady jsou vybaveny řídicím systémem Fanuc, u řady Deco výrobce použil vlastní řídicí systém PNC-DECO, který úzce spolupracuje s programovacím nástrojem TB-DECO. Technologické možnosti strojů (obr. 36) jsou především díky jejich variabilitě opravdu široké. Je možné sestavit konfiguraci, která umožňuje obrobení obou konců obrobku, vrtání děr v obecném směru, frézovací operace i souběžnou práci na dvou obrobcích.

17 Soustruhy s vodorovnou osou 15 Obr. 35: Kinematika Deco vs. Delta (vlevo nahoře) Obr. 36: Díly vyrobené na stroji Deco 10a Podobné koncepce byly i vystavované stroje řady ECAS firmy Star nebo série STL firmy Hanwha. Navíc jsou ale vybaveny jednou, nebo více revolverovými hlavami s až deseti pozicemi pro pevné i rotační nástroje (obr. 37), přičemž hlavy mohou vykovávat pohyb až ve třech osách. Soustruh švýcarského typu firmy Nexturn s označením SA 20e je vybaven protivřetenem, které se pohybuje v osách X a Z. Na vřeteníku je hned vedle protivřetene ještě nástrojové rozhraní pro dva rotující a dva pevné nástroje (obr. 38). Toto řešení umožňuje osové i mimoosé operace. Obr. 37: Revolverová hlava s deseti pozicemi fy Hanwha Obr. 38: Protivřeteno s pozicemi pro nástroje fy Nexturn Firma DMG vystavovala soustruhy se slovem Linear v názvu. Stroje jsou vybaveny lineárními motory v osách X. Série SPEED linear (obr. 39) je určena pro menší obrobky do průměru 33 mm. Je vybavena protivřetenem a platformami pro pevné i rotující nástroje. Stroje série SPRINT linear (obr. 40) jsou navíc vybavovány revolverovými hlavami, které mohou realizovat pohyb až ve třech osách. Tato série je určena pro obrobky až do 70 mm. Obr. 39: Nosná struktura stroje série SPEED linear firmy DMG Obr. 40: Soustruh serie SPRINT linear fy DMG

18 16 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Shrnutí a závěr Na EMO vystavovali všichni významní světoví výrobci soustružnických strojů. Navzdory současné složité ekonomické situaci většina dodavatelů strojů potvrzovala poptávku po sofistikovaných výrobních řešeních s velkou výrobní produktivitou. Z investičních důvodů je však vyžadováno rozšiřitelné řešení, které bude možno v budoucnu doplnit dalšími moduly. Komplexní řešení požadované výroby a její vysoká produktivita jsou tedy hlavními požadavky na současné stroje. V oblasti soustružnických strojů se výrobci snaží dosáhnout těchto požadavků různými způsoby. Komplexnosti dosahují soustružnické stroje s více revolverovými hlavami a soustruhy švýcarského typu pomocí své modulární stavby. Díky široké paletě kinematických konfigurací může výrobce stroje osadit stroj podle konkrétních požadavků zákazníka. Dále lze doplnit obrobkovou manipulaci ve formě různých zakladačů nebo robotů. Pro flexibilní výrobu komplexních součástí jsou nabízena multifunkční centra, která integrují možnosti několika obráběcích technologií a manipulace. Mezioperační manipulace s obrobky je výrazným faktorem, který ovlivňuje vedlejší výrobní časy. Pokud nemůže stroj zajistit manipulaci vlastními prostředky (přepínání do protivřetena, manipulační hlavice na koníku nebo v revolverové hlavě), jsou stroje vybavovány gantry zakladači. Při požadavku na větší výrobní flexibilitu jsou stroje doplňovány průmyslovými roboty. Ty umožňují i snadné propojení stroje s dalšími periferními zařízeními, např. čisticí stanicí, stanicí s popisováním a značením, konzervací obrobku apod. V tom je skryt potenciál pro zvýšení kvality a produktivity celého výrobního řetězce. Velké firmy si to uvědomují, takže robot u stroje byl vidět prakticky na každém výstavním stánku. Firma DMG dokonce vytvořila samostatnou divizi DMG Automation, která vyrábí přídané buňky s roboty pro stroje DMG. Podle velikosti stroje, obrobku a požadavku zákazníka lze tyto buňky postavit vedle soustružnického stroje (obr. 18) nebo na samostatný rám nad stroj. Ve snaze zkrátit vedlejší časy a zvýšit produktivitu výrobního pracoviště nabízejí firmy provedení strojů s více vřeteny. První možností jsou dvojstroje (např. Famar, DMG aj.), u kterých je vyšší produktivity dosaženo současnou prací více vřeten. Druhou možností jsou vícevřetenové stroje, kde pracuje pouze jedno vřeteno a na druhém probíhá příprava obrobku (např. Kitako, Felsomat). Produktivita stroje vzroste o úsporu z překrytí hlavních časů obrábění a vedlejších časů manipulace obrobku. Snaha zkrátit přípravu stroje pro obrábění nutí firmy řešit produktivně také přípravu nástrojů. To bylo vidět na široké podpoře nového rozhraní HSK-T, které sjednocuje rozhraní pro rotační a nerotační nástroje. To by mělo zkrátit dobu přípravy nástrojů pro multifunkční stroje, protože nástroje v revolverové hlavě nebo ve frézovacím vřetenu budou snadno zaměnitelné. Velký potenciál pro produktivní flexibilní výrobu soustružených dílů je ukryt v upínání obrobků. Na EMO prezentovala řada firem univerzální i speciální řešení ( pro upínání rotačních obrobků. Firma Tobler se prezentovala na stánku firmy Mori Seiki, která ji v loňském roce koupila. Japonský výrobce obráběcích strojů tak rozšiřuje technologickou podporu prodeje svých strojů. Obecným trendem je spolehlivě a opakovatelně přesné upnutí obrobku. Dále je pozornost firem, podobně jako u nástrojového vybavení, zaměřena na rychlé přeseřízení upínacích prvků nebo jejich výměnu. Firmy Hainbuch a Röhm prezentovaly upínání pomocí rozpínacích trnů. Firmy Tobler, Kitagawa a Hainbuch nabízejí systémy pro rychlou výměnu upínacích čelistí nebo celých sklíčidel. Firma Katagawa prezentovala systém Dual Lock, který provede nejprve radiální upnutí obrobku a následně jeho dotažení v axiálním směru na dosedací plochy sklíčidla. Obr. 41: Prezentace variability rozhraní Hainbuch CapteX Obr. 43: Upínání obrobků systémem Dual Lock (Kitagawa) Obr. 42: Příklad speciálního upnutí obrobku (Tobler)

19 17 Soustruhy se svislou osou Jiří Marek, Lubomír W. Novotný Abstrakt: V příspěvku jsou popsány vystavované soustruhy a soustružnická obráběcí centra se svislou osou na EMO Milano 2009 a obráběcí stroje, které jsou technologicky příbuzné tomuto typu strojů. Jsou popsány základní trendy ve stavbě obráběcích strojů. 1 Úvod Svislá obráběcí centra na rotační součásti (v jednodušším provedení trvale nazývané karusely) jsou historicky samostatnou skupinou strojů, která byla dlouhá léta doménou nemnoha výrobců, kteří by z dnešního pohledu mohli dostat nálepku tradiční. Stroje v typickém konstrukčním uspořádání se vyznačují vodorovnou upínací deskou od průměru desítek centimetrů až po několik metrů. Instalované výkony hlavního pohonu dosahují stovek kilowat a otáčky upínací desky průměru např. 800 mm a až 1500 ot./min. anebo u desky velikosti 4000 mm jsou maximálně 120 ot./min. I v současnosti jsou svislá obráběcí centra pro rotační součásti vyráběna v tzv. dvouosém provedení, tj. pohybuje se smykadlo v ose x a z a obrobek vykonává pohyb pouze v rychlostní vazbě. Každá další pohybová osa, jež je doplněna do základního provedení, a už je spojená s pohybem obrobku (C-osa, Y-osa) anebo spojenou s pohybem nástroje, není považována za nadstandard, ale za již zvládnutou konstrukční záležitost, významně rozšiřující technologické možnosti stroje, za kterou si zákazník "pouze" připlatí. O nadstandardu se dá hovořit snad jen v souvislosti se stroji, které původně nebyly určeny pro výkonové soustružení, tj. nebyly schopny udělit obrobku potřebné otáčky při patřičném výkonu pohonu. Právě růst technologických možností strojů je jeden z dlouhodobých požadavků ovlivňující konstrukci všech strojů. Celkově trendy oboru třískového obrábění patrné z EMO Milano 2009 jsou: multiprofesnost a integrace třískových operací útlum lineárních pohonů pomocí lineárních motorů zaměření na funkcionalitu a spolehlivost strojů masivní nástup hydrostatiky v lineárních (rotačních) osách Další z pomalu nastupujících světových trendů, který je možné vysledovat u všech výrobců, je označení stroje nálepkou (ve všech směrech) ekologicky šetrného stroje. A tak se na první pohled zdá, že "co není green, není in". Tedy alespoň v oblasti malých strojů. I v České republice je tento, z jedné strany požadavek zákazníků, a z druhé marketinkový tah (přitom věřme, že se jedná o ekonomickou a možná i ekologickou uvědomělost všech zainteresovaných stran), hojně diskutován. Jisté je, že (zatím) u strojů s výkonem hlavního pohonu ve stovkách kilowatů anebo v případě pohybujících se rámů v desítkách tun se na energetickou náročnost stroje nahlíží s rezervou. Vedle toho, taková v podstatě ekologicky protichůdná záležitost, jakou je design obráběcích strojů (prodejci a designéři zajisté nesouhlasí), kdy s rostoucí křivostí ochranných krytů roste jejich cena (roste materiálová a energetická náročnost výroby ), je v mnoha případech mimo priority výrobce. Podle interního průzkumu čtyřicet procent výrobců design "neřeší", dalších čtyřicet procent jej realizuje vlastními silami a přibližně 20 procent spolupracuje se specialisty na prakticky použitelný design. 2 Nástup soustružnických technologií Patrná byla skutečnost, že řada relativně neznámých producentů obráběcích center i těch výrobců, jejichž doménou jsou horizontální vyvrtávací stroje, se "přes noc" stala výrobcem svislých soustruhů. Taktéž výrobci vertikálních obráběcích strojů se stále více etablují ve svislém soustružení bu přímo anebo nepřímo. Karusely a svislá obráběcí centra pro rotační součástí (popř. soustružnické technologie na jiných typech strojů) byly vystavovány desítkami firem a další desítky firmy je měly obsaženy v katalogových listech.

20 18 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 FPT prezentovala novou řadu svislých soustruhů ROTOMILL POWER o průměru 8000 mm. Všechny translační části včetně upínací desky se pohybují na hydrostatickém uložení. Na obr. 1je vystavené hydrostaticky vedené smykadlo z řady ROTOMILL. Je zde např. vidět, že pohyb v ose x zajiš ují dva servopohony v režimu masterslave. Stroj se chlubí vysokou teplotní stabilitou. Své horizontální vyvrtávací stroje firma FPT doplnila soustružnickými stoly. Dalším názorným příkladem integrace operací třískového obrábění je stroj i-tank 1900 firmy MCM při obrábění kulových ventilů (obr. 2, obr. 3). Tento stroj díky možnosti orientovat nástroj jak ve vodorovné tak i svislé poloze, umožňuje provádět soustružnické operace jak z vnější tak v omezené míře vnitřní strany obrobku (limitní je délka nástroje). Obr. 1: Stánek firmy FPT prezentující stroj Rotomill a pohled na masivní plochy hydrostatického vedení stroje Rotomill Obr. 2: Integrace technologických operací stroje firmy MCM Obr. 3: Integrace technologických operací stroje firmy MCM

21 Soustruhy se svislou osou 19 3 Tradiční výrobci svislých soustružnických obráběcích center Společnost TOSHULIN, a.s. představila zcela nové svislé obráběcí centrum soustružnického typu řady POWERTURN (obr. 4). Hlavní nosné dílce tohoto stoje jsou provedeny jako odlitky z cementového vysoko pevnostního betonu, dodané společností Bögel Reitz (obr. 5). Všechna pohyblivá uložení pohybových os jsou realizována pomocí hydrostatických vedení. Díky spojení těchto dvou progresivních technologií má stroj vynikají tlumící charakteristiky a tepelnou stabilitu. V praktickém provozu stroj dosahuje špičkových výsledků přesnosti a výkonnosti stroje. Součástí expozice byla také ukázka materiálu, z něhož je vyroben rám stroje a na první pohled nezajímavý a nenápadně vyhlížející přejímací titanový dílec letecké firmy Rolls-Royce, obrobený právě na tomto stroji. Obr. 4: Stroj POWERTURN nové generace TOSHULIN Obr. 5: Cementové betonové lože stroje POWERTURN Firma Okuma na začátku září 2009 představila nový stroj VTR-160A. Jedná se o dvou stojanový stroj se stojany s diagonálním žebrováním, po kterých se pohybuje výškově přestavitelný příčníkem. Maximální výška obrobku je 1250 mm a díky zdvihu smykadla 900 mm, které je pohybováno dvěma servomotory), stroj nemá příliš velkou zástavbovou výšku. Stroj je v souladu s uvedenými trendy označován za "environmentallyfriendly" a vysoce výkonný. U stroje je vyzdvihována velmi dobrá teplotní stabilita. Na stánku firmy Mazak (obr. 6) byl fyzicky vystaven stroj z produktové řady MegaTurn Nexus Series. Jednalo se o dvouosý stroj, jež může soustružit dílce až do průměru 1000 mm. Stroj z téže série, avšak s označením 900 M, je navíc vybaven náhonem rotačních nástrojů. Tyto stroje v typických firemních barvách jsou zajímavé svým kinematickým uspořádáním i prostorovou kompaktností. Firma DANOBAT obvykle vystavuje stroje pro výrobu železničních kol, u kterých se z řady důvodů nástroj pohybuje na křížových saních. Na EMO 2009 přivezla svislé soustružnické centrum VTC 2500 (obr. 7). Atypické je, že číselné označení v jeho názvu vyjadřuje maximální soustružený průměr nikoli průměr upínací desky. Jedná se o dvouosý/tříosý stroj smykadlové koncepce a díky modulární konstrukci na přání zákazníka z něj může vzniknou čtyřosý (doplněním osy y), nebo stroj pětiosý za použití souvislé řízené "B" hlavy. Tento stroj je jeden z příkladů toho, jak firmy preferují funkčnost a účelnost před neopodstatněnou honbou za líbivým designem. Obr. 6: Stroj Yamazaki Mazak Nexus 900 Obr. 7: VTC 2500 firmy DANOBAT

22 20 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Firma Mori Seiki vystavovala na veletrhu novinku označenou NVL1350T (obr. 8). Na konstrukčně zajímavém stroji opět našla uplatnění revolverová hlava, jež je umístěna na křížových saních a výškově nepřestavitelném příčníku. Dva boční dopravníky třísek orientované dozadu zaručují dobrý odvod třísek a dostatek volného prostrou v přední i boční části stroje. Německá firma Schiess patřící do čínského koncernu Shenyang Machine Tool Co. má ve výrobním programu zejména těžké obráběcí pro výrobu lodí, energetických zařízení a bezpočet dalších oborů, kde je nutné obrábět těžké a rozměrné obrobky. Jako novinku prezentovala speciální hlavu pro výrobu ozubení frézováním (dělícím způsobem). Jejím použitím na svislém soustružnickém centru nebo na portálové frézce, lze díky této hlavě vyrábět ozubení na "standardních" strojích bez potřeby speciálních ozubárenských mašin. Opět jedna z ukázek růstu multiprofesních strojů. 4 Dodavatelé komponent Obr. 8: NVL1350T od firmy Mori Seiki NV_1350 T Oblast svislých soustružnických center a karuselů má svou specifickou skupinu komponent, jež v případě potřeby nakupuje. Subdodavateli je vyráběno speciální nářadí pro soustružnické operace - to z hlediska výrobní technologie a upínací desky a sklíčidla, svěráky a čelistí. Upínací desky jsou ryze mechanické (ovládány ručně), ale také se o upínacích deskách hovoří i v případě, kdy je obrobek upínán elektromagneticky (výjimečně též vakuem). Firma Technomagnete představovala upínací desku s inovovaným elektromagnetickým upínáním doslova nazývaným Bidirectional magnetic circuit s jmenovitou upínací silou až 160N/cm 2. Magnetické upínání je nabízeno také v kombinaci s mechanickým sklíčidlem. Upínací deska (sklíčidlo) je určena zejména do segmentu výrobců velkoprůměrových ložisek. Samozřejmostí dodávky - služba zákazníkovi, je doprava na speciálně upraveném valníku, který snižuje přepravní komplikace tohoto jinak nadrozměrného nákladu. Renomovaná firma Rotomors vedle řady praktických realizací nabízela zákazníkům systém nazvaný APC, který slouží k rychlé a přesné manipulaci, upínání a středění obrobků (ložiskových kroužků) velkých průměrů. Tento příklad ukazuje, že v oblasti služeb (nebo oblastech nesouvisejících přímo s obráběcím procesem) je mnoho prostoru pro inovace. 5 Shrnutí a závěr Jak již bylo naznačeno, i přes značný nárůst výrobců obráběcích strojů, kteří integrují do svých strojů soustružnické stoly, zachovají si nadále svislé soustruhy své postavení na trhu. Je však možno pozorovat, že počet firem integrující soustružnické technologie do svých strojů rok od roku vzrůstá.

23 21 Brusky Petr Kolář, Pavel Lysák Abstrakt: Článek popisuje brousicí stroje vystavené na EMO 2009: brusky hrotové i bezhroté pro broušení vnějších a vnitřních průměrů, brusky pro broušení na plocho, brusky nástrojové a speciální. 1 Úvod Technologie broušení byla na EMO zastoupena výrazně výrobci strojů i brusných nástrojů. Většina stánků byla byla menších a skromnějších než před dvěma lety v Hannoveru. O to více vynikaly státem podpořené expozice čínských a thajwanských firem. Hlavním tématem všech firem bylo zvyšování produktivity a snižování nákladů. Ve stavbě strojů firmy čerpají z ověřených řešení a soustředí se spíše na automatizační prostředky pro výměnu nástrojů a obrobků, automatizované měření apod. Právě automatizace je prezentována jako klíč k vyšší produktivitě, vysoké výrobní kvalitě a nižším výrobním nákladům. 2 Brusky pro broušení vnějších průměrů 2.1 Brusky hrotové Firma Kellenberger vystavovala brusku Kel-Varia UR 175/1000 (obr. 1). Jedná se o typický příklad univerzálního brousicího stroje, k němuž výrobce nabízí širokou paletu brousicích vřeteníků podle potřeb zákazníka. Bruska je určen pro opracování obrobků o max. průměru 175mm, max. délky 1500mm a hmotnosti 150kg. Vřeteník může je nabízen ve 28mi samostatných konfiguracích s možností broušení vnějších i vnitřních ploch. Osu B lze řídit souvisle nebo s automaticky indexovat přes Hirthovo ozubení po 2,5. Unášecí vřeteník je možno vybavit souvislým řízením v ose C s rozlišením snímače 0,0001. Díky tomu je možno obrobek zapolohovat a brousit na něm plošky. Bruska disponuje hydrostatickým vedením v osách X a Z a automatickou kalibrací osy B po výměně kotoučů. Obr. 2: Kel-Vera v konfiguraci pro přírubové součásti Obr. 1: Kellenberg Kel-Varia a ukázky možné konfigurace jeho vřeteníků

24 22 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 3: Nahoře Kel-Vita s manipulací Kel-Portal; dole úchopná hlavice a zásobník obrobků Další z brusek, které Kellenberg vystavoval v Miláně, byly brusky řady Kel-Vera (obr. 2). Koncepce brusek je podobná typu Kel-Varia, stroje jsou však určeny pro menší obdobky do délky 400 mm mezi hroty. Osy X a Z mají hydrostatická vedení. Množství nabízených brousicích vřeteníků je menší než u stroje Kel-Varia. Na rozdíl od ní je Kel-Vera nabízena s unášecím vřeteníkem s univerzální hlavou pro čelní broušení krátkých přírubových součástí. Unášecí vřeteník může být též vybaven souvisle řízenou C osou. Výraznou odlišností mezi oběma typy brusek je možnost dovybavení stroje Kel-Vera automatickou výměnu obrobků. Výměna může být v závislosti na povaze obrobku realizována portálovým zakladačem, zakládací buňkou nebo robotickou buňkou s šestiosým robotem. Největší flexibilitu nabízí robotizovaná buňka, která může pracovat jako samostatné zařízení. Naopak nejvíce integrované do stroje je zakládání portálovým zakladačem. Automatickou výměnou obrobků pro kusovou až malosériovou výrobu nabízí přídavný systém Kel-Portal, montovaný například k bruskám Kel-Vita. Přídavná manipulace je schopna zpracovat dávky od 20 do cca 5000 ks obrobků se zachováním možnosti vkládání obrobků ručně. Přestavitelnost mezi jednotlivými druhy obrobků je menší než 15 minut. Úchopná hlavice může odebírat obrobky bud ze zásobníku obrobků nebo z paletizační systému. Taiwanský výrobce Palmary blíže prezentoval technická řešení svých brusek. Hlavním prvkem konstrukce jsou hydrostatická uložení. Hydrostaticky uložené vřeteno má pět kapes (obr. 4). Hydrostatické vedení osy Z je standardní koncepce V-drážka - ploška. Hydrostatické vřeteno a vedení je použito například na bruskách řady S, na bruskách OCD 45 a také na bruskách řady OCD 32 (brusky na vačkové a klikové hřídele). Široké schopnosti svých brusek na kulato prezentovala firma vzorovými obrobky (obr. 5). Obr. 4: Hydrostaticky uložené vřeteno Palmary Obr. 5: Technologické možnosti brusek Palmary řady S Kromě strojů s horizontální osou obrobku byl na stánku Palmary k vidění stroj série Valical pro broušení vertikálně upnutých obrobků. Nosná struktura je odlitek ze šedé litiny. Na vertikálním stojanu se mohou pohybovat dvoje křížové saně s dvěma vřeteny o otáčkách /min (malé a vnitřní průměry) nebo /min s olejovým chladícím okruhem. Vřeteník pro vnitřní broušení lze dále osadit přídavným vřetenem s otáčkami /min. Stroj je vybaven automatickou výměnou nástojů. Zásobník nástrojů je společný pro obě vřetena a nabízí 6 pozic. Nástrojové rozhraní je BT 50. Průměr otočného stolu dosahuje 800mm s maximálními otáčkami 200 1/min. Stroj je schopen brousit obrobky do vnějšího průměru 800mm a výšky 600mm.

25 Brusky 23 Obr. 6: Palmary Valical VIG 2015E Obr. 7: Nosná struktura brusky Palmary Valical Firma Tacchella vystavovala brusky série Pulsar. Stroje mají hydrostatické vedení v osách X a Z pro lepší tlumení a širokou nabídku konfigurací brousících vřeteníků. Bruska je připravena pro integraci portálového zakladače obrobků. V rámci veletrhu EMO 2009 bylo u brusek Tacchella představeno nové barevné schéma. Firma Tachella vystavovala také speciální stroj Pulsar S1.50. Jedná se o výsledek společného vývoje několika firem v oblasti vysokorychlostního broušení. Koncept stroje byl označován zkratkou HPGS (High Performance Grinding Solution). Stroj nabízený ve třech velikostech se vzdáleností hrotů až mm je v osách X a Z vybaven lineárními motory a hydrostatickým vedením. Unášecí vřeteno má přímý pohon a osu C. Stroj je vybaven uhlíkovými vlákny vyztuženým kotoučem s CBN vrstvou umožňující brousit řeznými rychlostmi až 250 m/s. Firma uvádí, že vysoká dynamika stroje a špičkové technologické parametry umožňují zkrátit cyklový čas obrobku, snížit náklady na výměnu nástroje a současně také snížit energetickou spotřebu stroje. Obr. 8: Tacchella Pulsar v novém barevném schématu Obr. 9: Zapojení brusek Pulsar do automatické linky Obr. 10: Výsledek projektu HPGS - stroj Tachella Pulsar S1.50 Obr. 11: Hydrostatické vedení na brusce Studer S22 předepnuté lineárními motory

26 24 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Studer vystavoval na svém stánku brusku S22. Lože brusky je vyrobeno z minerální litiny Granitanu. Bruska je schopna brousit dílce do délky 800mm, výška hrotů je 175 nebo 225mm. Pro pohyb osy X a Z je možno zvolit standardní lineárního vedení a kuličkového šroubu lze použít předepjaté hydrostatické vedení. Předepnutí je provedeno umístěním dvojice lineárních motorů ve tvaru A. Firma Erwin Junker vystavovala na svém stánku univerzální hrotovou brusku Grindor, která je ekonomickou variantou pro široké spektrum brousicích aplikací. Formou výstavky obrobků pak byly prezentovány další typy strojů vyráběné touto firmou především pro automobilový průmysl. 2.2 Brusky bezhroté V oblasti bezhrotých brusek byla v Miláně představena jediná novinka. Bruska Kronos S250 pochází od německého výrobce Schaudt Mikrosa, člena skupiny Körber Schleifring. Bruska je určena pro přesné broušení malých obrobků s průměrem od 1,5mm do 35 mm a maximální délky 245mm. Základ brusky tvoří robustní lože vyrobené z minerální litiny, která prý vykazuje výborné tlumicí a termostabilní vlastnosti. Nejmenší krok Obr. 12: Mikrosa Kronos S250 s detailem uložení podávacího kotouče Obr. 13: Ukázka konfigurací vřeteníků brusek Jagular posuvu v osách X a Z je díky standardně montovaným skleněným pravítkům nastaven na 0,1 m a bruska podporuje CBN broušení do rychlosti 150 m/s. Brusný kotouč je oboustranně uložen. Další z výrobců bezhrotých brusek, který se prezentoval na veletrho EMO, byl taiwanský Jagular Industry s bruskami JAG. Standardní základnu pro celou řadu je možno osadit až šesti různými konfiguracemi brousících jednotek v závislosti na počtu řízených os. 3 Brusky na díry Vedle brusek Kel-Vera v konfiguraci pro vnitřní broušení vystavoval na veletrhu v této kategorii další taiwanský výrobce Ju Sheng brusky série D1. Na jedno nastavení je schopna bruska brousit 16 různých povrchů (vnitřní broušení, vnější broušení, broušení závitů, broušení čel atd.). Brusky Ju Sheng používají patentovný sdružený brousící vřeteník s dvěma brousicími vřeteny. Pro eliminaci chyb a vibrací je povolen posuv vždy jenom jednoho vřetena a to pouze v jedné ose. Obr. 14: Ju Sheng sdružený brousící vřeteník a ukázka technologických možností broušení Přísuv do řezu a přesouvání obrobku mezi brousícími vřeteny je zajištěn unášecím vřeteníkem. Do vřeten je navíc integrováno inprocesní měření schopné detekovat kontakt mezi nástrojem a obrobkem. To by podle výrobce mělo přinést zrychlení cyklových časů a odstranění kolizí vznikajících při ruční manipulaci s obrobkem. Pro vnitřní broušení malých obrobků byl dále prezentován způsob broušení se stacionárním nástrojem, kdy hlavní pohyb koná unášecí vřeteník s obrobkem.

27 Brusky 25 4 Brusky na plocho Na stánku německé firmy Okamoto byla prezentována nová řada brusek na plocho. Brusky označené SA mají stůl do maximálního rozměru 600x300mm. Ve směru osy Z se pohybují křížové saně na rozdíl od brusek označených CA, které mají větší stůl (až do 1000x600mm) a v ose Z se pohybuje stojan. Společné pro obě řady je tvar vedení stolu v ose X. To je provedeno jako dvojité V-V drážky. Hlavním přínosem tohoto uspořádání by mělo být zlepšení přímosti vedení a lepší kontrola olejové vrstvy ve vedení. Další řadou brusek, prezentovanou na stánku Okamoto byla řada Li I. U této řady jsou ke zvýšení dynamiky v ose X použity lineární motory v uspořádání ve dvojici pro eliminaci přitažlivých sil působících na lineární vedení. Všechny tři řady brusek je možno vybavit speciálním softwarem pro řízení orovnávání profilou brusných kotoučů. Obr. 15: Okamoto V-V drážky a uložení lineárních motorů Obr. 16: Rosa Linea Rotor Na stánku Rosa byly vystaveny brusky na plocho s lineárním a rotačním stolem. Bruska Linea Rotor má kruhový stůl s přímým pohonem. Rychlost otáčení osy B je proměnná v závisloti na poloze brousícího kotouče od středu osy tak, aby byla zachována konstantní broucící rychlost mezi brusným kotoučem a obrobkem. Další prezentovanou bruskou na stánku Rosa byla Linea Steel Linear. Jak název napovídá, posuv stolu v ose X je realizován pomocí lineárních motorů. Rychlost posuvu této osy dosahuje až 65 m/min. Další brusky s rotačním stolem vystavovala taiwanská firma Proth. Problém při broušení na bruskách s otočným stolem při vysunutí vřeteníku nad osu otáčení stolu, kdy je unášivá rychlost nulová, bude podle vyjádření zástupců firmy Proth odstraněn v další generaci těchto brusek. Firma Ziersch vystavovala velké portálové brusky na plocho pro obrobky nadměrných velikostí. Brusky mají stavbu nosné soustavy podobnou portálovému obráběcímu centru stroje s pohyblivým ložem. Maximální velikost stolu je 4 200x 1800mm. Obr. 17: Rosa Steel Linear Obr. 19: Peter Wolters Micron Obr. 18: Nosná struktura brusek Ziersch

28 26 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Na stánku výrobce Peter Wolters byl prezentován profiler Micron. Veškeré pohyby během broušení a přestavování brusky jsou vykonávány pohybem brousící hlavy. Toto uspořádání, v porovnání s pohyblivým stojanem a pohyblivým stolem, umožňuje postavit brusku s velice kompaktními rozměry a s příznivým rozložením reakčních sil a teplotního ovlivnění konstrukce. Periferie brusky (zásobník brusné emulze, výměník tepla chladícího okruhu atd.) jsou koncipovány jako samostatně stojící součásti připojené k brusce přes rychlospojky. Takové řešení je výhodné v případě manipulace se strojem nebo v případě nutnosti servisního přístupu k zádům stroje. 5 Speciální brusky 5.1 Brusky na nástroje Stroje na broušení nástrojů byly zastoupeny na EMO poměrně výrazně. V pavilónu s bruskami obsadily téměř čtvrtinu výstavní plochy. ANCA, světový výrobce kompletních CNC brousících systémů, vystavovala v Miláně svůj nový stroj MX7. Bruska MX7 navazuje na své úspěšné předchůdce, typ TX7 svojí výkonností a stabilitou a RX 7 svojí univerzálností. Vysokou kapacitou výroby, pružností a úsporou časů při seřízení je určena pro oblast výroby nástrojů s nejvyššími požadavky na univerzálnost, hospodárnost a flexibilitu při výrobě. MX7 se svým vybavením a automatizací řadí do oblasti strojů, které vyžadují minimální zásahy obsluhy do výrobního procesu. Automatická výměna brousících kotoučů je umístěna v pracovním prostoru stroje v automatickém výměníku, který obsahuje 6 pozic pro nástroje, ve kterých mohou být umístěny jednotlivé sady po max. 4 kotoučích se standardním rozhraním HSK 50F. Výměna jedné sady trvá 10 sekund. Současně s výměnou sady kotoučů se vyměňuje také sada chladící trysek, které jsou již předem nastaveny na danou operaci a brousící kotouč. Pracovní vřeteník s možností až ot/min nabízí i možnost broušení na kulato a také orovnávání brousících kotoučů. Stroj dále disponuje automatickou výměnou obrobků pomocí vysokokapacitních palet. Počet pozic na paletě se liší v závislosti na průměru nástroje od 840 ( 3mm) do 154 ( 16mm). Výměna jednoho nástroje trvá opět 10 sekund. Další varianty výměny obrobku jsou pomocí robotického nebo kompaktního zakladače. Se strojem je dodáván software ANCA ToolRoom, který slouží k návrhu optimální brusné dráhy kotouče. V oblasti kusové a malosériové výroby představila ANCA brusku FastGrind. Výměna nástrojů a brousících kotoučů je prováděna ručně. Zaměření stroje odpovídá i menší počet řízených os - 5 oproti 7 u MX7. Nástrojové rozhraní brusných kotoučů je HSK 40F. Obr. 20: ANCA MX7

29 Brusky 27 Obr. 21: ANCA FastGrind 5DX Michael Deckel prezentoval ostřičku nástrojů S20E num. Stroj je určen pro nástroje do průměru 250mm a délky 340mm. Pětiosý stroj nabízí automatickou výměnu brousících kotoučů ze zásobníku s 6ti pozicemi. Každou pozici lze osadit třemi nástroji. Vedle ručního vkládání nástrojů je možnost ostřičku vybavit řetězovým automatickým zakladačem s 41 pozicemi. Pro lepší kompenzaci posunutí os Y a Z během výměny broušeného nástroje má zakladač referenční bod, který vždy zaručuje jeho najetí do přesné pozice. Další prezentovanou bruskou na nástroje od společnosti Michael Deckel byla S22 s patentovanou vertikální stavbou. Bruska je určena pro delší nástroje (do 400mm). Zásobník brusných kotoučů nabízí 8 pozic pro kotouče se standardním nástrojovým rozhraním HSK. Orovnávání kotoučů lze provádět v předem naprogramovaných cyklech nebo inprocesně pro maximální zajištění přesného tvaru. Výměna nástrojů opět ručně nebo pomocí řetězového zakladače. Hawemat prezentoval 5ti osou ostřičku s patentovanou horizontální strukturou Hawemat Bruska nemá zásobník brusných kotoučů, na jeho místě je pick-up zásobník broušených nástrojů. Alternativně lze nástroje zakládat pomocí paletového zásobníku. Nástrojové rozhraní brusných kotoučů je standardní ISO 50. Walter prezentoval v oblasti ostření nástrojů 2 stroje. Helitronic Power je vysoceproduktivní bruska s portálovou nosnou strukturou. Uspořádání stroje zkracuje pojezdové vzdálenosti a snižuje cyklové časy. Dvojitý vřeteník se skládá ze dvou horizontálně uložených vřeten. Pro broušení nástrojů v rozmezí velikostí od 0,5 do 12mm prezentoval Walter ostřičku Helitronic Micro. Bruska je vybavena přímými pohony (lineárními nebo torzními) ve všech pohybových osách. O zakládání nástrojů se stará přídavný robot. Zajímavě je řešen vřeteník, který je ve tvaru trojúhelníka s třemi vřeteny. Obr. 22: Michael Deckel S20E num Obr. 23: Michael Deckel S22

30 28 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 24: Hawemat 2001 Obr. 25: Walter Helitronic Power Obr. 27: Schneeberger Corvus x650 Roboter Obr. 26: Walter Helitronic Micro Firma Schneeberger vystavovala ostřičku nástrojů Corvus. Stroj je postaven na loži z minerální litiny Rhenocast. Výrobce nabízí upínání obrobků do nástrojových rozhraní dle přání zákazníka. Dle přání zákazníka lze také dodat stroj s různou délkou pracovního prostoru. Brusky mohou mít brusky Corvus posuv v ose X od 650 do 2900mm. S tím je spojena možnost automatizace výměny obrobků. U menších strojů pomocí portálového zakladače nebo robotu, u velkých obrobků jeřábem. 5.2 Brusky na klikové hřídele Strojů na broušení klikových a vačkových hřídelů bylo v Miláně vystavováno výrazně méně než na minulém EMO v Hannoveru. Stroje Palmary Valical jsou brusky klasické koncepce vycházející z brusek na kulato řady S, se kterými sdílejí hydrostatická vedení a hydrostaticky uložené vřeteno. Brusky Morara MT jsou dostupné ve variantách MT500K, MT1000K a MT1500K. Značení se odvíjí od upnutelné délky obrobku. Osy X a Z jsou osazeny lineárními motory a stejně tak je přímým pohonem poháněna osa B osazená dvěma nebo třemi vysokorychlostními vřeteny. 6 Stroje pro kombinované technologie Stroje pro kombinované technologie umožňují provádět kromě brusných operací i další způsoby obrábění, např. soustružení nebo frézování. Kombinací technologií se lze dostat na vyšší úběry materiálu a kvalitu povrchu než při samostatném soustružení (frézování) nebo při vysokoúběrovém broušení. DVS Präwema vystavovala stroj HardFinisher určený na tvrdé soustružení a broušení ozubených kol. Stroje mají vertikální koncepci. Na vertikálním loži se horizontálně pohybují křížové saně s unášecím vřetenem.

31 Brusky 29 Unášecí vřeteno také odebírá a usazuje obrobek do dopravního pásu vedeného středem stroje, který zajišt uje dopravu polotovarů a hotových kusů. Uprostřed pásu je předávací stanice pro odložení obrobku při přepínání z jednoho vřetena do druhého. Vedle zadního podávání obrobků je možné stroj vybavit výměnou obrobků z přední strany. V uspořádání s předávací stanicí je možno v jedné části stroje soustružit a v druhé brousit. Dalším vystavovaným strojem od DVS Präwema byl SynchroFine XL. Konstrukce stroje je podobná vertikálnímu soustruhu s přídavným stojanem. Lože stroje je vyrobeno z přírodní žuly, stejně tak je z žuly vyroben pohyblivý stojan osy X1. Celkové má stroj 10 řízených os. Otočný stůl osy C je poháněn integrovaným vysokomomentovým motorem. Na křížové saně osy X2 lze přimontovat přídavné elektrovřeteno pro boušení přídavných ploch. To celkově zvyšuje množství operací, které lze na obrobku provést bez nutnosti přeupnutí. Buderus Schleiftechnik vystavoval na svém stánku stroj CNC235. Stroj se vyznačuje podobnou stavbou jako níže zmíněný HardFinisher, větší je však modularita konfigurací. Vertikální lože stroje je sestaveno z odlévaných segmentů a není proto problém prodloužit nebo zkrátit pojezd v ose X. Unášecí vřeteníky v ose mohou být dva. Počet brousicích a frézovacích stanic je možno zvolit podle počtu operací. Je možná i obrácená koncepce - při broušení na kulato jsou unášecí vřeteníku umístěny stacionárně a v ose X se pohybují vřeteníky brousicí. Samozřejmostí je automatická výměna obrobků. Meccanodora vystavovala v oblasti broušení a frézování stroj Uros 30 CNC. Jedná se o pětiosý stroj s automatickou výměnou nástrojů a se svařovaným ocelovým rámem. Lože stroje je pro lepší tlumení vyplněno polymerbetonem. Stroj je určen pro obrábění komponent pro letecký a vzduchotechnický průmysl, především pro lopatky turbokompresorů a turbín. Tomu odpovídají technologické možnosti - stroj umožňuje broušení, frézování, vrtání a vyvrtávání. Zásobník nástrojů má 24 pozic, výměna nástroje trvá 3-5s, nástrojové rozhraní je HSK 80. Maximální velikost obrobku, který lze upnout na kolébku, je 300 x 300 x 150 mm. Hmotnost obrobku je omezena na 300kg. Otočný stůl dosahuje maximálních otáček 120 1/min a vřeteno /min. Hodnota zrychlení v ose Y činí 5 m/s 2. Obr. 28: DVS Präwema HardFinisher Obr. 29: Buderus CNC235

32 30 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 30: DVS Präwema SynchroFine XL Obr. 31: Uros 30 CNC s pohledem do pracovního prostoru 7 Závěr Hlavním motivem brousicích strojů všech kategorií vystavovaných na EMO bylo zvyšování produktivity jako hlavního prostředku ke snížení výrobních nákladů. Nástrojem pro dosažení těchto cílů je především automatizace, která byla napřehlédnutelná na všech vystavovaných strojích. Jedná se především o automatickou výměnu obrobků pomocí různých robotů a manupulátorů, automatickou výměnu nástrojů, která s výhodou využívá standardní rozhraní HSK, a zvyšování počtu pracovních vřeten (dvojstroje). Ve stavbě strojů je vidět pomalé pronikání lineárních motorů do pohonových os. Podobně jako u obráběcích center je však tento typ pohonů používán pouze v aplikacích, kde je možno využít jeho vynikající přesnost, absenci pasivních odporů a vysokou dynamiku. Na veletrhu byla nepřehlédnutelná účast výrobců z Thajwanu a Číny. Často se jedná o špičkové stroje, které nabízejí zákazníkovi vysoký uživatelský standard a lze tedy očekávat, že budou v blízké době tvrdou konkurencí tradičním výrobcům z Evropy.

33 31 Stroje pro opracování nerotačních obrobků Jan Smolík, Pavel Lysák, Jan Koubek, Jiří Hovorka, Jan Moravec, Jiří Švéda Abstrakt: Článek v úvodu představuje expozice českých výrobců obráběcích strojů pro nerotační obrobky prezentované na výstavě EMO Milano V dalším jsou představeny vybrané frézovací stroje střední a menší velikosti a prezentovány některé zajímavosti vázané na stavbu frézovacích strojů. V závěru je provedena diskuse aktuálních problémů a trendů v oblasti obráběcích strojů. 1 Úvod I přes stále trvající krizi, která zasáhla tvrdě obor výrobní techniky, byla na EMO 2009 prezentována řada novinek. Představeny byly jak celé nové stroje, tak i mnoho moderních a nových komponentů a dílčích řešení. V následujícím se pokusíme autentickými snímky přímo z EMO 2009 představit některé vybrané zajímavosti z oblasti strojů a dílčích řešení. V úvodu tohoto článku si dovolíme představit nejprve českou expozici na EMO Milano 200 věnovanou frézovacím a vyvrtávacím strojům. 2 Česká expozice na EMO TOS Kuřim-OS, a.s. Na stánku společnosti TOS Kuřim-OS, a.s. byly fyzicky vystaveny dva pracovní vřeteníky a dvě otočné vřetenové hlavy. Společnost zde prezentovala především novinky v oblasti velkých portálových strojů a to obráběcí centrum s posuvným portálem řady FRU s maximálními rozměry upínací desky až 4x24 metrů a s možností vřetenových hlav 30 kw nebo 60 kw s maximálními kroutícími momenty až 3300 Nm a dále obráběcí centrum s pevným portálem a přestavitelným příčníkem FRP s maximálními rozměry posuvného stolu 4x12 metrů a opět s nabídkou dvou výkonových kategorií vřeteníků a hlav. Nabídka vlastních výměnných vřetenových hlav patří k významným devizám TOS Kuřim-OS a.s. a proto společnost na EMO věnovala prezentaci tohoto svého širokého a uceleného portfolia hlav patřičný důraz. Na přidruženém stánku společnosti Kuličkové šrouby Kuřim,a.s. byl představován zcela nový produkt v podobě okružovaných přesných kuličkových šroubů s délkou až 12m v třídě přesnosti IT5 pro průměry do 100mm. Obr. 1:.Expozice TOS Kuřim-OS a.s. Obr. 2: Expozice TOS Kuřim-OS a.s.

34 32 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano TOS Varnsdorf a. s. Společnost TOS Varnsdorf a. s. vystavoval na EMO svoji vlajkovou lo, vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WRD 150 Q v nejnovějším designovém a ergonomickém provedení. Poprvé byl prezentován největší přídavný otočný stůl ze své nabídky S 40 s nosností 40 tun. Pomocí virtuální prezentace byl představován také dvojstroj WRD 150 DUO vyvíjený v rámci MPO projektu a instalovaný přímo ve výrobě firmy TOS Varnsdorf. Formou zmenšeného modelu byl představen také nově nabízený portálový stroj FPPC s maximálním pracovním zdvihem příčné osy Y až 5000mm. Prezentována byla také novinka připravovaná pro rok 2010 a sice vodorovný frézovací a vyvrtávací deskový stroj WRD 170 (Q) vycházející koncepčně z WRD 150. Stroj však bude nabízet průměr pracovního výsuvného vřetena 170mm, zdvih osy Y až 6000mm a pojezd osy X až 29 metrů.. Obr. 3:.Expozice TOS Varnsdorf a.s. Obr. 4: Expozice TOS Varnsdorf a.s. 2.3 FERMAT CZ s.r.o. Přestože společnost Fermat patří v oblasti výroby vlastních vodorovných frézovacích a vyvrtávacích strojů k nejmladším českým výrobců, představovala na EMO velmi důstojnou a rozsáhlou expozici. Představen byl stolový stroj WRFT 130 s průměrem pracovního vřetena 130 mm a rozsahem pojezdových os X=6100 mm, Y=3500 mm, Z=3900mm, W=730 mm a V=900 mm a dále stroj WFT 13 CNC se zcela novým designovým ztvárněním a s možností opracování obrobku do hmotnosti 15 tun. Je třeba říci, že nové tvarové a barevné pojetí horizontálních strojů Fermat působí odlehčeným a racionálním dojmem a předstihlo v kategorii horizontálních strojů ostatní výrobce v ČR. Obr. 5:.Expozice FERMAT CZ s.r.o. Obr. 6: Expozice FERMAT CZ s.r.o. 2.4 ŠKODA MACHINE TOOL a.s. Expozice společnosti ŠKODA MACHINE TOOL byla zaměřena především na propagaci svého druhého největšího stroje, těžké horizontky HCW3. Stroj je nabízen s parametrem osy Y 7000 mm (stroj HCW4 nabízí až mm) a s výsuvem pinoly a vyvrtávacího vřetene 3000 mm (stroj HCW4 nabízí až 3800 mm). Stroj je standardně nabízen s automatickou výměnou nástroje jak ve vřeteni, tak v přídavné vřetenové hlavě.

35 Stroje pro opracování nerotačních obrobků 33 Obr. 7:.Expozice ŠKODA MACHINE TOOL a.s. Obr. 8: Expozice ŠKODA MACHINE TOOL a.s. 3 Frézovací a vyvrtávací stroje Firma SORALUCE na svém stánku představila frézovací stroj TA-25-A s stolem 2700x850 mm a automatickou hlavou o výkonu 24 kw indexovanou v osách A/B po 2,5 x2,5. Další vystavený exponát SP s příčným posuvem 1500mm, vertikálním zdvihem 2000mm, přímým pohonem vřetena o výkonu 32 kw, automaticky indexovanou hlavou v osách A/B po 2,5 x2,5 a automatickou výměnou nástrojů s rotačním zásobníkem. Poslední vystavovaný exponát této firmy je FX-R (obr. 9) s vertikálním zdvihem 6000 mm, příčným posuvem 1900mm a výkonem vřetena do 60 kw. Vystavené stroje byly doplněny celou řadou přídavných zařízení od frézovacích hlav ortogonálních i prodlužovací, přes otočné stoly s řízenou osou V a B, až po automatický systém výměny hlav. Firma JUARISTI představila horizontální frézovací a vrtací centrum TS 5 (obr. 10) s pojezdem X:6000 mm, Y: 3500 mm Z: 2850 mm, W: 1000 mm a průměrem vrtacího vřetena 150 mm. Stroj je vybaven automatickou výměnou nástrojů a univerzální automatickou frézovací hlavou. Expozici doplňoval rotační stůl o rozměrech 2500 x 3000mm s nosností 30 tun. Obr. 9:.SORALUCE FX-R Obr. 10: JUARISTI TS 5 Firma FOOKE GmbH představila portálové 5-ti osé obráběcí centrum ENDURA 700LINEAR (obr. 11), které bylo osazeno lineárními pohony v osách X, Y a Z. Vystavený exponát dle výrobce disponuje vysokou tuhostí a dynamikou. Mezi příslušenství jsou zařazeny dvě hlavy určené k vysokorychlostnímu obrábění ENDURA 711LINEAR ve dvou variantách o výkonu 20 nebo 28 kw, otáčky vřetena nebo /min, momentu 63 nebo 89 Nm a ENDURA 705LINEAR o výkonu 20 kw, otáčky vřetena /min, momentu 30 Nm. Nevystavený stroj ENDURA 1100LINEAR (obr. 12) je horizontální frézovací centrum a stejně jak vystavený exponát disponuje lineárními pohony hlavních os. Díky tomu výrobce uvádí maximální možné zrychlení 10m/s 2 a opakovatelnou přesnost polohování ±0,015 mm ve všech osách.

36 34 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 11:.ENDURA 700LINEAR Obr. 12: ENDURA 1100LINEAR Firma MECOF představila stroj MECMILL PLUS (obr. 13). Jedná se o horizontální frézovací stroj, který disponuje automatickou výměnou hlav, automatickou výměnou nastrojů, otočným stolem a hlavou s horizontálním vřetenem. Firma FPT představila horizontální frézovací a vyvrtávací stroj SPIRIT (obr. 14). SPIRIT je plně hydrostatický stroj využívající vlastní mechatronický systém řízení hydrostatiky MACHES (Multi Axis Control Hydrostatic Electronic System). Dále je vybaven automatickou výměnou nástrojů a automatickou výměnou širokého spektra frézovacích hlav. Rozsah pojezdů X=6000 mm, Y=8000 mm, Z=1750 mm, výkon vřetena 95 kw, průměr vyvrtávacího vřetena 160, mm. Dále bylo představeno nové vyvrtávací vřeteno s revoluční technologii hydrostatického uložení ELEQUILL (viz kapitola vřetena). Obr. 13:.MECOF MECMILL PLUS Obr. 14: FPT SPIRIT ELEQUILL Stále více firem se soustředí na zvyšování produktivity svých strojů. Jedním z výsledků tohoto snažení je uspořádání dvou nezávislých strojů proti sobě s jdním společným pracovním prostorem. Toto uspořádání umožňuje obrábět jeden obrobek ze dvou stran, nebo dva obrobky současně z jedné strany. Dochází tak ke zkrácení celkového času obrábění i času na výměnu nástrojů a palety. Na (obr. 15 až obr. 18) jsou vystavované stroje vybraných výrobců.

37 Stroje pro opracování nerotačních obrobků 35 Obr. 15: TOS KUŘIM FFD. Obr. 16: SORALUCE Obr. 17: SMTCL - TK2116 Obr. 18: EiMa - TESLA D

38 36 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Obráběcí centra střední a menší velikosti V březnu roku 2009 ( ) došlo ke spojení sil Mori Seiki a Deckel Maho Gildemeister do společné aliance. Aliance zahrnuje spojení výzkumu a vývoje, výrobu a distribuci obráběcích strojů těchto výrobců. Došlo také k výměně 5% akcií mezi jednotlivými partnery. Vytvoření společné aliance mezi DMG a Mori Seiki přineslo již na EMU první výsledky. Nešlo očekávat, že by firmy spojily své stánky v jeden stánek velký, avšak výstavní plochy nebyly daleko od sebe. Od roku 2010 jsou nabízeny stroje GMG volitelně s řídícím systémem MAPPS IV (Mori Seiki) a na oplátku mohou být stroje Mori Seiki obsluhovány řídícím systémem SINUMERIK (Siemens). Firma pana Moriho představila na veletrhu přírůstky do řady strojů milling+turning. Jednalo se především o kompaktní soustružnicko-frézovací centrum NT1000. Jedná se o velmi kompaktní stroj (půdorysná plocha x 2 705mm), který umožňuje připojit automatický podavač tyčí nebo práci z přířezu. Místo protivřetena je stroj osazen univerzální jednotkou, která umožňuje opření dlouhých kusů a odložení hotového obrobku do výstupního zásobníku. Základní konfiguraci stroje je možno rozšířit o pravou nebo levou spodní revolverovou hlavu. Rozjezdy stroje jsou X/Y/Z 380, +-105, 360mm. Maximální otáčky vřetene /min a zásobník nabízí pozice na 38/76 nástrojů. Dalším ze strojů bylo vertikální pětiosé centrum NMV 3000 DGC. Novinka je určena pro dílce o maximálním průměru 350mm, délce 300mm a hmotností do 100kg. S ohledem na obslužnost stroje byla zkrácena vzdálenost mezi předním krytem a stolem na 400mm (o 100mm oproti předchozím modelům) nabízí stroj dobrou přístupnost a přehlednost pro obsluhu. Obr. 19: NT 1000 Obr. 20: NMV3000DGC Společnost DMG pokračovala ve vývoji svého nového designu, který představila na EMU Na strojích je viditelné zvýšení podílu prosklených ploch pro lepší viditelnost do pracovního prostoru stroje a také zlepšování ergonomie obsluhy. Je patrná snaha vydat se cestou masivního nasazování přímých pohonů, na jejichž komponenty dává DMG záruku 36 měsíců. Jako novinka byla představena nová řada strojů označená ECOline. Název nemá nic společného s ekologií provozu, stroje lze spíše označit jako entry-level nebo lowcost. Při zachování požadavků na přesnost, spolehlivost a teplotně-mechanickou stabilitu stroje jsou sníženy

39 Stroje pro opracování nerotačních obrobků 37 požadavky na designové provedení kapotáže, komfort ovládacího panelu, velikost rychloposuvů a množství nabízených opcí ve standardu. Ve výsledku dochází k prodloužení obráběcích časů. Těmito úpravami stroj nenabízí tak vysokou přidanou hodnotou, avšak stroj se stává více cenově konkurenceschopný. Z nabídky ECO řady lze zmínit stroj DMC 635V eco se stojanem typu C. Velikost pracovního prostoru je X/Y/Z 635/510/ 460mm, otáčky vřetena /min a kroutící moment na vřeteni 83/57Nm (40/100% zatížení). Základní vybavení stroje nabízí řídící panel s 15 obrazovkou (10,4 Fanuc), zásobník na 20 nástrojů, lineární valivá vedení, vanu na třísky a elektronické ruční kolečko. Stroje jsou dodávány volitelně s třemi řídícími systémy: Siemens 810D, Heidenhain TNC620 nebo Mori Seiki MAPPS IV. Na stánku DMG měl také premiéru vysoce kompaktní 5-osý přesný stroj pro obrábění všech materiálů v dentálním průmyslu DMG Ultrasonic 10 (obr. 23). Stroj je ve všech osách vybaven přímými pohony a je schopen dosáknout zrychlení až 2g. Naklápěcí stůl je schopen ve 4. ose pohybu a je osazen vřetenem s rozhraním HSK25 s otáčkami do /min. Možnost práce ve vícesměnném provozu zajišt uje malá integrovaná automatizace na 4 terče PH214 nebo s lineárním zásobníkem PH (až 120 zásobníků hotových dílů). Pracovní prostor dosahuje rozměrů X/Y/Z 120/120/200mm. Celý tento skvost zabírá neuvěřitelně malou plochu 800x1800mm a lze jej tedy snadno přenést standardními dveřmi 80cm. Obr. 21: DMC 635V eco Obr. 22: DMC 635V eco vnitřní stavba Obr. 23: DMG Ultrasonic 10 s výměnou terčů Japonský Yamazaki Mazak představil v oblasti CNC center nové pětiosé vysokorychlostní frézovací centrum Mazak Hyper Variaxis 630 se zbrusu novým designem vnější kapotáže od Kena Okuyamy. Vnější krytování se vyznačuje čistými liniemi a nenarušenými bočními plochami a stoj je doplněn novým ovládacím panelem s obrazovkou 19. Design tak ostře kontrastoval s low-cost verzemi strojů z řady Smart (především soustruhy). Po delší době byl tedy u Mazaku představen stroj plně osazený lineárními motory určený pro 5tiosé obránění. Vertikální centrum disponuje kolébkou, jejíž pohyb v ose A je provádí dvojice prstencových motorů s rychloposuvovými otáčkami 50 1/min. Osu C pohání taktéž prstencový motor s maximálními otáčkami 120 1/min. Ostatní osy mají hodnoty rychloposuvů shodné a to 80m/min. Pohon osy Y je realizován pomocí dvojice vertikálně montovaných lineárních motorů zajišt ující eliminaci přídavných sil do lineárních vedební. Vřeteno dosahuje otáček až 18tis. a zásobník nástrojů má 30 pozic. Rozjezdy v osách Y a Z jsou 1100mm resp. 600 mm. Maximální velikost obrobku je 730x500mm, hmotnost 500kg. Stroj zabírá vcelku malou plochu a to 2400x4356mm. Novinkou je také výrazné odlehčení řídicího systému Mazatrol Smart od

40 38 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 počítačových, multimediálních a kapacitních nadstaveb a použití jádra postaveného na bázi MS DOS. Taktéž došlo k odstoupení od mechanických záznamových medií a ty byly nahrazeny plně elektronickými (SSD disky). Významným a možná i největším inovativním krokem společnosti Yamazaki Mazak je však všeobecný přechod na použití válečkových vedení namísto současných kuličkových. Obr. 24: Hyper Variaxis 360 Obr. 25: Mazatrol Smart Americká společnost Hass představila na veletrhu EMO 2009 několik novinek, především ze své rodiny frézovacích center. Haas ES-5-4T je kompaktní horizontální obráběcí centrum s kuželem ISO 40 a krytem typu VMC pro lepší viditelnost a přístup operátora. Jedná se o čtyřosou verzi strojů řady ES-5 s rozjezdy 1016 x 457 x 559 mm a otočným stolem s T-drážkami o rozměru 1016 x 381 mm. Mezi standardní výbavu patří přímo poháněné vřeteno s 8000 ot./min a postranní zásobník nástrojů s kapacitou 24+1 nástrojů. Stroj disponuje dvojitým vynašečem třísek. Horizontální centra Haas jsou postaveny se zajímavě řešenou stavbou stojanu s žebrováním, které si klade za cíl co nejvíce potlačit parazitní palalelogramový tvar kmitání v ose X. Vertikální centra Hass jsou taktéž zajímavá svou vnitřní stavbou s bohatě žebrovaným nosným sloupem. Volitelně jsou centra vybevena komplexním oběhovým chlazením vřeteníku a profukovaným stojanem. Toto řešení eliminuje teplotně-mechanické deformace vznikající, především od elektrovřetena. Obr. 26: Haas ES-5-4T, vnitřní stavba, žebrování a chlazení částí Velice zajímavé koncepce strojů, především z hlediska produktivity, vystavovala německá společnost Stama. Horizontální čtyř či pětiosá centra umožňují zpracovávat až čtyři obrobky současně v jednom cyklu. Každé z vřeten má vlastní zásobník nástrojů. Vzdálenost vřeten je pevná a pohybuje se od 200mm (4 vřetena) do 400mm (2 vřetena) v závislosti na typu stroje. Otáčky dosažitelné na vřeteni se jsou až /min a rozjezdy činí až X/Y/Z 750/450/510mm. K dispozici je dále velké množství možností upínání obrobku. Je možno zvolit z kolébek v kombinaci s otočným stolem - na jedné kolébce se obrábí a současně obsluha upíná obrobky na kolébku druhou. Dále je možnost kolébku doplnit o soustružnické nebo frézovací vřeteno. Podobné možnosti jako stroje od Stamy nabízí též německý Matec 30L duo. Stroj disponuje pouze dvěmi vřeteny, ale s roztečí 800mm a pracovním prostorem X/Y/Z 3550/600/800mm. Dosažitelné otáčky na vřeteni s kuželem SK40 jsou až 42tis.

41 Stroje pro opracování nerotačních obrobků Zajímavosti Obr. 27: Stama Obr. 28: Matec 30L duo Společnost CyTec prezentovala svou sérii celoduralových hlav S8. Hlavy ze série S8 jsou unikátní svou nízkou hmotností, při jinak velmi solidních parametrech. Hlavy je možné osadit elektrovřeteny s výkony od 10 do 26 kw (S6 režim) a rozsahem max.otáček od do /min. Nástrojové rozhraní je vžty HSK-A63. Prezentovaná souvisle řízená hlava ve dvou osách byla osazena elektrovřetenem s výkonem 26kW (S6), 42Nm a /min při maximálním momentu osy C 600Nm a osy A 230Nm. Celková hmotnost hlavy s uvedeným vřetenem je pak pouze 180kg. Jedná se bezesporu o hlavu této koncepce a parametrů s nejlepším poměrem výkon/hmotnost. Více je možné dohledat v prospektech CyTec uveřejněných na Obr. 29: Celoduralová hlava Cytec řady CyMill, serie S8, 26kW, 42Nm, /min a pouze 180kg. Známý italský výrobce řídících systémů a přesných portálových frézovacích strojů pro výrobu forem, společnost FIDIA, nově inzerovala nabídku a dodávku najen vřetenových hlav, ale kompletních vřeteníků i s výsuvnou osou Z. Fidia tedy nabízí dodat koplet osu Z, osu C, osu A a vřeteno jako jeden hotový celek. Na případném zákazníkovy je pak stavba zbytku stroje, tedy skeletu se dvěma pohyblivými lineárními osami. Stroj takto vybavený celým vřeteníkem FIDIA představovala na EMO společnost FFG-SANCO pod označením S5A Nikomu z návštěvníků EMO 2009 v Miláně nemohlo uniknout celkově výrazně vyšší nasazení výrobců v oblasti designu svých strojů. Zatímco před několika lety ohromila společnost DMG svým vynikajícím designem v oblasti malých a středně velkých strojů a mnozí ji úspěšně následují, nyní se na EMO objevila veliká řada kvalitně designově, proporčně a výtvarně zpracovaných středně velkých a velkých strojů. Je až s podivem, jak esteticky a kvalitně řemeslně lze zpracovat vnější stavbu velkých strojů. Jako jeden z příkladů skutečně kvalitního zpracování ve všech ohledech můžeme uvést stroje firmy ZAYER.

42 40 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 30: Nabídka celých kompletních vřeteníků i se souvisle řízenými hlavami a vřeteny od společnosti FIDIA Obr. 31: Stroje S5A-3220 společnosti FFG-SANCO využívá kompletní dodávky osy Z, C, A a vřetene od firmy FIDIA a nikterak se tím netají, jak znázorňuje pohled do pracovního prostoru stroje Obr. 32: Horizontální frézovací a vyvrtávací stroj střední velikosti firmy Zayer s velmi kvalitním designem, estetickým pracovištěm obsluhy a plně krytovanou zadní částí stroje. Obr. 33: Portálové frézovací centrum střední velikosti firmy Zayer s velmi kvalitním výtvarným i řemeslným zpracováním vnější stavby stroje Společnost Gruppo PARPAS prezentovala celou řadu svých strojů. Za pozornost stojí jejich největší frézovací a vyvrtávací stroj INVAR. Pohon osy X je realizován pohonem typu master-slave pomocí hřebene a pastorků. Co je však odlišné od všech ostatních konkurenčních strojů s tímto pohonem, je přímý náhon pastorků pomocí prstencových motorů. Jsou zcela vynechány převodovky, a tím je eliminována řada nectností a problémů vřazených redukčních převodovek. Jedná se o velmi progresivní a chytré řešení a bude jistě vhodné se jím u větších strojů zabývat. Další zajímavostí, kterou je vhodné u strojů Parpas sledovat, je koncept jejich temperovaných skeletů. Větší stroje dokáží nabídnout ve speciálním provedení, kdy jsou hlavní nosné díly opláštěny krytem. Kryt je 50-80mm nad povrchem nosných dílců a do tohoto prostotu je vháněn temperovaný vzduch. Vzduch pak definovanou cestou obíhá kolem nosného dílce a jednak odebírá jeho teplo, ale především teplo z okolí, které vniká do vnějšího krytování. Koncept je samozřejmě technicky náročný a nikoliv příliš ekologický, nebo nedochází k cirkulaci v uzavřeném systému, ale jde o koncept s vynikajícími výsledky tepelné stability. Opět je dobré se tímto řešením u větších strojů zabývat a zvažovat jej. Na EMO 2009 byl silněji než kdy dříve na evropském kontinentu cítit duch pragmatické nabídky a poptávky. Proto se zde více naž kdy dříve vystavovali příklady konkrétního obrábění na strojích a nikoli jen stroje a jejich technicky dokonalé detaily. Výstava se tak malinko přiblížila světové výstavě IMTS Chicago, která je vždy zaplněna obrobky a příklady obrábění. Již z logiky věci je jasné, že ten kdo si stroj kupuje, jej potřebuje pro výrobu nějakého dílce nebo dílců. Jde mu tedy o to aby našel toho, kdo mu dílec umožní obrobit co nejpřesněji, s co nejlepšími povrchy v krátkém čase a při minimálních nákaldech. Když firma, která tradičně vyrábí obráběcí stroj prezentuje na výstavě především obrobky realizované na jejich strojích a s jejich technologickou podporou, tak to není nelogické. Evropské EMO asi bude vždy zaměřené více na technický a technologický hi-tech oproti IMTS Chicago, ale jisté přiblížení k pragmatickému duchu americké výstavy

43 Stroje pro opracování nerotačních obrobků 41 Obr. 34: U přesných strojů PARPAS je každý nosný dílec opláštěn krytem s mezerou 50-80mm a prostor je klimatizován, i u pohyblivých dílců, dílce jsou ve stálé teplotě. Obr. 35: Největší stroje PARPAS užívají náhon osy X typu master-slave s ozubeným hřebenem a pastorky. Zajímavý je však přímý náhon pastorku prstencovým motorem. a amerického trhu tu nyní, pravděpodobně v důsledku krize proběhlo. Příkladem mohl bý stánek významného výrobce obráběcích strojů, firmy FOREST-LINE (obr. 36), kde jsme nenašli žádný stroj, ani žádnou součást stroje, ale rozsáhlá expozice byla plná špičkových a velmi náročných obrobků s uvedením výrobního postupu, času výroby a na přání jste mohli vidět výrobní dokumentaci, technologický postup a měřící protokoly. Takovouto prezentaci lze povazovat za velmi chytrou a správně orientovanou. Takto je možné oslovit zákazníka, který chodí po výstavišti a v hlavě nosí svůj problém, svůj obrobek a pokud uvidí na něčím stánku podobný obrobek, je to pro něj velké pouto. Obr. 36: Moderní prezentace výrobce FOREST- LINE byla celá věnována špičkovým a složitým obrobkům, nikoli prezentaci strojů. Pokud lze o některé ze společností říci, že dokáže nabízet skutečné stavebnicové, modulární řešení od stroje až po dodávku celých továren na klíč, pak je to jistě společnost MAG. Společnost MAG sdružuje velké množství výrobců a firem a dokáže nabízet velká řešení. Aby byla schopná dodávat celé výrobní celky, je nucena mít vhodné stavebnice, ze kterých samotné stroj, ale i jejich automatizaci, infrastrukturu a logické propojení navrhne a zrealizuje. Na následujících obrázcích jsou zobrazeny stavebnice dvou jejich strojů. Variabilita je skutečně velmi vysoká a MAG je v tomto příkladem pro ostatní.

44 42 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 37: Příklad špičkové stavebnicovosti a rekonfigurovatelnosti strojů konsorcia MAG 5 Prezentace obrobky Výrobci strojů se stále čatěji prezentují tím, jak vypadá obrobek vyrobený na jejich strojích a prezentují čas výroby. Je jasně cítit zacílení na prezentaci podívejte, co dovedeme obrobit a jak rychle, než na podívejte, co všechno má na sobě použité za komponenty náš stroj nebo podívejte, co jsme změřili na našem stroji. Je patrné, že dokonalý obrobek je jasným a přesvědčivým důkazem, že výrobce stroje nejen disponuje dobrým strojem, ale dokáže také vyřešit návrh správné technologie obrábění, volbu obráběcích strategií, volbu nástrojů, řezných prostředí, volbu vhodného upnutí a další aspekty výroby vedoucí k perfektnímu výsledku za co nejkratšího času a nákladů. Z hlediska marketingu prodeje strojů si lze docela dobře představit, že budoucí prezentace výrobců obráběcích strojů na výstavách a veletrzích budou stále více zaplňovány příklady špičkových obrobků a výsledků obrábění na strojích výrobce. 6 Multifunkčnost Velmi zásadním tématem, které je patrné a významné je multifunkčnost obráběcích strojů z hlediska frézovacích a soustružnických operací. Obráběcí centra vycházející primárně ze soustruhů je třeba neustále zdokonalovat v oblasti stavby a dostatečné statické a dynamické tuhosti nosné struktury nesoucí frézovací vřeteno, či vřetena. Naopak obráběcí centra vycházející primárně z horizontálních nebo vertikálních frézovacích strojů mají nejslabším článkem otočné stoly neschopné zajisti parametry dokonalé pro konturování na jedné straně a karuselování na druhé straně. Schopnost nabízet v blízké budoucnosti (horizontu 5 let) stroje v uvedeném ohledu multifunkční, se stane zásadním konkurenčním faktorem a je třeba mu ve vývoji věnovat patřičnou pozornost. 7 Hledání přidané hodnoty Všichni velcí i malí výrobci z tradičních rozvinutých zemí se snaží hledat co nabídnout jako přidanou hodnotu, za kterou má někdo zaplatit více než když si koupí stroje asijské, levnější. Je patrné, že náskok v technických parametrech stroje založených na jeho mechanickém chování, se tradičním výrobcům před výrobci z Asije zmenšuje. Stále existuje řada strojů tradičních výrobců, které jsou z hlediska mechanického chování špičkové, ale není to většinová vlastnost strojů tradičních výrobců. Velký potenciál pro zdokonalování užitných vlastností strojů dnes potenciálně otvírají speciální a specifické funkce řídícího systému stroje.

45 Stroje pro opracování nerotačních obrobků 43 Problémem je však uniformnost výroby, kde zásadní většina strojů je vybavována CNC systémy velkých výrobců a samotní výrobci strojů se tak až na výjimky omezují na to co jim dodavatel CNC systému umožní. Je vidět, že firmy, které si drží vlastní řídící systémy, jsou sice z některých zakázek diskriminovány, ale na druhou stranu dokážou díky možnosti jakékoli modifikace CNC systému nabídnout přidané vlastnosti, které jsou nerealizovatelné pro výrobce strojů, který nasazuje standardní hromadně rozšířené řízení. Mezi známé firmy vyvíjející vlastní CNC systém patří FIDIA a ROEDERS. Velmi významně a zásadně ovlivňuje také svoje řídící systémy MAZAK. Je pravdou, že i systémy hromadně rozšířené, např. Sinumeric, umožňují ve spolupráci výrobce stroje a Siemens vytvářet specifické customizace systému, avšak nikoli na úrovni jádra systému a toho, co je hlavním know-how systému. Další z oblastí jak zvyšovat přidanou hodnotu svých strojů je také cesta vývoje a nabídky dokonalého CAM software pro podporu svých strojů s předpřipravenými modely strojů pro vizualizace a kolizní analýzy s předpřipravenými postprocesory pro jednotlivé verze strojů, příslušenství a řídících systémů. Na evropském trhu hraje také významnou roli bezpečnost stroje a roste význam zvyšování inteligence stroje. Koncept inteligentního stroje má nejdokonaleji rozpracován a nabízen firma MAZAK a slučuje funkce diagnostické, protihavarijní, optimalizační (z hlediska výrobního procesu), servisní a komunikační. Inteligentní stroje budoucnosti povedou k nižším nárokům na kvalitu obsluhy a k dokonalejší schopnosti stroje využít svůj potenciál. Další oblastí zvyšování přidané hodnoty stroje jsou nabídky co nejdokonalejší automatizace stroje a jeho uplatnění v bezobslužném provozu. Hlavní přidanou hodnotu, která tradiční výrobce obráběcích strojů z rozvinutých zemí posouvá nejdále oproti asijské konkurenci, je však technologická a aplikační zdatnost. Nebot ten, kdo dokáže přesvědčit zákazníka, že jeho obrobek technologicky zvládne vyrobit se vším potřebným, ten má výrazný náskok proti konkurenci nabídky levných strojů. Ten výrobce obráběcích strojů, který dnes investuje do vlastního technologického vývoje, do pokročilé podpory na úrovni CAM a CNC systému a do zvyšování inteligence strojů má naději na to, že i v dlouhodobém horizontu bude schopen nabízet relativně drahé stroje, ale s dostatečně vysokou přidanou hodnotou pro to, aby byly konkurenceschopné a úspěšné na trhu. Ve vazbě na nutnost nabízet stroje akceptovatelné trhem vznikají na druhou stranu u renomovaných drahých výrobců produktové řady typu low-cost. Jedná se především o řady ECOline od DMG a Smart od Mazaku. Stroje jsou plnohodnotně připravené do výroby. Snížení ceny je dosaženo větší sériovostí a velmi omezenými možnostmi zákaznických úprav stroje. Stroje jsou osazovány ovládacími panely s menšími displeji, design je čistě účelový, ale základní funkce a vlastnosti stroje jsou oproti dražším provedením téměř nedotčené. 8 Ekologie Téma ekologie, životního cyklu stroje a téma energetické optimalizace strojů se začíná stávat významným. Na ekologii strojů je kladen větší důraz než kdykoli dříve. Prezentaci otázek ekodesignu strojů je nezřídka věnováno již i několik stran v katalogu stroje. Na některých strojích se objevují snímače přítomnosti obsluhy, na základě jejich signálu je pak vypínáno osvětlení, visiport, ovládací panel. Na strojích se začínají objevovat systémy spánkového režimu (redukce spotřeby v klidu). Do této problematiky snižování energetické náročnosti strojů spadá také problematika snižování pohybových hmot a řešení účinné rekuperace a monitorování spotřeby stroje. Mnohé německé firmy se již na EMO prezentovali pod společnou ekodesignovou iniciativou BlueCompetence. Nejdále jsou v oblasti power-managementu strojů japonští lídři. Od japonských firem se také začínají objevovat první chytré agregáty pro obráběcí stroje, které pokročilejšími způsoby řízení šetří elektrickou energii. Je již známo, že Evropská komise začíná připravovat formalizaci předpisů a doporučení pro ekologické a energetické hodnocení strojů. Do budoucna je možné očekávat podobně jako dnes nutnost konformity stroje s platnými předpisy z oblasti bezpečnosti, elektrických systémů, fluidních systémů, strojní konstrukce, atp. také požadavky na prokazování vlastností stroje z hlediska ekologického a energetického. Lze očekávat, že podobně jako dnes u domácích spotřebičů sledujeme zda-li patří do energetické třídy B, A nebo AA, nebo zda-li je na výrobku nalepený zelený puntík, tak budeme v blízké budoucnosti u výrobních strojů pracovat s podobnými pojmy a označeními. Za několik let si lze pak představit, že například velká automobilka rozhodne, že stroje v její výrobě budou moci být jen takové které mají označení AA a tři zelené puntíky. Nepochybně se brzy téma ekodesignu stane velkým věcným i marketingovým předmětem dalších let.

46 44 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Závěr Z hlediska tradice zaměření českých výrobců obráběcích strojů nelze některé trendy či směry vývoje úplně rozumně aplikovat. Lze však snad univerzálně doporučit nasměrování vývojového úsilí pro střednědobý plán technického rozvoje na: multifunkčnost strojů; vývoj a zdokonalování technologie obrábění na vlastních strojích a zaměření se na prezentaci svých výsledků na obrobcích; hledání a řešení témat pro dosažení budoucí vysoké přidané hodnoty a konkurenceschopnosti (speciální funkce řízení, pokročilá diagnostika, CAM podpora, inteligence strojů, zjednodušení stavby, prokazatelná spolehlivost); optimální dimenzování skeletu strojů a pohonů (zbytečně neplýtvat), hledání cest a řešení pro zpřesňování strojů.

47 45 Vrtačky Ivan Diviš, Jiří Hovorka, Jan Moravec, Jiří Švéda Abstrakt: Tento příspěvek seznamuje se současným stavem a novými trendy vrtaček, jaký firmy prezentovly na výstavě EMO 2009 v Miláně. NC vrtačky, vrtání hlubokých děr, vrtání stavebních profilů. 1 Úvod Konvenční konstrukce vrtaček však nezaznamenávají žádné změny, proto zde blíže nebudou popsány. V dnešní době se vrtací operace převážně provádějí na obráběcích centrech a konvenční vrtačky nacházejí uplatnění spíše v menších provozech a dílnách pro kusovou výrobu. Dále budou popsány specifické vrtací zařízení, které provádí vrtací operace, které nelze běžně provádět na obráběcích centrech, nebo by to bylo neefektivní. 2 Vrtací jednotky Pro konstrukce jednoúčelových vrtacích strojů nabízí několik výrobců širokou nabídku vrtacích jednotek. Vrtací jednotky vystavovaly např. firmy SUHNER, SUGINO a HARDY. Na obr. 1 jsou zobrazeny vrtací jednotky firmy SUGINO. Na obr. 2 je zobrazena zajímavá aplikace vrtací jednotky L MAX 16C firmy SUHNER s robotem RX 160 od firmy STÄUBLI. Na obr. 3 je závitovací jednotka firmy CMA. Tato jednotka je nabízena ve dvou variantách. Bud s vlastním mobilním stolem nebo pro montáž na jednoúčelové zařízení. Pohon jednotky může být hydraulický, pneumatický nebo elektrický. Obr. 1: Vrtací jednotky firmy SUGINO Obr. 2: Aplikace vrtací jednotky SUHNER s robotem STÄUBLI Obr. 3: Závitovací jednotka firmy CMA Obr. 4: Konzolová NC vrtačka TRD firmy CMA Obr. 5: Portálová NC vrtačka GRD firmy CMA

48 46 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano NC vrtačky NC vrtačky jsou vhodné pro výrobu dílů s velkým počtem děr. Firma CMA vystavovala portálovou vrtačku řady GRD, která umožňuje vrtat otvory do průměru 32 mm, závitovat do M24. Pracovní pojezd v ose X je až 6000 mm, v ose Y 1800 mm. Maximální rychlost posuvu je 22m/min. Na obr. 5 je opět vrtačka od firmy CMA řady TRD konzolového typu obdobných parametrů. Zdvih v ose X je 9000 mm, maximální rychlost v ose Y je snížená na 12 m/min. 4 Vrtání hlubokých děr Vrtací stroje pro vrtání hlubokých děr se vyrábějí bud pro univerzální použití, nebo pro vrtání děr specifických obrobků. Pro účely zpřesnění výroby a zvýšení produktivity se některým specifickým vrtacím operacím uzpůsobuje konstrukce stroje (kinematická konfigurace, počet vřeten, rozměry a přístupnost pracovního prostoru, systémy AVO a AVN, počet řízených os, apod.). Tak vznikají specielní stroje pro vrtání hydraulických válců, drobnějších hydraulických komponent, klikových hřídelů, bloků spalovacích motorů, osové vrtání hřídelů, leteckých podvozků, forem, matric, těles tepelných výměníků, radiálních děr velkých válcových (bubnových) součástí pro energetiku nebo procesní inženýrství, turbínových rotorů, apod. 4.1 HETO Portugalská firma HETO ( vyrábí stroje pro vrtání hlubokých děr. Na veletrhu EMO Milano 2009 byl vystaven stroj pro vrtání dlouhých otvorů Master. Koncepce stroje a nomenklatura os je zřejmá z obr. 6. Stojan je nepohyblivý a je spojen s ložem, po kterém se v osách X a Z pohybuje otočný stůl (osa B) s obrobkem (obr. 7). Stojan nese v ose Y desku, na níž je kluzně uloženo smykadlo v něm jsou ve valivých vedeních posuvně uloženy vřeteník s nástrojem a jeho dvě podpěrné lunety. Smykadlo je možné naklápět v rozsahu +/- 25 (osa A). Pohon osy A je zajištěn pastorkem spoluzabírajícím s kruhovou výsečí ozubeného věnce. Vřeteník s nástrojem lze ose W vysunout o mm (pohon kuličkovým šroubem). Zdvih osy Z, která je roznoběžná s osou W je 650 mm. Maximální hloubka vrtané díry může být tedy až mm. Průměr Y A vrtané díry udávaný výrobcem je 6 mm až 40 mm. Stroj je vybaven řídícím systémem CNC FAGOR Jako příslušenství lze ke stroji pořídit zásobník nástrojů (24 pozic). X B Z W Obr. 6: Nomenklatura os stroje HETO Master Obr. 7: HETO; Celkový pohled na stroj Master (vlevo), detail smykadla (uprostřed), pohled na vřeteník s nástrojem (vpravo)

49 Vrtačky TBT Tiefbohrtechnik Německá firma TBT Tiefbohrtechnik GmbH + Co ( nabízí vrtací stroje anástroje. TBT Tiefbohrtechnik vyrábí jedno i vícevřetenové stroje v koncepčních Obr. 8: TBT vtrací nástroje řadách ML Series ( děr 0,9 mm až 110 mm, 1 až 6 vřeten), B Series Obr. 9: TBT MultiCrank CX 4 ( děr 150 mm až mm, 1 vřeteno), BW Series ( děr 25 mm až 150 mm, 1 až 8 vřeten), MultiCrank (1 až 4 vřetena, délka obrobku 500 mm až mm). Vystavovaný nový stroj MultiCrank CX 4 (obr. 9) slouží k produktivnímu vrtání hlubokých děr do klikových hřídelí pro čtyřválcové a tříválcové spalovací motory osobních automobilů. Na stroji je možné obrábět až čtyři klikové hřídele najednou. Lože stroje je ocelové vyplněné armovaným železobetonem, firma udává vyšší tlumení než lože ocelové nebo litinové. Pohon v horizontální ose je zajištěn lineárním motorem s rychlostí až 100 m.min -1. Pro optimální nastavení úhlové polohy má každý klikový hřídel vlastní přímý pohon. Ve výměníku nástrojů je integrován laserový systém, který rozpozná druh a pozici každého nástroje bez čtení magnetického čipu. Přehled technických parametrů série strojů TBT MultiCrank je spolu s nástroji používanými pro vrtání klikových hřídelů uveden v obr Vrtačky pro vrtání ocelových stavebních profilů Pro poduktivní a přesné vrtání styčníkových děr stavebních profilů se vyrábějí vícevřetenové NC vrtací stroje. Díry lze zhotovovat do různých polotovatů, např. H nebo I profilů, čtvercových profilů, plochých desek, svařenců, apod. Díry lze vrtat i pod úhlem. 5.1 DANOBAT NC vrtačka T3CH 104 firmy DANOBAT ( se 3-mi vřeteny a zásobníkem čtyř nástrojů pro každé vřeteno. (obr. 10 a obr. 11) Umožňuje vrtání otvorů v rozsahu 6-40 mm. Obr. 10: NC vrtačka firmy DANOBAT T3CH 104 Obr. 11: Detail NC vrtačky T3CH 104

50 48 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano RÜSCH Firma RÜSCH vystavovala vrtací stroj RDU 403 (obr. 12). Obr. 12: NC vrtačka firmy RÜSCH RDU 403 Obr. 13: NC vrtačka firmy VERNET-BEHRINGER HD VERNET-BEHRINGER Firma VERNET-BEHRINGER ( nabízí tři vřetenové vrtací stroje HD s možností maximální šířky profilu 1200 mm (obr. 13). Rychlost posuvů dosahuje max. 60 m/min. Otáčky vřetena jsou v rozsahu ot/min. 6 Shrnutí a závěr Na mezinárodním strojírenském veletrhu EMO Miláno 2009 nebylo ke spatření mnoho typu vrtaček konvenční konstrukce. Vrtačky stojanové, sloupové, radiální s ručním ovládáním byly převážně vystavovány asijskými firmami. Ryze vrtací stroje jsou vhodné pouze na specifické vrtací operace, které nelze provádět na běžných obráběcích centrech, nebo by byly neefektivní. Například vrtání obrobků s velkým počtem děr nebo závitů, vrtání dlouhých otvorů, vrtání stavebních ocelových profilů.

51 49 Stroje na ozubení Pavel Bach, Jiří Hovorka, Jan Smolík Abstrakt: Článek popisuje současnou ekonomickou situaci v oblasti strojů pro výrobu ozubení. Dále jsou popsány vybrané stroje, na nichž jsou prezentovány zajímavé konstrukční a technologické myšlenky. 1 Úvod V Miláně tentokrát vystavovalo 12 výrobců strojů na ozubení. Byly to společnosti Gleason, Gleason-Hurth, Gleason-Pfauter (Maag), Gleason-Höfler, Köpfer, Klingenlberg, Oerlikon, Lambert - Wahli, Liebherr, Monnier+Zahner, Niles, Reishauer, Samputensili a Sicmat. Česko se nezúčastnilo. Chyběla však i řada dalších významných společností, tradičních vystavovatelů. Zřejmě dopad nelehkých ekonomických potíží celého odvětví. O situaci v oboru byla řeč i na konferenci, kterou svolala společnost Mori Seiki krátce před EMO do Šanghaje jako svou výroční konference, kde se hodnotily výsledky interních výzkumných úkolů společností. Pan Masahiko Mori v úvodním příspěvku komentoval současnou ekonomickou situaci oboru ze svého hlediska a vyvodil z analýzy i závěry pro výzkumné zaměření jeho společnosti. Zde je jeden z jeho postřehů: Porovnáme-li si výsledky prodeje výrobní techniky (obráběcích a tvářecích strojů) v hlavních regionech světa za období 1987 až 2008 se samotným rokem 2008 (obr. 1 vlevo) zjistíme, že zatímco v Evropě prodej poklesl v r o téměř 20%, v Asii o 30% stoupl. Pan Mori soudí, že za tímto nárůstem stojí import i export Číny a směruje svoje obchodníky právě tam. Obr. 1: Vlevo: Prodej výrobních strojů v regionech. Vpravo: Vývoj HDP ve vybraných zemích světa, data IMF O síle čínského trhu svědčí i graf vývoje HDP v období 2000 až 2014 na obr. 1 vpravo. Má Čína opravdu takový vliv na prodej obráběcích strojů Asii? Zřejmě ano, když uvážíme její současný, procentní růst HDP (zdroj pro investice) a také nízký propad v r.2009, kdy všichni ostatní spadli až na hodnotu kolem -5%. Tento rozdíl zmnožil čínské investiční možnosti oproti zbytku světa. Za pozornost stojí i predikce růstu HDP v Rusku na léta 2010 až Pokud se vyplní, mělo by se Rusko stát podobně dobrým trhem jako je již dnes Čína. Evropské sdružení výrobců obráběcích strojů CECIMO mělo v roce % podíl na světové produkci obráběcích strojů. Hlavně díky Německu, jenž se na tomto výsledku podílelo 48%, Itálii s 27% a Švýcarsku s 13%. O zbytek koláče se dělí Španělsko, Francie a Spojené království (UK). Evropa jako celek se ukázala nejsilnějším výrobcem-dodavatelem na světovém trhu obráběcích strojů. Země CECIMO ovšem nevystupují při prodeji jako nějaký koncern. Ani v jednotlivých zemích oborové svazy nemají žádnou obchodní sílu nebo jednotnou obchodní politiku. Jednotlivé podniky jsou zcela nezávislé a mnohde si navzájem konkurují. Velký podíl zemí CECIMO na trhu tedy není ničím jiným než číslem, kterému neodpovídá žádná obchodní síla. Léta 2006 až 2007 byla pro obor mimořádně úspěšná a evropští producenti toho náležitě využili. Od začátku roku

52 50 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano však zakázky neustále klesají a výrobci obráběcích strojů balancují na pokraji kolapsu. Pokles indexu zakázek v roce 2008 byl velmi strmý. Ze 155 bodů vůči roku 2005 na 55 bodů v r Přitom zmírnění poklesu v roce 2009 nemusí ještě znamenat definitivní obrat trendu během jednoho roku. Stačí se podívat na předchozí rozkolísaný vývoj v letech 2001 až 2003/4. Vývoji zakázek odpovídá produkce zemí CECIMO ve stejném období. Předpově hospodářského vývoje v zemích vyrábějících výrobní stroje je pro nejbližší léta poměrně optimistická. Počet obyvatel světa neustále stoupá. Spotřeba i výroba a export průmyslových výrobků v Číně, ale i v Indii a v Brazílii také roste. Tyto trendy zaručují další potřebu strojírenského zboží, pro jehož výrobu jsou obráběcí a tvářecí stroje nutné. S eventuálním prosazením utopistických snah některých snílků o udržitelném vývoji si tyto prognózy nedělají starosti. Stroje na výrobu ozubení nejsou dominantní komoditou na výstavách EMO. V Miláně se to jen potvrdilo. Největší z výrobců strojů na ozubení, americký koncern GLEASON prodá ročně stroje asi za 500 milionů dolarů a zaujímá tím asi 2% světového prodeje obráběcích strojů (obr. 2). Asi 75% trhu s ozubárenskými stroji ovládají Gleason a německé firmy. Přestože na EMO nevyniká expozice těchto firem svou velikostí, jde o stroje velké důležitosti, nebo na nich závisí výroba téměř všech mobilních strojů, výroba energetických strojů, papírenských strojů, chemického zařízení, lodní průmysl a konečně i výroba samotných obráběcích strojů. Automobilky mají ve výrobnách ozubených kol pro převodovky stroje na ozubení vždy vícenásobně osazené, aby udržely kontinuitu výroby převodovek i při výpadku některého s nich. Sortiment strojů na výrobu ozubení obsahuje stroje hrubovací, jako jsou odvalovací frézky a obrážečky a stroje dokončovací jako ševingy a brusky. Ke kompletu dílny patří i stroje na srážení hran zubů, výrobu vnitřních drážek, drážkových hřídelů, zabíhací stroje, lapovačky a stroje pro další speciální operace, měřicí stroje a také mechanizační zařízení pro hromadnou výrobu. Velké dílny musí být vybaveny i ostřičkami nástrojů nehledě na speciální zařízení měrových středisek. Všechna tato zařízení vyrábí tradičně poměrně malý okruh specializovaných výrobců. Výbava podniku pro výrobu ozubárenských strojů je totiž velmi specifická a to jak na straně potřebného strojního vybavení, tak na straně lidských zdrojů, specialistů. 2 Ukázky konstrukce vybraných strojů Obr. 2: Největší světoví výrobci obráběcích strojů, data: MTTRF Annual Meeting 2009, M.Mori, from Metal working insider s report Konstrukce strojů na ozubení byla, a stále ještě je poměrně složitá, např. v kinematickém uspořádání. K velkému kinematickému zjednodušení došlo před lety s aplikací NC řízení. Postupně byly vyvinuty CNC stroje až se šesti nebo i osmi NC osami a dalšími elektronickými zařízeními. Na výstavách od té doby nevidíme další podobné radikální změny konstrukce. K další, ale již konstrukčně menší změně došlo v době, kdy se začaly, někdy v letech 1990 až 1995, vyvíjet dialogové (obrazovkové) programování těchto strojů. Protože tato metoda umožnila i nespecialistovi vyrobit správné ozubené kolo nebo šnek, byla velmi úspěšná a záhy ji zavedli všichni výrobci v různě komfortních podobách. Velký technologický pokrok přinesly CNC ševingy. Objevily se pravděpodobně prvně v Itálii mezi 1997 až Speciální kinematika těchto strojů ve spojení s přesným měřením umožnila hned několik korekčních zásahů na obrobku a podstatně zpřesnila nahrubovaná kola. Přibližně ve stejném období byla zavedena technologie suchého obrábění ozubení, což si vynutilo konstrukční opatření zajiš ující odvod horkých třísek z pracovního prostoru hrubovacích strojů. Použilo se tlakového vzduchu k ofukování a zároveň k chlazení pracovního prostoru. Přineslo to velkou úlevu v provozech s mnoha stroji. Odpadlo totiž téměř olejové hospodářství tehdy nutné pro chlazení nástrojů v řezu. Radikálně poklesly i exhalace ze spalovaných olejů. Nevýhodou bylo zvýšení hlučnosti strojů. Další malá revoluce přišla v období 2002 až 2005 s vývojem velmi výkonných nástrojů na hrubování kol v hromadné výrobě. Produktivita byla tehdy již velmi dobrá i s HSS frézami. Nástrojaři ale vyvinuli odvalovací celokarbidové, povlakované frézy, jejichž životnost se během krátké doby od uvedení na trh (asi v r. 1995)

53 Stroje na ozubení 51 zdvojnásobila. Přineslo to velké úspory automobilkám a zlevnění převodovek. Tyto nástroje dovolují i tvrdé obrábění předhrubovaných, zakalených kol, tzv. loupání. Stroj musí být vybaven odměřováním vzájemné polohy vyhrubovaného kola a nástroje. Určitou zvláštností strojů na ozubení, oproti jiným typům obráběcích strojů, je jejich schopnost udržet dlouhodobě přesnost výroby ozubených kol. To je nutný požadavek hromadné výroby automobilových převodovek. Na strojích jsou proto používány důmyslné systémy teplotní stabilizace celého nosného skeletu a chlazení zdrojů tepla. Zmínili jsme se již o rychlém odvodu třísek. Stojany jsou trvale chlazeny a stabilizovány průtokem oleje nebo chladící směsi. Lože strojů rovněž a využívá se i stabilizačního účinku nádrže na chladící olej nebo kapalinu. Na EMO v Miláně nepředstavili výrobci strojů na ozubení nějaké podstatné novinky. Spíše solidní a ustálené konstrukce s garantovanou stabilní přesností, výkonností a spolehlivostí a také s komfortní obsluhou. V popředí zájmu je stále zkracování výrobních i vedlejší časů. Podívejme se tedy na reprezentanty toho, co se dnes ve světě v tomto oboru obráběcí techniky vyrábí. Představíme postupně 12 vystavovatelů na EMO 2009 a některé vystavené stroje jejich produkce. 2.1 Gleason Corporation Společnost Gleason je největším výrobcem ozubárenských strojů. Kromě USA působí v Evropě (závody v Německu), v Indii a v Číně. Dceřiné společnosti jsou Gleason Hurth, Gleason Pfauter (Maag), Gleason Höfler a Gleason Cutting Tools (v USA i v Anglii). Gleason je tradičním výrobcem strojů na výrobu kuželových kol podle vlastního systému. Dnes ve spojení např. se společností Pfauter dodává ovšem i stroje na cylindrická kola. Konstrukce strojů uskupení Gleason se vyznačují velmi tuhými, monolitickými stojany konstruovanými tak, aby se třísky nikdy nedostaly do styku s konstrukcí stroje, a byly rychle vyvezeny mimo stroj. Poprvé vystavená odvalovací frézka Phoenix 280C (obr. 3) má o 20 až 35% vyšší produktivitu než srovnatelné stroje, umožňuje měřit kola přímo na stroji sondou, má zrychlené upínání obrobku i nástroje, zvláštní vřeteno pro srážení hran zubů, programovací dialog vyhovuje i méně kvalifikovaným operátorům, má vestavěnu diagnostiku stavu stroje k předcházení poruchám. Nástrojové vřeteno je umístěno na otočném suportu, což dovoluje nastavit minimální vyložení nástrojového a obrobkového vřetena a zaručit tak nejvyšší možnou tuhost. Stojan je polymerbetonový kvůli termostabilitě a tlumení vibrací. Je určen především pro automobilky, k hromadné výrobě kol do průměru 280 mm technologií suchého obrábění. Pohon nástrojového i obrobkového vřetena je přímý. Největší předností stroje je automatické upínání obrobku a výměna nástroje. Obr. 3: Gleason Phoenix 280C, odvalovací frézka na kuželová kola. Vpravo automatické upínání obrobku Gleason vystavil také ve světové premiéře ještě brusku Titan 1500G, jejíž hlavní předností má být vysoká produktivita broušení ozubení. Bruska pracuje metodou dvoubokého broušení. Díky systému automatické výměny nástroje i obrobku, automatické kompenzace nesouososti nástroje a obrobku a dalším vymoženostem, zvyšuje stroj produktivitu až o 50% oproti předchůdcům. Společnost Gleason vyrábí kromě odvalovacích frézek na kuželová kola s kruhově spirálními zuby také brusky, lapovačky, ostřičky na nástroje a měřicí stroje na tato kola. Vystaven byl 1500 GMM, měřící stroj na malá kola. Pokud jde o cylindrická kola, má v sortimentu vertikální i horizontální odvalovací frézky v rozsahu průměrů kol 130 až 6000 mm, obrážečky v rozsahu 150 až 2000 mm, ševingovací a honovací stroje (130 až 300 mm), a profilové brusky (400 až 5000 mm).

54 52 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Gleason - Pfauter Společnost dodává brusky na profilové broušení cylindrických ozubených kol, v řadě od 800 do 6000 mm průměru obrobku, pro výrobce převodovek větrných elektráren, důlních strojů, lodí a dalších. Profilové broušení vyžaduje precisní vedení pohyblivých částí stroje, velmi přesné, se stejnoměrným pohybem. Na ose X je hydrostatické vedení. Stůl je poháněn vícechodým, duplexním šnekem a je uložen rovněž hydrostaticky. Stroje mají na NC osách přímé odměřování. Speciální chladící systém všech zdrojů tepla zaručuje dlouhodobou termální stabilitu strojů. Stroje v řadě se liší vnějšími rozměry a konstrukcí stolu podle hmotnosti obrobku od do , případně kg. Varianty pohonů celé řady jsou pouze dvě, a to 24 a 50 kw (výkonové broušení). Od průměru kola 1600 mm se dodává hlava pro broušení vnitřního ozubení (obr. 4 vpravo). Programování je opět dialogové. Podle požadavku může být broušení jedno/ dvouboké včetně modifikací profilu zubů. Pokud jde o optimalizaci procesu, mají stroje adaptivní řízení posuvu a orovnávání kotouče odvozené od sledování doby, po kterou kotouč není v řezu. Obr. 4: Gleason - Pfauter 2000G, bruska na profilové broušení ozubení, Rz lepší 1,5μm, Ra lepší než 0,2μm 2.3 Klingelnberg Tradiční švýcarská firma Klingelnberg (založeno 1863) je dnes propojena s další švýcarskou firmou Oerlikon. Vlastní rovněž Zeiss-Industrielle-Meßtechnik (Höfler). V r vyvinula technologii suchého obrábění kuželových kol. V r Oerlikon uvedl na trh nový koncept vertikálního broušení spirálových kuželových kol, který o dva roky později vylepšil o výkonové broušení. Tento koncept prezentoval i na EMO 2007 pro kuželová kola automobilových tahačů. Společnost nabízí brusky na cylindrická kola, měřící stroje na ozubení, frézky na ozubení, a lapovací stroje. Vystavovala stroj Oerlikon C29 pro výrobu kuželových kol s ozubením modulů 1,5 až 6,5 mm s průměrem kola až 280 mm, tedy převážně pro osobní automobily nebo malé nákladní vozy. Celá dodávaná C-řada ovšem zahrnuje moduly od 1 do 13 mm. Obr. 5: Oerlikon CNC frézka C29 pro kuželová kola. Vpravo: největší měřící stroj na ozubení, Klingelnberg P 200 Stroje mají přímý pohon nástroje i obrobku. Jsou konstruovány pro suché obrábění povlakovanými karbidovými nástroji. Oerlikon dodává i vlastní nástroje systému ARCON a SPIRON. Vertikální způsob obrábění kuželových kol byl vyvinut kvůli vysokým objemům třísek odebíraným těmito nástroji. Gravitační, rychlý odvod třísek je nutný kvůli termostabilitě stroje a rozměrové stabilitě výrobků. Systém obrábění není omezen pouze na tradiční Oerlikon technologii (eloidní ozubení), ale díky pružnému

55 Stroje na ozubení 53 programovacímu systému je možné použít i ostatní technologie (paloidní Klingenlberg systém a další). Rozměrová kontrola kol během výroby se provádí na měřicích strojích Klingelnberg, přičemž podle výsledků je NC program automaticky korigován. 2.4 Köpfer Firma, kterou založil v r Jos. Koepfer ve Furtwangenu patří dnes do holdingu EMAG. Příkladem z produkce této firmy je CNC odvalovací frézka MZ120 na výrobu cylindrických kol a šnekového ozubení malých modulů v rozsahu od 1 do 1,5 mm. Na stroji lze také frézovat kuželová kola a závity. Firma vyrábí také brusky na HSS i karbidové frézy na ozubení od průměru 25 do průměru 120 mm, max. délky 60 mm. Vystavovala stroj VSC 400 WF, odvalovací frézku. Další podrobnosti nebo Liebherr Group Je to společnost relativně mladá, založená Hansem Liebherrem v r Dodnes je to rodinná firma s širokým portfoliem výrobků od domácích spotřebičů přes jeřáby, součásti letadel, až po obráběcí stroje. Firma Liebherr-Verzahntechnik GmbH dodává kompletní zařízení pro výrobu ozubení. Jsou to stroje na principu odvalovacím i obrážecím až do průměru obrobku 6 m i brusky na broušení ozubení. Vše včetně nástrojů, manipulace a automatizace. Určitou kuriozitou jsou její velké stroje na ozubení. Firma na EMO, kromě jiného, vystavila LFS 380, obrážečku pro ozubení modulů m=3-12mm a průměrů kol do 380mm. Unikátem je její odvalovací frézka LC s parametry: vřeteno příkon 120kW (2x60kW), Mk 14000Nm, kola až 10m, nástroj s délkou až 1000 mm a prům. 650 mm, zatížení stolu 300t. Koncepce viz ilustrační foto na obr. 6 Obr. 6: Liebherr odvalovací frézka LC 4500 pro kola průměru až 4,5m Obr. 7: Bruska firmy Kapp-Niles 2.6 Kapp&Niles Firma Niles byla založena v r jako Deutsche NILES Werke AG. V r začala s vývojem přesného broušení ozubení a stala se jedním z vedoucích podniků v tomto oboru. Dnes propojena s firmou Kapp. Vystavovali KX160 Twin, brusku na ozubení a ZP12 Niles, brusku na velká kola. Niles brousí profil dvěma kotouči odvalujícími se po profilu zubu, Kapp kotoučem ve tvaru šneku. Ilustrační foto na obr. 7.

56 54 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Reishauer Firma vystavila brusky RZ260 a RZ1000 pro kola průměru až 260 nebo 1000 mm. reishaer používá k broušní kola brusný kotouč ve tvaru šneku a pracuje odbobně jako odvalovací frézka. 2.8 Sicmat Italská firma (založeno před 60 lety) známá svými velmi kvalitními ševingy,(obr. 8 vpravo). Právě RASO 250 byl vystaven na EMO. Pracovní prostor je uspořádán vertikálně kvůli návaznosti na okolní automatizaci. Nástroj i obrobek poháněny elektrovřeteny. Stroj je vybaven všemi potřebnými funkcemi aby dokončil předhrubované ozubení včetně modifikací. 2.9 Samputensili Obr. 8: Vlevo: Princip broušení ozubení systémem Reishauer, široký, profilový kotouč Italská firma Samputensili postavila svůj první ševing v roce Od té doby vyvinula velké množství strojů a nástrojů na výrobu ozubení i na výrobu nástrojů, např. ševingovacích nástrojů a dnes patří k předním světovým výrobcům v oboru. Vystavila HG1200 invento, brusku na velká kola, prům. 1000mm, H200, odvalovací frézku, CD350H, ševing a G500H, brusku na ozubení velkých modulů. Posledně jmenovaný stroj je z nové řady G-H brusek určených k broušení vnějšího ozubení přímého i šroubového (šikmého), šnekového, rotorů, hřídelů i závitů. používají se jak klasické, korundové brusné kotouče tak CBN kotouče. Obr. 9: Schémata brusek řady G-H a GT-H (vpravo) firmy Samputensili 3 Netradiční výroba ozubení To, co bychom snad mohli označit jako určitou novinku na EMO v Miláně je obrábění ozubení na univerzálních CNC strojích, tedy nikoli na speciálních ozubárenských strojích. Bylo vidět řadu firem chlubících se výrobou ozubení na víceosých obráběcích centrech. Jde o snahu vyrobit např. hřídelovou součást s integrovaným ozubeným kolem na jednom stroji. Populární motivací k použití takové technologie je např. zajištění rychlých dodávek náhradních dílů pro opravy převodovek větrných elektráren. K výrobě ozubení je použito různých technologií. Hodně se to řídí velikostí kola nebo počtem požadovaných kusů. Využívá se často odvalovací frézování. Zkonstruovat např. soustružnické centrum s možností obrábět ozubení, není dnes velký problém. Otázkou zůstává, v jakém typu výroby se taková technika uplatní a také, jaká je dosažitelná kvalita ozubení. V opravárenství pak je podstatná také dodací lhůta více méně unikátního kola. Výhodné zřejmě je vyrobit takto prototypová kola nebo jen jednotlivá kola.

57 55 Stroje pro mikroobrábění Jan Smolík, Martin Mareš, Josef Kekula Abstrakt: Článek představuje aktuální nabídku především frézovacích strojů pro mikrofrézování. Podrobně je představeno nové vertikální frézovací centrum YMC 430 japonského výrobce YASDA, ale i další stoje určené pro obrábění v oblasti mikronových přesností. 1 Úvod Na veletrhu EMO 2009 prezentovalo svoji produkci strojů určených pro mikroobrábění několik tradičních firem zaměřených na tuto oblast. Poprvé byl v Evropě představen speciální pětiosý stroj od firmy MORI-SEIKI určený pro mikroobrábění. Tento stroj byl již dříve představen odborné veřejnosti na IMTS Chicago 2008, avšak jedná se o naprostou špičku v oboru. Naprostou novinkou bylo nové vertikální centrum firmy YASDA určené pro mikrofrézování ve třech osách. Tradičně byla představována produkce mikrofrézovacích center firmy SODICK, špičková vertikální centra firmy Röders a stroje firmy Hwacheon. Dále svoji produkci představovali švýcarské společnosti Emissa S.A. ( a Precitrame Machines SA ( zaměřené především na hromadnou výrobu mikroobrobků (nikoli nástrojů, ale konečných dílců) a společnost Affolter Technologies S.A. ( zaměřená na výrobu mikroozubení. Chyběla prezentace špičkových strojů německé společnosti KERN ( francouzské firmy RealMeca ( nebo japonské firmy NTC ( Často jsou stroje pro mikrofrézování využity pro přípravu miniaturních nástrojů a matricí pro mikro EDM obrábění. Nejzajímavější stroje pro mikro EDM technologii (Electrical Discharge Machining) představovali na EMO japonská společnost Sodick a švýcarské společnosti AgieCharmilles ( a SARIX SA ( a pro technologii ECM (Electrochemical Machining ) pak francouzská PEMTec SNC ( Zajímavé shrnutí vystavovaných technologí pro Mikro EDM je možné nalézt na /eurotecmagazine.wordpress.com/category/edm/. Přestože je veletrh EMO tradičně spjatý s prezentací nejpokročilejších technologíí bylo na výstavě prezentováno méně strojů pro mikroobrábění než na posledním IMTS Chicago V následujícím si blíže představíme některé vystavované produkty a jejich technologické možnosti. 2 Yasda Japonská společnost YASDA je tradiční výrobce vertikálních frézovacích center pro přesnou výrobu nástrojů a forem, ale také producent řady horizontálních center YBM pro čtyřosé frézování dílců do rozměru až 2000mm. V oblasti strojů pro velmi přesné obrábění nabízí pětiosý stroj YBM Vi40 s otočným a naklápěcím stolem. Až do EMO 2009 nabízela také legendární tříosý stroj YMC 325 určený pro nejpřesnější obrábění. Nyní byl poprvé představen jeho nástupce nazvaný YMC 430. Nový stroj YMC430 převzal ze stroje YMC 325 všechny klady a dále je rozšířil ve smyslu zdokonalení parametrů ovlivňujících přesnost. Stroj YMC430 není pouhou modernizací, nebo úpravou stroje YCM 325, ale jedná se konstrukčně o zcela nový stroj, který nabízí pracovní stůl o rozměrech 430x350mm, maximální zatížení stolu 100kg, rozjezdy v osách X, Y, Z pak 400 x 300 x 250, otáčkový rozsah vřetene /min, maximální stálý výkon vřetene 7,5kW. Všechny tři lineární pohybové osy jsou poháněny vysokorychlostními lineárními motory. Lineární motory jsou užity zejména kvůli téměř nulovým pasivním odporům tohoto provedení pohonu (pokud neuvažujeme pasivní odpory kabelových a chladicích přívodů motorů). Síla se přenáší do pohyblivé části vzduchovou mezerou bez jakýchkoli převodů a mechanických vazeb. Zcela příkladně je konstrukčně řešen nový nosný rám stroje. YASDA hovoří ve svých prospektech o stojanu typu H. Jde o uzavřenou strukturu, kde pod stojan zajíždí křížový stůl. Stojan má svislé stěny po obou stranách a také v zadní části stroje. Půdorysný tvar průřezu

58 56 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 stojanu pak skutečně připomíná tvar písmene H. Na čelní stěně stojanu je pak nabudována pohybová osa Z. Její pohon lineárními motory je zdvojen a vřeteno se nachází mezi dvěma motory, které jsou po stranách. O typu použitých lineárních vedení se bohužel nebyla delegace YASDA ochotna bavit a ani v publikovaných informacích není o jejich provedení nic konkrétního uvedeno. Vzhledem ke skutečnosti, že aplikované lineární vedení umožňuje spolehlivé, měřitelné krokování pohybových os s krokem 0,1um, jedná se bud o hydrostatická vedení (jako u předchozího YCM 325), nebo o extrémě přesná uložení valivá. Zásadní charakteristikou stroje je dokonalý systém chlazení. Chlazeny jsou nejen všechny lineární motory posuvových os a samotné vřeteno, ale také vřeteník. Stojan je protékaný temperovaným olejem. Dalším chlazeným místem je celá oblast pod křížovým stolem. Jedná se o jakýsi tepelný štít před tepelným ovlivňováním stroje od třísek a řezné emulze. Není známé, že by některý jiný výrobce strojů dosud nabízel, takto chlazenou oblast pánve pod křížovým stolem. Z důvodů odstínění stroje od rušivých vlivů stojí také za pozornost vibrační a tepelné oddělení příslušenství stroje. Podrobný prospekt ke stroji dokonce praví o eliminaci pulsací v hydraulických tlakových rozvodech po stroji. Jen těžko si lze představit, že mohou tyto pulsace v hadicích způsobovat nějaké nepřesnosti, ale věc dokresluje snahu o řešení každého detailů, který může mít vliv na přesnost výroby na stroji. Obr. 1: Vertikální centrum YASDA YCM 430 Obr. 2: Symetrická nosná struktura stroje YASDA YCM 430 Obr. 3: Komplexní chlazení pohonů i nosné struktury stroje YASDA YCM 430 Obr. 4: Příklady obrobků realizovaných na stroji YASDA YCM 430

59 Stroje pro mikroobrábění 57 Obr. 5: Příklad testu kruhové interpolace na stroji YASDA YCM 430 Obr. 6: Příklad testu polohování v osách na stroji YASDA YCM 430 Obr. 7: Přímost pohybu křížového stolu. Uvedeny jsou hodnoty kolmé na osu pohybu na stroji YASDA YCM 430 Obr. 8: Příklad obrobku z nástrojové oceli o tvrdosti HRC 60 dokončovaného kulovou frézou o průměru 1mm na stroji YASDA YCM 430 Obr. 9: Příklad testu přesnosti polohy v ose Z po výměmě nástrojů na stroji YASDA YCM 430 Obr. 10: Příklad obrobené mikroskopické struktury na stroji YASDA YCM Mori Seiki Společnost MORI SEIKI představila na evropském kontinentu poprvé svůj stroj NN1000 určený pro nejpřesnější pětiosé obrábění v submikronových přesnostech. Stroj byl poprvé představen na výstavě IMTS Chicago 2008 a jedná se o skutečný unikát. Použité technologie spíše připomínají laboratoř polovodičových technologií, než obor obráběcích strojů. Základem stroje je žulový blok uložený na aktivních pneumatických prvcích ve svařovaném rámu. Aktivní tlumicí pneumatické prvky izolují stroj od vnějších vibrací z podlahy pod strojem. I přesto je prý stroj možné pro nejpřesnější operace provozovat pouze na velmi tuhých a hmotných

60 58 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 základech které nejsou buzeny jinou technologií. Na základním žulovém bloku jsou nabudovány pohybové osy z keramiky a duralu. Všechna pohyblivá vedení (lineární i rotační) jsou provedena jako aerostatická. Dvě navzájem se pohybující části na vrstvě tlakového vzduchu jsou vždy keramické. Pohony jsou pak na všech osách realizovány přímými pohony, tedy lineárními a prstencovými motory. Všechny pohony jsou zdvojené a plně symetrické, vyjma osy C. Krytování jsou provedena pouze lehkými měchy, které kladou minimální pasivní odpory. Rotační osa A je vyvažována protizávažími. Stroj pracuje pouze s jednobřitým diamantovým nástrojem. Stroj nedisponuje automatickou výměnou nástrojů, ani automatickou výměnou obrobků. Spolu se strojem HS650Linear taktéž japonské firmy SODICK je jedním z mála pětiosých strojů v kategorii strojů pro mikrofrézování. Obr. 11: Celkový pohled na stroj Mori Seiki NN1000 Obr. 12: Schéma nosné struktury, pohonů a aktivního uložení Obr. 13: Pohled do pracovního prostoru Obr. 14: Přidružené mikroskopické pracoviště Obr. 15: Příklad obrábění textu DTL, kde tloušt ka písma činí pouhých 30um a výška 200um. (Mori Seiki NN1000) Obr. 16: Příklad obrábění rastru V drážek s roztečí rastru 3um. (Mori Seiki NN1000)

61 Stroje pro mikroobrábění 59 Obr. 17: Příklad obrábění jehlanové mřížky s podstavou jehlanů 20x20um. (Mori Seiki NN1000) Obr. 18: Příklad obrobení rastru hrotů s jehlany. Průměr hrotů je 30um v prizmatické části a 5um na hrotu. (Mori Seiki NN1000) 4 Röders Mezi tradiční evropské výrobce velmi přesných strojů patří firma Röders. Firma je kromě vynikajících strojů vyjímečná také neustálým zdokonalováním a prodejem strojů se svým vlastním řídícím systémem. Nejpřesnější řada strojů Röders nese označení RHP. Jedná se o vertikální stroje s portálovým stojanem uzavřeným ze zadní strany. Stroje jsou vyráběny ve třech velikostech 800, 600 a 500, kde označení přibližně odpovídá šířce stolu. Pohony pohybových os zajišt ují lineární motory (pohony bez mechanického kontaktu). Všechna lineární vedení jsou pak provedena jako hydrostatická. Stroj je vybaven nejen přesným chlazením pohonů, ale také temperací chladící emulze nebo oleje. Velký důraz je kladen na tepelné odstínění skeletu stroje od třísek a chladicích kapalin. Stroje je možno osadit vřetenem s max. otáčkami až /min. Vyvažování v ose Z je provedeno pomocí patentovaného pneumatického systému s minimálními pasivními odpory. Stroj je standardně vybaven automatickou výměnou nástrojů. Vzhledem k užitým hydrostatickým vedením je stroj vhodný nejen pro přesné frézování, ale také pro broušení. Díky konstrukci stroje eliminující pasivní odpory a maximalizující jeho přesnost je stroj také vhodný pro přesné inprocesní měření obrobků. Společnost Röeders tedy řadu RHP inzeruje jako řadu strojů vhodnou pro frézování, broušení a měření. Obr. 19: Příklad stroje Röders řady RHP ve velikosti 600. Obr. 20: Příklad obrobku matrice reflektoru: ocel (X36CrMo17), rozměry 100 x 45 x 40 mm, nejmenší nástroj D1,5 mm, max. otáčky /min, max. posuvová rychlost mm/min, čas výroby 5 hodin

62 60 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Hwacheon Obr. 21: Ilustrativní představení pokročilých technologií užitých u strojů řady Röeders RHP Korejská společnost Hwacheon se nespecializuje na stroje pro ultrapřesné obrábění, avšak představovala svůj velmi přesný stroj SIRIUS UL+ určený pro výrobu forem a nástrojů. Snad ani tak nezaujme samotný stroj, který je postaven na základě vertikálního tříosého centra s možností rozšíření o rotační osy, ale zajímavé jsou nabízené softwarové řídící prostředky. Společnost Hwacheon představovala dva vlastní softwarové systémy doprogramované do řídícího systému Fanuc. Prvním z nich je systém nazvaný HECC (Hwacheon Efficient Contour Control). Jedná se o obdobný systém jaký nabízí například v podobě tzv. trojúhelníku Siemens SINUMERIK. Uživateli je dána možnost provádět výběr mezi rychlejším, resp. pomalejším odbavením NC kódu, resp. realizací složité dráhy s mnoha přechody lineárních úseků. Rychlost souvisí s dovolenou nepřesností na napojeních jednotlivých úseků a tedy s ostrostí nebo naopak splývavostí těchto přechodů. Systém pravděpodobně v závislosti na uživatelem zvolené míře požadavku na přesnost a plynulost dráhy provede změnu nastavení regulace pohonů a změnu tolerance přesnosti dráhy, možná také změnu limitů zrychlení a ryvů. Zástupci společnosti Hwacheon nebyli ochotni vnitřní techniku odhalit, avšak lze předpokládat využití uvedených možností změn (změn nastavení interpolátoru a nebo nastavení servoregulace). Funkčnost tohoto systému prezentovala firma na řadě stejně obrobených dutin zápustek, avšak pokaždé při jiném nastavení parametrů v systému HECC. Na uvedeném příkladu byla zřejmá výrazná úspora času při hrubování a při dokončování. Úspora času při dokončování byla sice patrná, ale dle výsledků obrábění na povrchu obrobků nelze rychlejší variantu využít beze zbytku, nebot pak nejsou splněny požadavky na tvarovou přesnost. Další ze softwarových možností nabízených firmou Hwacheon je systém HTLD (Hwacheon Tool Load Detektor) a s ním spojený systém Optima HTLD. V prvním případě se jedná o systém kontroly nástroje před přetížením a destrukcí. Druhý systém je v principu systém adaptivního řízení, který se snaží změnou posuvové rychlosti o maximální využití výkonu frézovacího vřetene. Jedná se o jeden z mála reálně nabízených systémů adaptivního řízení.

63 Stroje pro mikroobrábění 61 Obr. 22: Obrazovka nastavení v systému HECC firmy HWACHEON. Obr. 23: Příklad zkušebního kusu s možností porovnání obrobených povrchů při různě nastaveném systému HECC firmy HWACHEON. Obr. 24: Obrazovka se záznamem posuvu a zatížení vřetene v systému Optima HTLD firmy HWACHEON. Obr. 25: Na EMO předváděný příklad funkčnosti systému HTLD, kde docházelo k diagonálnímu nájezdu nástroje do materiálu a automatické změně posuvové rychlosti ve vazbě na zatížení vřetene. Obr. 26: Příklad obrobené plochy nástroj vstřikovací formy na stroji HWACHEON SIRIUS-UL+. Obr. 27: Příklad mikrovrtání mřížky s otvory o průměru 0,2mm na stroji HWACHEON SIRIUS UL.

64 62 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 28: Příklad obrábění jehlic průměru 0,12mm a výšce 25mm z plného matariálu a stroji HWACHEON M2-5AX. Obr. 29: legenda příkladu obrábění jehlic průměru 0,12mm a výšce 25mm z plného matariálu na stroji HWACHEON M2-5AX. 6 Affolter Technologies S.A. Švýcarská společnost AFFOLTER specializující se na výrobu miniaturních ozubených kol odvalovacím způsobem představila obráběcí centrum AF100. Obráběcí centrum je schopno vyrábět ozubení přímé, šikmé a kuželová kola. Stroj je schopen vyrábět ozubená kola do modulu 0,5 mm. Zařízení disponuje 8-mi Obr. 31: AF100 pracovní prostor řízenými osami. Rám stroje je zhotoven z polymerbetonu, což zaručuje dobré tlumicí vlastnosti konstrukce a odolnost stroje proti negativním teplotním vlivům. Stroj je vybaven přímým odměřováním na všech lineárních osách. Součást je upnuta mezi hroty a unášena pomocí dvou na sobě nezávislých elektrovřeten. Pohon nástroje zajišt uje třetí vřeteno. Všechna vřetena jsou opatřena vnitřním chlazením, které zaručuje tepelnou stabilizaci stroje a stálou přesnost. 7 Precitrame Machines SA Obr. 30: Affolter AF100 PRECITRAME je další zástupce Švýcarska nabízející obráběcí centra pro přesné mikroobrábění. Na výstavě zaujaly rotační transferová obráběcí centra, z vystavených konkrétně model MTR 312. Jedná se o vysokokapacitní rotační transferové obráběcí centrum vhodné pro výrobu přesných součástí a to v sériích středních až velkých čítajících několik milionů součástí. Jedná se o stroje pro hodinářský, automobilový, elektrotechnický a medicínský průmysl. Omezení stroje je dáno minimálním časem cyklu, který činí 2s. Stroj je plně automatizován včetně automatické výměny obrobků. Základem je svařovaný rám zaručující tepelnou odolnost a tuhost. Na rámu je kruhově uspořádáno 12 samostatných obráběcích jednotek UV72-3, které zajišt ují polohování s přesností do 1 mikronu. Uprostřed je otočný stůl s přímým pohonem, který zajišt uje přemíst ování obrobků mezi jednotlivými stanovišti, což je realizováno pomocí paletového systému který polohuje obrobky s přesností do 4 mikronů. Samozřejmostí je také automatické zakládání a vykládání obrobků mimo stroj, za pomoci dvouosého systému či pomocí robotického ramene. Integrován je také automatický měřicí systém zajišt ující kontrolu obrobků, vyhodnocování korekcí nástroje a provádí také statistickou kontrolu procesu (SPC) a lze jej připojit na externí SPC systém. Každé stanoviště disponuje tří osou jednotkou schopnou nést 2 vřetena uspořádaná horizontálně nebo 4 vřetena uspořádaná vertikálně. Maximální otáčky vřeten jsou ot/min. Pomocí speciální CNC architektury stroj umožňuje řídit 31 os, na výběr je řídící systém Sinumerik 840D, NUM Axium Power, nebo Fanuc 30i. Krytování stroje umožňuje snadný přístup ke všem jednotkám. Chladící a filtrační jednotka je umístěna mimo stroj, přičemž je možno

65 Stroje pro mikroobrábění 63 stroj napojit na centrální chladící a filtrační agregát pro více strojů zároveň. Na přání může být stroj řízen na dálku bezdrátově. Další řadou je řada 400H umožňující obrábět na jednom stanovišti z 5-ti stran a funkce stroje jsou rozšířeny o možnost soustružení. Obr. 32: Precitrame MTR 312 Obr. 33: Pracovní jednotky MTR Další aktuální nabídka Přestože na EMO Milano 2009 nebyly vystaveny, dovolujeme si provést připomenutí některých dalších vynikajících strojů určených pro mikrofrézování. V následujícím jsou uvedeny stroje, které jsou v aktuální nabídce příslušných výrobců. Přestože nebyly vystavovány přímo v Miláně, jedná se o moderní a pokročilé stroje pro oblast především mikrofrézování. Na následujících ilustračních obrázcích jsou uvedeny stroje: HS560Linear japonské firmy SODICK, stroj Hyperprecision HP francouzské společnosti REALMECA, Z 3500 japonské firmy NTC, Pyramid Nano švýcarského výrobce KERN, stroj NANO-FOCUS 425 holandské firmy Hembrug a nakonec stroj SIP Obr. 34: Špičkové pětiosé frézovací centrum HS650Linear pro obrábění v submikronových přesnostech od firmy SODICK Obr. 35: Stroj HyperPrecision HP2 francouzské společnosti REALMECA

66 64 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 36:.Stroj Z 3500 firmy NTC určený pro mikroobrábění. Všechna vedení jsou bezkontaktní hydrostatická, pohony realizovány lineárními motory, speciální krytování s minimalizací pasivních odporů Obr. 37: Švýcarský stroj Pyramid Nano od formy KERN. Stroj užívá nejen hydrostatická vedení, ale také pohon pomocí hydrostatických trapézových šroubů uložených na hydrostatických ložiskách. Obr. 38: Špičkové pětiosé centrum firmy Hembrug označené NANO-FOCUS 425. Užita hydrostatika na všech osách, přímé pohony, granitové nosné dílce. (Pro zajímavost: hmotnost stroje 15t, max. hmotnost obrobku 75kg) Obr. 39: Produkce strojů SIP pod vlastnictvím Starrag Heckert, na obrázku stroj SIP Stroj SIP uvádíme pro připomenutí této legendární švýcarské značky, která se stala synonymem přesnosti. 9 Shrnutí a závěr Stále přicházejí na trh zcela nové stroje určené pro oblast mikroobrábění a nanoobrábění. Prezentace strojů pro frézovací operace v oblasti extrémních přesností je až s překvapením stále širší a pestřejší. Stroje pro frézovací operace v nejvyšších přesnostech byly až do nedávna nabízeny téměř výhradně tříosé. Nyní se však setkáváme již i se stroji pro mikroobrábění s pěti souvisle řízenými osami. Stroje pro mikroobrábění a nanoobrábění charakterizují především dosahované přesnosti a tolerance na mikronové a nano úrovni, nikoli však nutně miniaturní rozměry samotného obrobku. Prezentace strojů pro tyto technologie obvykle doprovází bohatá výstavka realizovaných obrobků. Detaily obrobků jsou často zobrazovány optickými nebo dnes již také elektronovými mikroskopy, nebot rozměry obráběných detailů se odehrávají na úrovni jednotek mikrometrů. Častými obrobky jsou matrice pro vytváření reliéfů na optických částech displejů, resp. jejich jednotlivých komponent, součásti pro obor polovodičů, dílce mikromechanismů a hodinek. Z hlediska technického řešení, sofistikovanosti a užitých technologií se v oblasti frézovacích center pro mikro a nanoobrábění jedná většinou o naprosté klenoty, které uplatňují jen ta nejlepší řešení. Ceny těchto velmi malých, ale extrémně přesných strojů, jsou blízké cenám velkých obráběcích strojů s řádově většími rozměry a hmotnostmi. Tyto stroje představují typické stroje s velmi vysokou přidanou hodnotou.

67 65 Stavebnicové a rekonfigurovatelné stroje, nepružné výrobní systémy a linky Vladimír Dokoupil, Jan Hudec Abstrakt: Příspěvek shrnuje aktuální stav v segmentu stavebnicových a rekonfigurovatelných strojů a transferových linek, tak jak byl prezentovaný na EMO Úvod Přes probíhající krizi se v Miláně prezentovalo několik desítek výrobců strojů s vícepolohovým otočným bubnem nebo stolem, speciálních strojů, linek a jednotek určených pro stavbu těchto strojů. Překvapivě chyběla význačná německá firma GROB. Dotazovaní zástupci výrobců strojů, určených zejména pro automobilový průmysl uváděli předpokládaný pokles produkce o 40% - 60% i více. V této oblasti probíhá vývoj plynule a souběžně s ostatními typy obráběcích strojů, nejsou vidět žádné zásadní novinky. Znatelný je trend k multifunkčnímu obrábění a k provádění několika operací z více stran při jednom upnutí. Pro zvýšení pružnosti a rekonfigurovatelnosti strojů se často využívají tříosé CNC jednotky, vybavené revolverovými hlavami nebo zásobníky nástrojů. V pohonech os se prakticky nevyskytují lineární motory, u otočných stolů a bubnů se naopak použití vestavných motorů rozšiřuje. V případě potřeby vysokých otáček se běžně používají elektrovřetena. Vnitřní přívod řezné kapaliny do nástrojů se stal samozřejmostí, nabízené tlaky rostou až k 150 barům. Automatickou manipulaci s obrobky pomocí robotů nabízí řada firem v opcích, stejně jako monitorování nástrojů, měření obrobků, tepelnou stabilizaci strojů a minimální chlazení nástrojů. 2 Stavebnicové stroje s otočným bubnem nebo stolem Obr. 1: Princip sekvenčního obrábění (Imas) Tyto stroje tradičně vystavovala řada výrobců. Princip sekvenčního obrábění je znázorněn na obr. 1. Firma BTB Transfer (Itálie) vystavila dva stroje s otočným vícepolohovým bubnem. Stroj TRO 8S-18U ISO30 CNHY má osmipolohový buben s horizontální osou rotace (obr. 2). Buben je oboustranně uložený ve svařovaném rámu, jehož stěny jsou kvůli vysoké tuhosti zdvojené. V rámu je rozmístěno 18 pracovních jednotek, umožňujících obrábění v každé ze sedmi poloh až ze tří stran. Jedna poloha bubnu slouží k automatickému nakládání a vykládání obrobků (mosazné šroubení) pomocí robotu (obr. 3, obr. 4). Pohony a řízení jsou od firmy Bosch Rexroth. Stroj je vybaven kontrolou lomu a opotřebení nástrojů. Produkce stroje činí 580 ks/hod.

68 66 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 2: Stroj TRO 8S-18U s horizontální osou bubnu Obr. 3: Stroj TRO 8S-18U s robotem Obr. 4: Robot manipulující s obrobky Větší stroj typu TRV 10S-23U CNHY má vertikální osu bubnu (obr. 5). K manipulaci s obrobky je opět použit robot (obr. 6). Příklady obrobků znázorňuje obr. 7. Obr. 5: Stroj TRV s vertikálním otočným bubnem Obr. 6: Stroj TRV-nakládání obrobků pomocí robotu Obr. 7: Příklady součástí obráběných na strojích firmy BTB Technickou novinkou je stroj NAM-8 švýcarské firmy MIKRON s velmi rychlým horizontálním bubnem, poháněným vestavným "torque" servomotorem (obr. 8, obr. 9). Čas otočení stolu o jednu polohu činí pouze 0,7 sec, přesnost polohování ± 2 μm. Stroj má 8 pracovních stanic s max. 14 CNC pracovními jednotkami (zdvihy 50, 50, 80 mm, max. otáčky min-1), které umožňují komplexní obrábění součástí do rozměru 40 x 40 x 80 mm. Polotovarem může být tyč, drát, nebo odlitek z oceli, mosazi, titanu, zlata apod. K řízení je použit systém MTX firmy Bosch Rexroth. Tato firma vyrábí i nejrychlejší obráběcí stroje na světě, určené k výrobě hrotů kuličkových per ap. Produkce hrotů dosahuje 150 ks/min. Stroje s horizontálním bubnem s vestavným motorem prezentovala i italská firma Arcardini. Obr. 8: Stroj NAM-8 firmy MIKRON Obr. 9: Stroj FMOR TR-CNC firmy Gnutti

69 Stavebnicové a rekonfigurovatelné stroje, nepružné výrobní systémy a linky 67 Stroj FMOR TR-CNC (obr. 9) italské firmy GNUTTI je určen především k výrobě šroubení, koncovek hadic a podobných součástí z ocelových tyčí. Stroj má desetipolohový buben s horizontální osou a přímým pohonem. Buben nese 10 hydraulických samostředicích upínačů. Stroj je vybaven automatickým nakladačem tyčí včetně řezací jednotky, dále až 16 pracovními jednotkami včetně 2 soustružících. Je možné použít i plánovací hlavy. Produkce dosahuje až 550 obrobků/hod. U stroje TRANS-BAR CNC flex s otočným dvanáctipolohovým horizontálním bubnem firmy Buffoli Transfer (Itálie) mne zaujal mohutný automatický zásobník tyčového materiálu (obr. 10). Svazek tyčí je zvedán pomocí odvíjení několika popruhů, až se jedna z tyčí odvalí do podavače. Maximální délka tyčí je 7000 mm, max. váha svazku 3000 kg. Příklady obrobků jsou znázorněny na obr. 11. Obr. 10: Podavač tyčí bubnového stroje firmy Buffoli Transfer Obr. 11: Příklad součástí obráběných na strojích firmy Buffoli Transfer Švýcarská firma Precitrame Machines SA vystavila mj. rychlý multifunkční stroj MTR 410H (obr. 12), který je určen ke komplexnímu obrábění (včetně soustružení) malých vysoce přesných součástí - hodinářský průmysl, elektrotechnika, medicínská technika, automobilový průmysl. Stroj sestává ze svařovaného lože, na kterém je upevněn desetipolohový CNC otočný stůl. Čas otočení stolu do další polohy činí 1,5 sec. Stůl slouží k dopravě obrobků, upnutých na paletách případně v čelistech, sklíčidlech, kleštinách apod., od jedné tříosé pracovní jednotky ke druhé. Kolem stolu může být umístěno až 8 jednotek. Zdvihy pracovních jednotek jsou 120, 160 a 130 mm. Přesnost polohování dosahuje 1 μm. Každá jednotka může být vybavena několika horizontálními nebo vertikálními vřeteny. K dispozici jsou i elektrovřetena s max. otáčkami až min-1 a vnitřním přívodem řezné kapaliny až 150 bar, nebo se systémem minimálního mazání. K řízení stroje slouží systémy Siemens nebo NUM. Stroj může být vybaven automatickým měřením obrobků a korekcí nástrojů, kontrolou opotřebení a lomu nástrojů, identifikací palet, automatickou manipulací s obrobky. Stroje této firmy zaujmou svým designem. Obr. 12: Stroj MTR410H firmy Precitrame Obr. 13: Stroj Multicenter firmy Porta Obr. 14: Pracovní prostor stroje s horizontální osou bubnu firmy Porta Italská firma PORTA vystavila stroj M Multicenter (obr. 13) se čtyřpolohovým satelitním stolem a třemi tříosými pracovními jednotkami. Polohování stolu zajiš ují ozubené věnce. Satelitní stoly jsou souvisle řízené. Každá pracovní jednotka má vlastní zásobník nástrojů se 12 (alt. 20) místy a programuje se samostatně. Stroj

70 68 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 je díky tomu velmi snadno rekonfigurovatelný, zejména pokud se použijí upínače, umožňující upínat různé obrobky. Na stroji lze obrábět součástky do velikosti hrany krychle 230 mm a to až ze 6 stran při jednom upnutí. K řízení slouží systémy SIEMENS nebo FANUC. Stroj lze vybavit robotem pro manipulaci s obrobky. Porta vyrábí i další stroje s otočným bubnem (obr. 14). 3 Výrobní linky Italská firma SALA vystavila kompaktní transferovou výrobní linku FLEXIBALL, určenou k obrábění koulí do kulových ventilů (obr. 15). Polotovarem jsou mosazné tyče, automaticky podávané ze zásobníku. Linka má 8 ( alt. 10) pracovních stanic s vertikálními vřeteníky, součástky jsou přenášeny manipulátorem. Prováděné operace: řezání, vrtání, hrubovací soustružení, srážení hran, dokončovací soustružení diamantem, frézování. Rozsah obráběných průměrů činí 1/8" - 1". Firma Burkhardt+Weber pouze ve svých materiálech prezentovala linku na obrábění hlavy válců. Společnost MAG, sdružující řadu předních výrobců obráběcích strojů, prezentovala technologickou linku na kompletní obrábění klikových hřídelí (obr. 16). Není to však klasická "tvrdá" linka, protože je složena převážně z univerzálních strojů. Obr. 15: Obrábění koulí na lince FLEXIBALL 3.1 Stavebnicové jednotky Švýcarská firma EMISSA používá pro stavbu svých strojů řady Win Flex tříosé jednotky TRIAX různého provedení (obr. 17). Obdobné jednotky má ve svém programu japonská firma SUGINO Obr. 16: Linka MAG na výrobu klikových hřídelí (obr. 20). Modulární skladba jednotek firmy MAG, určených pro stavbu center, výrobních buněk a linek je znázorněna na obr. 18. Vřeteníky, posuvové jednotky a vícevřetenové hlavy vystavovala řada firem, objevili se i čínští výrobci.

71 Stavebnicové a rekonfigurovatelné stroje, nepružné výrobní systémy a linky 69 Obr. 17: Jednotky firmy Emissa Obr. 19: Jednotky a hlavy firmy Sugino Obr. 18: Modulární skladba jednotek MAG Obr. 20: Jednotka firmy SUGINO Obr. 22: Modulární skladba jednotek MAG Obr. 21: Vrtací jednotka firmy Somex

72 70 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 23: Čínské pinolové jednotky firmy Hann Kuen Obr. 24: Revolverové hlavy typ TRH firmy Pibomulti 4 Shrnutí a závěr Segment stavebnicových a rekonfigurovatelných strojů a linek se co do objemu nerozšiřuje. Jejich úlohu už více let v řadě oblastí přebírají menší obráběcí centra a moduly, speciálně vyvíjené do prostředí sériové a hromadné výroby. Přesto si tyto stroje svoje místo i v budoucnosti určitě uhájí.

73 71 Stroje pro nekonvenční způsoby obrábění Jan Koubek, Jiří Hovorka Abstrakt: Cílem referátu je zmapovat novinky a trendy ve strojích pro nekonvenční metody obrábění představených v rámci strojírenského veletrhu obráběcích strojů EMO Sledované technologie jsou elektrojiskrové obrábění a řezání, laserové obrábění, řezání vodním paprskem a plazmou. 1 Úvod Výstava EMO 09 nepřinesla v oblasti nekonvenčních technologií obrábění významné překvapení. Důvodem zanedbatelné účasti firem zastupujících laserové technologie byla pravděpodobně jejich předchozí účast na výstavě LASER World of PHOTONICS v Mnichově. Ostatní technologie jako elektrojiskrové obrábění, řezání drátem, vodním paprskem či plasmou byly zastoupeny především tradičními výrobci, které vídáme na světové špičce již po řadu let. O dopadech krize a opatřeních spojených s redukcí nákladů svědčila expozice mnohých firem. Na výstavě se dále představilo mnoho subdodavatelů pro technologie EDM, WEDM a dodavatelů elektroerozivních vrtacích strojů. Tento obor zaznamenal jistý progres oproti letům minulým. 2 Elektrojiskrové obrábění 2.1 EDM, WEDM (řezání drátem, vrtání) V EDM technologiích nebyl obecně zaznamenán významný posun, který by vedl k adekvátnímu zlomu v Elektrojiskrové obrábění, EDM, WEDM, laser, vodní paprsek, plasma oboru. Patrný vývoj odpovídající dvouletému cyklu prezentace na světové výstavě zaznamenaly stroje z pohledu obslužnosti, uživatelského komfortu a designu. Stroje jsou dle přání zákazníků ušity prakticky na míru a disponují silnou podporou mateřských firem. Proporce strojů se oproti letům minulým výrazně nemění. Standardně jsou k dispozici kompaktní řady strojů, které umožňují nasazení od obrobků v řádech milimetrů až po stroje určené pro obrábění rozměrných tvářecích forem a zápustek. Z obecných trendů je nadále aktuální obecné zvýšení jakosti za současného snížení nákladů a rostoucí důraz na nižší produkci látek s nepříznivými vlivy na prostředí. 2.2 ONA Špičkou v oboru, která se představila i letos je španělská společnost ONA. Společnost prezentovala své stroje určené pro EDM série NX MODULAR a WEDM série AF MODULAR. Stroje s vyšší mírou podpory a kvality mají do budoucna u zákazníka řešit technologické problémy prostřednictvím konfigurací ušitých na míru. Společnost si zakládá na úzké spolupráci se zákazníkem, na vývoji a nasazení nejmodernějších technologických řešení stejně jako v minulosti. Představený stroj ONA AF 60 MODULAR (obr. 1) je nejmenším z řady strojů této série. Stejně jako celá série se vyznačuje se i tento stroj pevnou mechanickou konstrukcí ze stabilizované jemnozrnné litiny s příměsí grafitu.

74 72 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Posuvy v osách X / Y (800/600 mm), v ose Z modulární uspořádání (500/600/700 mm), minimální programovatelný a měřený inkrement je 0,001 mm/0,001. O vysoké produktivitě strojů série AF hovoří hodnoty úběru 450 mm2/min s drátem 0,33 mm a 370 mm2/min s drátem 0,30 mm. Díky možnosti celkového ponoření rozměrných řezaných dílů a použitému generátoru ONA Easycut, který umožňuje řezání bez koroze elektrolytu, je zajištěna 100% integrita povrchu a zachována rychlost řezu (dosažitelná drsnost povrchu 0,2 ěm Ra). Poslední verze řídicího systému ONA-W64 umožňuje CNC řízení šesti os, pět z nich (B, X, Y, U, V) lze řídit současně, což umožňuje použití plnohodnotné CNC rotační osy. Obr. 1: ONA AF 60 MODULAR V sérii NX MODULAR byl tradičně představen stroj NX7, jehož vývoj nezaznamenal od výstavy EMO 2007 významnějšího vývojového posunu. Ekologický dopad na prostředí, je díky dlouhodobému vývoji filtračních jednotek ONA v oblasti EDM minimální. 2.3 SODICK Firma Sodick představila svůj nový stroj EDM AG60L (obr. 2), který upoutal pozornost mnoha návštěvníků. Sedm os simultálně řízených prostřednictvím vlastního řídicího systému umožňuje koordinovat pohyb speciální elektrody, jež umožní vytvoření uzavřeného kanálu specifické geometrie. Elektroda se stejně jako vývrtka zahlubuje po spirále do materiálu a tvoří jinak prakticky nedosažitelnou geometrii a to i do jinak těžko obrobitelných materiálů. Firma Sodick používá ve stroji rotačních os německé společnosti Jauch Schmider GbmH. Stroj je vybaven lineárními pohony a novým generátorem SGF2 umožňuje prakticky dvojnásobnou rychlost úběru s grafitovou elektrodou za prakticky minimálního opotřebení elektrody. V této souvislosti zavádí Sodick pojem nano-wear. Posuvy v jednotlivých osách: X 600 mm; Y 420 mm; Z 370 mm; U 360 ; UU 360 ; V ±120 ; W 360 V oblasti EDM a WEDM se se svými stroji představily také tradiční firmy jako FANUC, MITSUBISHI, které potvrdily, že v konkurenci špičkových strojů zdárně obstojí. 2.4 SARIX Švýcarská firma SARIX μedm představila revoluční obráběcí centrum pro mikroerozivní obrábění. Toto centrum se dodává v požadovaném uspořádání pod názvem MACHline (obr. 3). Centrum v sobě kombinuje technologie jako mikro EDM vrtání, mikro EDM hloubení, EDM leštění elektrodou, 3D mikro EDM frézování, 3D Scope (optické měření pro kontrolu rozměrů a drsnosti povrchu) a Micro Laser Ablation (odtavení povrchu, změna struktury oxidycké vrstvy). Vystavené centrum MACH AERO 8 axis, disponovalo EDM hlavou a laserovou jednotkou. Přestože se jedná o mikro obrábění, je vnitřní prostor centra dostatečně prostorný tak, aby se zde nechali obrobit specifické dílce, například lopatky turbín menších rozměrů. Obr. 2: SODICK - EDM AG60L Obr. 3: SARIX - MACH AERO 8 axis

75 Stroje pro nekonvenční způsoby obrábění 73 Parametry stroje: EDM osy: X 100 mm; Y 100 mm; Z 100 mm přesnost: +/- 2 ěm pol. osy: U 650 mm; V 500 mm; W 450 mm rotační pol. osy: A +/-90 ; B 360 max. hmotnost obrobku 50 kg na ose B včetně upínacího přípravku 3R nebo EROWA Stroj oslovuje zákazníka nejen svými pracovními parametry, ale i propracovaným designem a ergonomickým ovládáním, jež svědčí o propracovanosti celkové koncepce stroje vycházejícího z více než patnácti let zkušeností s mikroobráběním na špičce světové scény. 2.5 EDM vrtání Patrný nárůst produkce zaznamenala oblast strojů pro EDM hloubení otvorů (vrtání). Z Taiwanu zavítaly na světovou výstavu hned tři firmy, z nichž patrně nejvýznamnější značkou je firma Obr. 4: SARIX - ěedm vrtání Topedm. Kromě té se představila také například severokorejská firma Yougar. Většina firem nabízí tyto stroje spolu se stroji dalších EDM technologií. Jednodušší konstrukční uspořádání strojů pro EDM vrtání a hloubení umožňuje se prosadit na světovém trhu i začínajícím firmám s nižším stupněm technologické úrovně. Tyto firmy konkurují renomovaným značkám především cenou. 2.6 TOPEDM Taiwanská společnost TAI-I ELECTRON MACHINING CO. s obchodní značkou Topedm představila stroj TSH-1200V (obr. 5), tedy CNC stroj pro vrtání malých děr na rozměrných dílech. Pracovní prostor stroje je navržen s ohledem na použití v leteckém průmyslu, tedy především pro EDM vrtání děr na lopatkách turbín. Stroj je vybaven detekcí průchodu skrz materiál. Průměr elektrody se pohybuje v rozmezí od 0,15 do 6 mm. Opakovatelný rozměr zhotoveného otvoru se pohybuje v toleranci ±0,01mm, přesnost polohování pak v toleranci ±2 μm. Zařízení je vybaveno CNC kontrolerem, jenž řídí osm os. Maximální velikost rotačních obrobků: maximální plošný průměr 1260 mm naklápění 0 až ±45 max. průměr 1150 mm vertikální obrábění max. průměr 1100 mm 3 Laserové technologie Na poli laserových technologií byla zaznamenána slabší Obr. 5: TOPEDM - TSH1200V účast firem pravděpodobně již z výše zmíněných důvodů. Bez laserových hlav by se neobešli technologie plošného zpracování plechů. Z této oblasti ze světové výstavy EMO 09 nezúčastnila firma Trumpf, která se řadí ke světové špičce. Nasazení laserových hlav v obráběcích strojích, (například pro lokální úpravu povrchových vlastností materiálu), je dnes nabízeno spíše jako příslušenství, než ve standardní výbavě stroje. Řadu obráběcích laserových center představila kromě jiného firma +GF IPG Photonics Společnost IPG Photonics C. představila návštěvníkům celou řadu možností aplikace laserových technologií. Sama se zabývá vývojem a výrobou laserových generátorů a hlav pro veškeré průmyslové i výzkumné obory, telekomunikace a medicínu. Z expozice a produktů je patrné, že trendem jsou vláknové yttebriové lasery.

76 74 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano GF+ Skutečnou lahůdkou v laserové technologii je řada švýcarských strojů firmy GF Agie Charmilles. Stroje s označením LASER 500/ 600/ 1000/ 1200 se liší především velikostí pracovního prostoru, počtem použitých os a únosností stolu. Stroje jsou standardně vybaveny pulzním vláknovým laserem o výkonu 20 W s možností náhrady za 50 W nebo 100 W. Čočka optiky se dodává s ohniskovou vzdáleností 100/ 160/ 254 mm. S těmito čočkami pak dosahuje stopy svazku 24/ 39/ 69 μm. Dále je hlava vybavena 3D dotykovou sondou (rozlišení 0,001 mm) a kamerou pro lepší detekci povrchu. Takto vybavené laserové obráběcí centrum umožňuje, (dle počtu nasazených os), vyrábět textury, rytí, mikrostrukturování a značení od 2D až po složité 3D geometrie. Tato technologie nabízí v mnohých případech ekonomičtější, ekologičtější a designově výhodnější řešení. LASER 500 je základní variantou nabízející tříosé řešení. Naproti tomu LASER 1200 umožňuje pětiosé obrábění s pracovními zdvihy 1200 x 900 x 1200 mm (x, y, z), maximální velikostí obrobku 700 x 700 x 700 mm (pro pětiosé obrábění) a maximální hmotnosti dílu 1700 kg na ose B. Stroje mohou být dále vybaveny automatickou výměnou obrobků. Zároveň je pracovní prostor řešen tak, aby bylo možné zakládat obrobky na pracovní stůl prostřednictvím portálového jeřábu. Obr. 6: +GF+ LASER Ax Obr. 7: +GF+ laserem texturovaný povrch 4 Ostatní technologie V oblasti vodního paprsku a řezání plasmou je patrná stagnace vývoje. Z hlediska samotného principu technologií je již pravděpodobně dosaženo maxima a další převratný vývoj nelze očekávat. Zdokonalit lze použité materiály či použité komponenty, čímž bude možno dosáhnout delší životnosti a spolehlivosti jednotlivých součástí. 4.1 Vodní paprsek V oblasti řezání vodním paprskem se představily firmy jako OMAX, Flow, Waterjet C., Dardi, které předvedly svým charakterem velmi podobné stroje, známé již z minulosti. Tyto stroje vynikají bud velikostí pracovního prostoru, nebo pěti řízenými osami. Prostřednictvím těchto parametrů přispívají výrobci k možnostem pokročilého nasazení v průmyslu. Konkurentem nejenom evropských firem je čínská společnost Dardi, která ve svých propagačních materiálech nabízí portálové konstrukce v základních délkách pojezdu portálu od 6,6 m do 50,6 m.

77 Stroje pro nekonvenční způsoby obrábění Plasma V oblasti strojů používajících k dělení materiálu plasmové hořáky vystavovalo několik málo firem. Vývoj prakticky kopíruje technologii vodního paprsku a je nasazován v aplikacích, kde má technologický a ekonomický přínos. 5 Závěr Obr. 8: Dvouosá hlava vodního paprsku Obr. 9: Dvouosá hlava s plasmovým hořákem EMO Miláno 2009 přineslo v oblasti nekonvenčních technologií, tak jako v ostatních oborech, zprávu o ekonomické krizi. Tato situace dovolila představit své produkty především silnějším firmám. Svou účastí investovali do své propagace také někteří asijští výrobci, kteří potřebují seznámit světový trh se svými výrobky. Firmy s dlouhodobou tradicí návštěvníky nezklamaly a předvedly nasazení špičkových technologií, především v oblasti μedm a laseru.

78 Akreditovaná zkušební laboratoř Zkoušení a diagnostika strojů Komplexní analýza strojů dnes představuje základ každého spolehlivého výrobního systému. Je proto žádoucí sledovat nejen geometrickou přesnost strojů, ale také provádět diagnostická měření, měření tepelného chování, hlučnosti a dalších vybraných parametrů. Odborně školený personál našeho centra využívá normalizovaných postupů, a je tak schopen zaručit maximální přesnost a spolehlivost prováděných zkoušek. KONTAKT Doc. Ing. Pavel Bach, CSc. P.Bach@rcmt.cvut.cz POPIS Akreditovaná zkušební laboratoř VCSVTT pracuje v systému kvality dle normy ČSN EN ISO/IEC od roku Od roku 2006 užívá kombinovanou značku mezinárodní společnosti ILAC MRA. Akreditovány jsou všechny hlavní zkoušky obráběcích strojů dle řady norem ČSN ISO 230. Patří mezi ně zkoušky geometrické přesnosti, statické a dynamické tuhosti, tepelného chování a hlučnosti. Dále jsou v rámci laboratoře nabízena diagnostická měření těchto strojů. Laboratoř je vybavena velmi rozsáhlým moderním přístrojovým parkem, zahrnujícím kromě konvenčních měřidel také laserové interferometry, elektronické libely, termokameru a další vybavení pro měření teplot, multianalyzátory vibrací, diagnostiké přístroje a hlukoměry. Dále provádíme školení pracovníků v oblasti měření a diagnostiky obráběcích strojů. > Termovizní analýza stroje > Zkouška diagonálního přestavení > Měření statické tuhosti stroje PŘÍNOSY Kvalifikovaná měření a diagnostika strojů se zaručenou velmi vysokou kvalitou. Trvale školená obsluha schopná první analýzy problému na místě. Objektivně zpracovaná měření formou protokolu s rozbory zjištěných výsledků a případným návrhem řešení. Záruka diskrétnosti při uchování a zpracování dat. APLIKACE Objektivní měření a analýza stavu strojů dle platných českých i mezinárodních norem (řada norem ČSN ISO 230 a ISO 230). Stanovení přesnosti chodu vřeten, kruhové interpolace, přesnosti nastavení polohy v osách a v diagonálách, geometrické přesnosti, statické tuhosti strojů. Měření vibrací, akustického tlaku, akustického výkonu a akustické intenzity, diagnostická měření a měření tepelného chování. Poradenství v oblasti měření a analýzy dat. Další měření mimo akreditaci dle dohody se zákazníkem. REFERENCE Kontrola během montáže i již hotových strojů u výrobců obráběcí techniky: TOS Kuřim OS, a.s., KOVOSVIT MAS, a.s., TOS, a.s., Erwin Junker Grinding Technology a.s., TOSHULIN, a.s., TOS VARNSDORF a.s., TAJMAC-ZPS, a.s., STROJTOS LIPNÍK, a.s., INTOS, spol. s r.o., FERMAT CZ s.r.o., ČDK Blansko Holding, a.s. Uživatelé a prodejci obráběcí techniky: Misan s.r.o., ; KERI spol. s r.o., 2009; WEILER Holoubkov s.r.o., 2004; Jaroslav Šonka SERVIS, ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii VCSVTT Horská 3, Praha 2

79 77 Stroje pro rychlé prototypování Martin Mareš, Otakar Horejš Abstrakt: Příspěvek obsahuje přehled metod výroby technologiemi Rapid Prototyping a 3D printing a nejzajímavějších firem ze stran vystavovatelů na mezinárodním strojírenském veletrhu EMO 2009 v Milánu zabývajících se těmito metodami. 1 Úvod Rychlé prototypování (Rapid Prototyping, dále RP) se kdysi používalo k tvorbě třírozměrných obrazů pro vizuální kontrolu. Nyní pokročilo dál a stalo se nástrojem inženýringu. V dnešní době se používá k rychlé kontrole toho, zda jsou části výrobků přesné a dobře lícují, za použití velmi malého množstvé výrobních prostředků. Dnešní centra rychlého prototypování jsou schopna dodat cokoliv od těch nejmenších částí až po celé interiéry nebo např. vozidla ve skutečné velikosti a mohou dokonce vyrobit malé množství do výroby připravených komponent na zakázku dělané výrobky. Důraz se v poslední době klade na funkčnost prototypů, kombinaci různých materiálů a rychlost procesu (prototypování nevyžadující vytvrzovací operace atd...). Velké uplatnění nalezlo RP v oblasti automobilového průmyslu, architektury, dentistiky a výroby různých forem. Pro výrobu dílů metodou RP většinou stačí mít 3D model objektu, který má být vyroben a zařízení, na ktrém se tento díl vyrobí. Samotná výroba probíhá např. formou lepení nebo spékání vrstev materiálu ve formě prášku či kapaliny, skládáním vrstev plechů či desek, do kterých je vyříznut přislušný tvar. Vrstvy bývají o tolušt ce od 0,016 mm. Tloušt ka stěny dílu může být i 0,6 mm a hladkost povrchu (layers ensure smooth) až 0,028 mm. Vlivem realativně nedávno rozšířené technologie 3D-printing (na EMO firmy Objet a Dimension) došlo navíc ke značnému poklesu nákladů na zařízení. Některé firmy Obr. 1: Zařízení pro 3D-printing. řadící se do rodiny RP vytváří své produkty i na základě elektrochemické eroze (na EMO firma PEM Tec). Na výrobní program zejmína těchto tří firem (Objet, Dimension a PEM Tec) bude dále příspěvek zaměřen. Obr. 2: Příklad výrobků metodou 3D-printing na veletrhu EMO 2009.

80 78 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Objet Firma Objet je zaměřena na 3D-printing s kladením důrazu na 3D tisk za pomoci několika různých materiálů modelu současně (3D-Printers for Multi-Material Parts). Na veletrhu EMO vystavovala tři zástupce ze své produktové nabídky. Connex500-3D tiskárna pro více-materiálové díly. Edex350-3D tiskárna. Alaris30 - stolní 3D tiskárna. Obr. 3: Produkty firmy Objet (z leva: Connex500, Eden350V, Alaris30). Produkty firmy Object jsou schopny vytvořit model o rozměrech až 500 x 400 x 200 mm. Cena produktů se pohybuje od euro (Alaris30) do eur (Connex500). Prototypy je možno skládat z různých materiálů s různými vlastnostmi. FullCure - průhledná pryskiřice poskytující dobré technické vlastnosti. Vero - neprůhledný tvrdý materiál poskytující odolnost, rozměrovou stabilitu a výbornou vizualizaci detailů. Množství barev. Durus - polypropylenový materiál. Flexibilní, pevný a odolný. Tango - neprůhledný materiál podobný gumě. Množství barev. Support Material - pomocný materiál pro tvarově složité díly. V roce 2000 firma Objet patentovala výrobní proces PolyJet (obr. 4), který úspěšně používá fotopolymerový materiál vytvrzovaný po tenkých vrstvách UV zářením. Tento proces je využíván na produktech typu Eden a Alaris. Dalším rozšířením procesu PolyJet je proces PolyJet Matrix (obr. 5), který je schopen současně vstřikovat dva odlyšné fotopolymerové modelovací materiály v přednastavených kombinacích. Tento proces pak produkuje více-materiálové díly a vytváří nové kompozity zvané Dital Materials. Proces PolyJet Matrix využívá nejnovější produk Connex. Modely vytvořené těmito procesy (PolyJet a PolyJet Matrix) nejsou podrobovány dokončovacímu vytvrzování (vytvrzování probíha současně s modelováním za pomoci UV záření) a jsou připraveny k použití okamžitě po dokončení procesu modelování. Různé dutiny a přečnělky jsou vyplněny snadno odstranitelným podpůrným materiálem na bázi gelu. Obr. 4: PolyJet proces. Obr. 5: PolyJet Matrix proces.

81 Stroje pro rychlé prototypování 79 Firma Objet se pyšní svou spoluprácí a uplatněním v institucích jako Covenrty University (školství), Digital Mechanics AD (služby RP), Industrial Plastic Fabrications (strojírenství a RP). Obr. 6: Výrobky 3D tiskáren firmy Objet (zleva: Connex, Eden, Alaris). 3 Dimension Firma Dimension, obdobně firmě Objet, je zaměřena také na 3D-printing a je považována za špičku ve svém oboru. Důraz byl kladen na přesnost modelů, jejich funkčnost a smontovatelnost. Na veletrhu EMO 2009 vystavovala ve svém stánku tři zástupce ze své produktové nabídky. Elite - 3D tiskárna pro přesné a funkční díly využívané např. pro medicinská zařízení. 1200es - 3D tiskárna pro modely testovatelné v reálných podmínkách. uprint - stolní 3D tiskárna. Cena těchto 3D tiskáren se pohybuje od euro (uprint) do euro (Elite). Stavební prostory 3D tiskáren série Elite a 1200es jsou 250 x 250 x 300 mm a 200 x 150 x 150 mm pro sérii uprint. Modelovacím materiálem je ABS (akrylonitril butadein styren) termoplast. ABS termoplast je rozehřát do tekutého stavu Obr. 7: Produkty firmy Dimension (z leva: Elite, 1200es, uprint). a patentovanou vytlačovací hlavou nanášen v tenkých vrstvách (0,178 mm) podle 3D modelové předlohy vytvořené v systémech CAD do stavební komory. Vlastní software (Catalyst) sám rozhoduje, která místa modelu jsou vyplněna ABS termoplastem a která podpůrným materiálem. Podpůrné materiály (slouží pro proces vytváření detailních a drobných modelů) firma Dimension využívá dvojího typu. SST - rozpustná podpůrná technologie. BST - odlomitelná podpůrná technologie. Odstranění podpůrného materiálu je jedinou dokončovací operací nutnou k plnému využití modelu. Díly z ABS termoplastu mohou být následně pískovány, obráběny, vrtány či barveny, může do nich být vyřezán závit nebo dokonce mohou být pokovovány. Obr. 8: Model Stockholmu za pomoci produktů firmy Dimension.

82 80 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Firma PEM Tec Posledním zajímavým vystavovatelem, který je součástí tohoto příspěvku, je firma PEM Tec. Tato společnost byla zařazena pořadateli do skupiny RP i přes její odlišný přístup k tvorbě modelů, resp. hotových součástí rozličných zařízení. Elektro-chemický obráběcí stroj PEMCENTER, který byl součástí expozice je na obr. 9. Obr. 9: Zařízení pro chemicko-elektrické obrábění PEMCENTER. EMC je metoda elektro-chemického obrábění umožňující precizní a řízené odebírání většiny kovových materiálů (základ je v Faradayově zákoně z roku 1832) bez opotřebení nástroje (obr. 10). Jako elektrody může být použito přímo z existujícího obrobku. Touto metodou je možné vyrábět současně makro a mikro struktury s vysokou kvalitou povrchu (Ra <= 0.05 m) a vysokou přesností opakovatelnosti (2-5 m). 5 Shrnutí a závěr Obr. 10: Popis principu EMC. Způsob výroby RP se stále více prosazuje nejen jako nástroj pro výrobu prototypů, ale též jako výrobní postup tvarově složitějších dílů v malých sériích. Dnešní postoje RP představují především univerzalitu v použitých materiálech (především jejich vlastností pro použití v reálných pracovních podmínkách nejen jako prototyp), přístup k ekonomičnosti a ekologii (použití strojů i v běžném kancelářském prostředí) a časové náročnosti, ve které lze model získat. V poslední době je také patrná odluka metody 3D printingu od technologie RP. Stroje jak pro RP tak 3D printing staví díly vrstvu po vrstvě Obr. 11: EMO RP z předpřipraveného 3D modelu např. v systému CAD. Cenový rozdél mezi modely vytvořené stroji RP a 3D printingu mohou být ovšem výrazné. Zahrnujíce materiál, pokles ceny stroje, údržbu systému a náročnost, díly stavěné pomocí RP technologie mohou vystoupat až na dvojnásobnou cenu oproti 3D printingu.

83 81 Nové kinematické struktury strojů Jiří Švéda, Jan Smolík Abstrakt: Nové kinematické struktury strojů představují takové konstrukce obráběcích strojů, jejichž kinematika pohybových os není čistě sériového charakteru. Tento text shrnuje přehled strojů a principů nových kinematických struktur představených na veletrhu EMO 2009 v Miláně. Jedná se především o paralelní kinematiky s redundatním počtem pohonů. 1 Úvod Současné obráběcí stroje poměrně konzervativně dodržují léty prověřenou a jednoduchou sériovou kinematickou strukturu jejich konstrukce. Stroje jsou tvořeny především třemi lineárními pohybovými osami a případně přídavnými dvěmi rotačními osami zařazenými do série. Pohybové osy jsou konstrukčně navázány na sebe, což vyžaduje jejich vysokou tuhost, aby nedocházelo ke změně geometrie stroje při jeho pohybu, obrábění a jejich vzájemnému ovlivňování. Vysoká tuhost je však spojena s vysokou hmotností pohybových os a tím nízkou dynamikou jejich pohybu. Nové kinematické struktury v oblasti obráběcích strojů opouští myšlenku této sériové struktury a využívají především paralelních kinematik, které umožňují s poměrně lehkou mechanickou konstrukcí docílit dynamického pohybu nástroje vůči obrobku současně ve více souřadnicích. Schématické porovnání klasické sériové kinematické struktrury a struktury s paralelní kinematikou je zobrazeno na obr. 1 a obr. 2. Obr. 1: Schéma sériové kinematické struktury Obr. 2: Schéma paralelní kinematické struktury V oblasti strojírenství můžeme stroje s paralelní kinematikou rozdělit na dvě základní skupiny: Obráběcí stroje s paralelní kinematiokou Manipulátory s paralelní kinematikou Na veletrhu EMO 2009 v Miláně nebylo v oblasti nových kinematických struktur strojů mnoho vystavovatelů. Z toho lze usuzovat, že současný trend se zaměřuje spíše na klasické kinematické struktury, u kterých dochází k postupnému vylepšování jejich mechanické konstrukce a pohonů. 2 Stroje s paralelní kinematikou Na veletrhu EMO 2009 v Miláně byly pouze dva vystavovatelé, kteří představili obráběcí stroje s paralelní kinematickou strukturou. Jedním z nich je německá firma Metrom Mechatronische Machinen GmbH, která vystavovala pětiosý obráběcí stroj s paralelní kinematikou pod označením P1000. Nejednalo se zde o novinku v oblasti paralelních kinematických struktur, nebot firma Metrom nabízí stroje s touto kinematickou strukturou již od roku Obráběcí stroj Metrom P1000 je vybaven paralelní kinematickou strukturou s pěti shodnými kuličkovými šrouby a rotujícími maticemi umístěnými kloubově do rámu stroje. Tyto kuličkové šrouby pak společně nesou

84 82 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 vřeteno s nástrojem, které řízenými pohyby všech rotačních matic umožňuje polohování vřetene a jeho natáčení více jak o 90. Tím je umožněno souvislé obrábění obrobku z pěti stran pouze na jedno jeho upnutí. Díky své konstrukci dosahuje stroj pracovních posuvů až 45 m/min a zrychlení ve všech směrech až 10 m/s 2 při přesnosti polohování ±0,010 mm a opakovatelnosti 0,003 mm. Stroj umožňuje upnutí obrobků o max. velikosti 1000 x 1000 x 600 mm s celkovou hmotností od 300 kg až do kg. Pro řízení stroje je nabízen řídící systém Andronic 2060 nebo nově také Siemens Sinumerik 840D sl. Fotografie stroje Metrom P1000 včetně detailu jeho paralelní kinematické struktury je zobrazena na obr. 3. Pro obrobky větších rozměrů Obr. 3: Obráběcí stroj Metrom P1000 a detail jeho paralelní kinematické struktury nabízí firma Metrom variantu stroje P2000 nebo dokonce PG2000, která je vychází z konstrukce portálového obráběcího stroje s gantry pohonem. Takováto řada stroje pak umožňuje obrábění obrobku s maximálními rozměry nepřesahujícími 2000 x 2000 x 1000 mm o maximální hmotnosti kg. Verze stroje PG2000 je vybavena otočným stolem o průměru 2800 mm. Obr. 4: Metrom P2000 Obr. 5: Metrom PG2000 Gantry Druhým z vystavovatelů předvádějící stroj s paralelní kinematickou strukturou byla taiwanská firma Leadwell. Tato firma přestavila obráběcí centrum X-700R postavené na principu tripodu zobrazené na obr. 6. Stroj je vybaven třemi hlavními nosníky ( nohami ) s maximálním délkovým přestavením 700 mm a natáčením vřetene s nástrojem kolem dvou os v rozsahu ±360 a -2, Maximální posuvové rychlosti dosahují hodnoty až 22 m/min a 45 rpm. Detailní pohled na kinematickou strukturu stroje X-700R je zobrazen na obr. 7 a obr. 8. Hlavní výhodou stroje X-700R je jeho vysoká dynamika pohybu, která dosahuje zrychlení až 3g. To předurčuje použití stroje na velmi dynamické obrábění při současném požadavku malého počtu upnutí obrobku.

85 Nové kinematické struktury strojů 83 Obr. 6: Obráběcí centrum Leadwell X-700R s paralelní kinematickou strukturou Obr. 7: Boční náhled na obráběcí centrum X-700R Obr. 8: Přední pohled na obráběcí centrum X-700R 3 Manipulátory s paralelní kinematikou Další skupinou využívající paralelní kinematiku ve své konstrukci jsou manipulátory. Na veletrhu EMO2009 v Miláně byly takovéto typy manipulátorů k vidění opět pouze u dvou výrobců. Prvním z nich je firma Fanuc a její divize Robotics. Ta vystavovala svoji nejmenší řadu robotů s paralelní kinematikou nesoucí označení M-1iA/0.5A, která je zobrazena na obr. 9. Robot je tvořen trojicí vzpěr, které jsou rotační vazbou spojeny s rozpracovánou platformou nesoucí zápěstí robota. Maximální hmotnost přepravovaného dílu je 0,5 kg při opakovatelnosti polohování +/- 0,02 mm. Robot je vhodný pro kompaktní a velice rychlé výrobní buňky. Obr. 9: Robot Fanuc M-1iA/0.5A s paralelní kinematickou strukturou

86 84 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Pro manipulaci s těžšími předměty nyní nabízí Fanuc ještě vyšší řadu manipulátoru s paralelní kinematickou strukturou s označením M3iA. Ten je schopen manipulovat s předměty o celkové hmotnosti až do 6 kg s rychlostí zápěstí 4 /s v 4 osé variantě a 2 /s v 6 osé variantě při opakovatelnosti 0,1 mm. Druhým představitelem manipulátoru využívající konstrukce s paralelní kinematikou je manipulátor s dvěma stupni volnosti představený firmou Fatronik, který byl vyvinutý v rámci evropského projektu Next. Tento manipulátor se vyznačuje zrychlením až 52g a maximální dosahovanou rychlostí 12,5 m/s. Robot by měl být až 10x lehčí a tužší než klasické manipulátory s dvěma stupni volnosti. Celkový náhled na manipulátor včetně detailu paralelní kinematické struktury je uveden na obr. 11. Obr. 10: Robot Fanuc M-3iA s paralelní kinematickou strukturou Obr. 11: Vysokodynamický manipulátor Fatronik vyvinutý v rámci evropského projektu Next 4 Shrnutí a závěr Jak již bylo naznačeno v úvodu, na veletrhu EMO2009 v Miláně nebylo mnoho vystavovatelů představujích stroje s novými kinematickými strukturami. Vystavované stroje využívali v drtivé většině případů klasické kinematické struktury prověřené již z dřívějších konstrukcí. Vyjímku v oblasti obráběchích strojů tvořila pouze německá firma Metrom a taiwanská firma Leadwell, které vystavovaly plnohodnotné stroje s paralelní kinematickou strukturou. Nové kinematické struktury byly ale k vidění i v oblasti robotů, resp. manipulátorů, kde kralovala především firma Fanuc se svými roboty s paralelní kinematikou. V oblasti manipulátorů představila také firma Fatronik prototyp vysoce dynamického manipulátoru s paralelní kinematikou.

87 85 Těžké obráběcí stroje Patrik Vook, Ivan Diviš, Eduard Stach Abstrakt: Tématem článku je shrnutí aktuálního celosvětového stavu výrobců těžkých obráběcích strojů, kteří vystavovali na výstavě EMO 2009 v Milánu. Článek se zaměřuje na těžké horizontální frézovací a vyvrtávací stroje, na těžké horizontální soustruhy a příslušenství k těmto strojům. 1 Úvod Letošní veletrh byl poznamenán současnou ekonomickou recesí, což bylo patrné zejména na úspornosti některých expozic a na menším počtu návštěvníků ve srovnání s EMO 2007 v Hannoveru. 2 Horizontální frézovací a vyvrtávací stroje Jako jeden z lídrů na trhu v oblasti výroby a prodeje těžkých horizontek nesměl chybět mezi vystavovateli tradiční český výrobce firma ŠKODA MACHINE TOOL (obr. 1). Škoda představila na stánku formou velkorozměrové fotografie svoji těžkou horizontku HCW3 s průměrem vřetena do 260 mm, výsuvem vrtacího vřetena a pinoly do vzdálenosti 3000 mm a posuvem v ose do Y=7 m. Tento stroj je dále vybaven nezávisle posuvnou plošinou obsluhy a automatickou výměnou nástrojů, s možností automaticky měnit nástroje, jak do vřetena stroje, tak do frézovacích hlav připojených na pinolu. Hmotnost Obr. 1: Stánek firmy ŠKODA MACHINE TOOL nástroje do 60 kg ISO 60. K tomuto výrobci je třeba na závěr ještě upozornit, že presentovaný stroj není to největší, co Škoda dokáže vyrobit. Již několik strojů řady HCW4 s průměrem vřetena 300 mm, výsuvem vrtacího vřetena a pinoly do vzdálenosti 3800 mm a posuvem v ose do Y=10 m spolehlivě pracuje u svých zákazníků. Obr. 2: Stroj PAMA SPEEDRAM 4000 Obr. 3: Stroj PAMA SPEEDRAM 4000

88 86 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Další významný hráč na trhu s těžkými horizontkami a zároveň největší domácí vystavovatel firma PAMA se presentovala velkolepou expozicí. Dominanta celého stánku byl stroj SPEEDRAM 4000 (obr. 2 a obr. 3) s vrtacím vřetenem 200 mm, s pojezdy X=10 m, Y=6,5 m. Tento stroj na sebe upoutával pozornost všech návštěvníků. Provedení stroje zahrnovalo standardní stroj doplněný samopojízdnou plošinou obsluhy a automatickou výměnu na 100 nástrojů o hmotnosti až 60 kg s možnou výměnou i do frézovacích hlav. Zbývající část expozice doplňovalo množství fotografií z realizovaných zakázek firmy. Další velkou expozicí se presentovala firma FPT. Ta na svém stánku představila kromě jiného i stroj SPIRIT 460 (obr. 4 a obr. 5), vybavený koaxiálním uspořádáním hlavního pohonu, řízenými hydrostatickými buňkami, hydrostatickým uložením vřetena, hydraulickým vyvažováním vřeteníku, samopojízdnou kabinou a automatickou výměnou nástrojů s řetězovým zásobníkem. Parametry vystavovaného stroje jsou: průměr vrtacího vřetena 180 mm, pojezdy X=14 m, Y=6m, Z=1750 mm, W=1000 mm a maximální otáčky vřetena 3000 ot/min. Koaxiální uspořádání hlavního pohonu bylo představeno jako novinka na EMO 2007 v Hannoveru právě firmou FPT a firmou Waldrich-Coburg. Jako důkaz zvládnutého hydrostatického uložení vystavila firma pinolu HYDROQUILL stroje SPIRIT, s možností přesvědčit se o téměř nulovém odporu otáčení. Obr. 4: Vystavovaný stroj SPIRIT 460 a koaxiální uspořádání pohonu Obr. 5: Vystavovaný stroj SPIRIT 460 a koaxiální uspořádání pohonu Německá firma UNION představila formou fotografie novou řadu svých horizontek stroj PR 200/250 s průměrem vrtacího vřetena 200 resp. 250 mm, výkonem hlavního pohonu až 130 kw a svislým pojezdem až 10 m (obr. 6). Maximální otáčky vřetena uvádí 2400 min-1. Stroj doplňuje otočným stolem s nosností až 250 t dodávaný firmou specializující se na výrobu otočných stolů Demmeler, která se také presentovala v Milánu. Další tradiční Německý výrobce těžkých obráběcích strojů firma WALDRICH COBURG, která na minulém EMO 2007 vystavila spolu s firmou FPT koaxiální uspořádání hlavního pohonu horizontky, se v tomto roce omezila jen na prezentaci frézovacích hlav pro svá portálová pracoviště. Tradiční Italský výrobce těžkých obráběcích strojů firma INNSE BERARDI se omezila jen na prezentaci svých výrobků formou videa (obr. 8). Její stánek byl doplněn jednoosou hirthovou frézovací hlavou s vysokými Obr. 6: Presentace stroje Union s parametry parametry - 80 kw, 6360 Nm, 1500 min -1. Hlava byla určena především pro portálová pracoviště, ale firma nevylučuje použití této hlavy na svých horizontkách (obr. 7).

89 Těžké obráběcí stroje 87 Obr. 7: Stánek firmy WALDRICH COBURG Obr. 8: Presentace firmy INNSE BERARDI Firma SCHIESS SMTCL výrobce horizontek vystavila dvě těžké hlavy pro portálová pracoviště. První o 90 kw, 9000 Nm a 2500 min-1, druhá 50 kw, 2000 Nm a 2500 min-1. Další hlavy presentovala formou obrázků s doplněním hlavních parametrů - od prosté prodlužovací hlavy s převodem, 1 osé NC kývací hlavy až po speciální hlavy, co do tvaru i použití. Firma SCHIESS MOWEG představila stánek s modelem těžkého portálu pro f. Richter v Německu. Katalogově firma nabízí stroje obrovských rozměrů - horizontku s vřetenem 320 mm a svislým pojezdem Y= 14 m, soustruh s oběžným průměrem 7 m a nosností 500 t. Bohužel většina výrobního programu společnosti byla představena jen formou počítačových 3D modelů. Firma v prospektu uvádí zákazníky, pro které jsou tato pracoviště realizována. Frézovací hlavy pro tohoto výrobce dodává firma Kuema. Další výrobci, které zde budu dále uvádět, patří spíše do oblasti strojů "vyšší střední třídy", než do oblasti těžkých obráběcích strojů, přesto si myslím, že bych se zde měl o nich zmínit. Firma SACHMAN představila horizontku MP212HS (obr. 9) s průměrem vřetene 160 mm. Koncepce rámu stroje využívá principu symetrického stojanu s hydraulickým vyvažováním vřeteníku. Čelní plocha pinoly připravena pro automatické připojení řady příslušenství, uložené v sousedním pick-upu s krycí roletou. TOS VARNSDORF, tradiční český výrobce vystavoval stejně jako na EMO 2007 svoji horizontku WRD 150 Q doplněnou o nový otočný stůl s nosností 40 t. Další novinkou "Varnsdorfu" je nová horizontka WRD 170 (Q), která má být představena veřejnosti v roce Společnost se též presentovala jako prodejce portálových strojů. K rozšíření sortimentu došlo spojením s českým výrobcem portálů společností Strojírna TYC. Další český výrobce horizontek, firma FERMAT vystavila dva stroje ze svého širokého výrobního programu. Prvním byla horizontka smykadlového typu WRD 150 Q s průměrem vrtacího vřetena 130 mm (obr. 10). Stroj byl v T provedení, doplněn podélným stolem, automatickou výměnou nástrojů i do frézovacích hlav a samostatně stojící samopojízdnou kabinou. Druhý stroj byla horizontka WRFT130CNC (obr. 11). Obr. 9: Stroj MP212HS firmy SACHMAN

90 88 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 10: Stroj WRD 150 Q Obr. 11: Stroj WRFT 130 V doprovodném obrazovém materiálu firma představila mnoho novinek ze svého výrobního programu. Začal bych obecně. Jedná se o posun strojů do velikosti průměru vřetene 160 mm. Dále se jedná o doplnění pracoviš o frézovací hlavy s možností automatického upnutí na čelo pinoly. Další novinkou je možnost osadit své stojany naklápěcím vřeteníkem s rozsahem naklápění 0-7 st. a rozšířit tak technologické možnosti stroje. Poslední novinka, kterou jsem u této ryze české, dynamicky se rozvíjející firmy zaznamenal, je vřeteník označený EV 3400 (obr. 12), zkratka pochází zřejmě ze slova "evoluce", s přímým pohonem vrtacího vřetena Obr. 12: 3D presentace pinoly vřeteníku EV 3400 dutým motorem umístněným přímo v pinole. Toto znamená, že Fermat patří mezi další výrobce s koaxiálním uspořádáním hlavního pohonu dle vlastní koncepce. Španělská firma JUARISTI vystavila novou verzi stroje TS5 - horizontku v T uspořádání s průměrem vrtacího vřetena 150 mm, výkonem 37 kw, max. momentem 1930 Nm a s možností přeměny na frézku připojením velké frézovací hlavy (obr. 13). Stroj doplněn podélným stolem nosnosti 30 t a stabilní automatickou výměnou. Skupina výrobců PARPAS představila ve své expozici frézku FORMULA firmy OMV (obr. 14), s koncepcí symetrického stojanu s velmi nízkou spodní polohou vřeteníku, samopojízdná kabina na boku stojanu. Obr. 13: Stroj TS5 firmy Juaristi Obr. 14: Stroj FORMULA firmy OMV

91 Těžké obráběcí stroje 89 Další novinkou od PARPASU je studie nové řady horizontek INVAR (obr. 15). Řada INVAR 2 nabízí vrtací vřeteno s průměrem mm, otáčky vřetena 3000 min -1, výkon 80 kw, max. moment 8800 Nm, výsuv pinoly Z=1250 mm, výsuv vřetena W= 1000 mm. Řada INVAR 3 nabízí vrtací vřetena 180 a 200 mm, otáčky vřetena 2500 min -1, výkon 100 kw, max. moment Nm, výsuv pinoly Z=1500 mm, výsuv vřetena W=1250 mm. Méně známá firma MAKE představila svoji horizontku smykadlového typu ALTAIR s vrtacím vřetenem pr. 160 mm. Stroj je postaven na principu svařovaného symetrického stojanu s vedením vřeteníku mezi bočními stěnami stojanu. Vedení všech os je valivé. Svislý přívod na vřeteník je veden bočně mimo stojan. Všechny řídící díly měly dodatečné opláštění pro lepší vzhled stroje. Obr. 15: Studie horizontek INVAR Další dominantou pavilonu bylo pracoviště od předního výrobce frézek, společnosti SORALUCE. Na svém stánku představila frézku FXR se svislým pojezdem 6,5 m a výsuvem smykadla 1900 mm (obr. 16). Maximální výkon vřetena 46 kw a otáčky vřetena univerzální frézovací hlavy na smykadle 4000 ot/min. Stroj byl doplněn otočným stolem s nosností 60 t, deskou 3 x 3 m od firmy DEMMELER. Automatická výměna u těchto strojů je samozřejmostí a je včleněna do celkové struktury stroje. Obr. 16: Stroj Soraluce FXR20000 s otocnym stolem Demmeler Další část výstavní plochy zaujímaly výměnné frézovací hlavy, které zaujmou především svým designem. Zajímavou frézku představila firma MECOF (obr. 17) patřící do společnosti D+S. Stroj byl postaven na principu symetrického stojanu s velmi nízkou spodní polohou vřeteníku. Smykadlo bylo osazeno automaticky výměnou univerzální frézovací hlavou s pohonem druhé osy systémem MASTER-SLAVE. Natáčení první osy realizováno ve smykadle. Další hlavy byly uloženy v pick-upu, který využíval netradičního zakrytování. Krycí stěnu směrem ke stroji bylo možno odsunout po kruhové dráze a zpřístupnit tak vlastní výměnu příslušenství. Firma COLGAR představila stroj FV101-TR12 (obr. 18). Stroj v T uspořádání s otočným stolem podélně pojíždějícím svými parametry nijak nepřevyšoval konkurenci. Zajímavě na tomto stroji byla řešena výměna hlav, které se před stroj předsouvaly z bočního pick-upu kombinovaného s automatickou výměnou nástrojů. Obr. 17: Pracoviště MECOF Obr. 18: Stroj FV101-TR12 firmy COLGAR

92 90 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 19: Kabina obsluhy stroje Zayer 30KCU10000AR Tradiční výrobce frézek firma ZAYER vystavil svůj model 30KCU 10000AR (obr. 19). Tento stroj byl představen již na minulé výstavě METAV Zajímavý je především tvarem kabiny obsluhy. Tvar kabiny je poloválcový, s možností natočení do pracovního prostoru. Samozřejmostí je její nezávislý pohyb v ose Y na pohybu vřeteníku stroje. Tradiční výrobce frézek firma CORREA ANAYAK, vyznačující se dokonalým designem u svých strojů, představila na svém stánku koaxiální uspořádání svého frézovacího smykadla. Oproti klasické horizontce tato koncepce u frézek neřeší výsuv vrtacího vřetena a je mnohem jednodušší jeho aplikace. Finálním členem frézky je dvouosá frézovací hlava s indexováním po 1st. Dále firma vystavila dva vřeteníky pro svá obráběcí centra. První s přímým vřetenem a druhé s kývací hlavou v jedné ose. U těchto vřeteníků využívá již běžného pohonu "motor, dvoustupňová převodovka, finální převod" (obr. 20). Další český výrobce, který v Miláně vystavoval, je firma TOS Kuřim (obr. 21) patřící pod společnost ALTA. Jedná se o tradičního českého výrobce portálů a horizontálních frézek. Společnost vystavovala na stánku dva typy frézovacího vřeteníku a dvě NC kývací hlavy. Obr. 20: Smykadlo s koaxiálním pohonem Obr. 21: Stánek firmy TOS Kuřim

93 Těžké obráběcí stroje 91 3 Horizontální soustruhy Oblast soustruhů, z důvodu rozměru exponátů, byla zastoupena především výrobci středních strojů do oběžného průměru 2000 mm. Na stánku ŠKODA MACHINE TOOL, výrobce těžkých horizontálních soustruhů, byla vystavena frézovací věž IFS5 (obr. 22). Tato frézovací věž je používána na horizontálních soustruzích střední velikosti SR3 s točným průměrem do 3 m točnou délkou 20 m a hmotností obrobku mezi hroty do 160 t. Bohužel tato věž nebyla osazena výsuvnou lamelou a ani hlavou SAUTER. Z tohoto důvodu neměl vystavovaný exponát takovou vypovídající schopnost o své univerzálnosti, jakou s těmito doplňky může firma nabídnout. Hlavní výrobní program společnosti, horizontky a soustruhy, byli prezentovány formou fotografií od zákazníků. Obr. 22: Věž IFS5 Škoda MACHINE TOOL Bohužel tradiční výrobci těžkých horizontálních soustruhů firma WALDRICH SIEGEN a firma SAFOP se výstavy neúčastnily. Firma TORNI TACCHI vystavila svůj menší soustruh doplněný vyvrtávacím zařízením (obr. 23). Další výrobní program představila firma formou fotografií realizovaných projektů. Španělská firma BOST představila soustruh pro opracování klikových hřídelů frézovací technologií (obr. 24). Dva polohovací vřeteníky proti sobě drží polotovar kliky a postupným otáčením a současným frézováním velkou kotoučovou frézou vytváří požadovaný profil klikové hřídele. Zajímavostí bylo provedení opěr s odklopnými lamelami, ve kterých byly uloženy vlastní pistony opěry. Jako doplňující prvek představila firma kývací hlavu pro své frézovací vřeteníky. Pravidelný vystavovatel soustruhů střední velikosti firma Boehringer Werkzeugmaschinen vystavovala soustruh se svislým vedením, frézovacím vřeteníkem s kývací hlavou obdobný jako na předchozích výstavách. Jejich prezentace klade důraz především na předvedení složitých obrobků, které lze na jejich strojích obrobit. Obr. 23: Soustruh TORNI TACCHI T To samé platí i pro výrobce soustruhů WFL. Použití šikmého suportové lože, kde je umístněn frézovací vřeteník s kývací hlavou a revolverovou hlavu pro soustružnické a frézovací operace. Stroje se vyznačují především dokonalým zakrytováním pracovního prostoru. Automatická výměna je situovaná za vřeteníkem a dopravu nástroje do vřetena frézovacího vřeteníku zajiš uje manipulátor. Těžké karusely, brusky, portálové frézky a novinky v oblasti komponent elektrovýzbroje nebyly v tomto materiálu zahrnuty. Obr. 24: Soustruhové pracoviště BOST na klikové hřídele

94 92 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Shrnutí a závěr Obecně bylo na EMO 2009 možné vysledovat trend v oblasti těžkých strojů: Výrobci frézek se pouští do výroby horizontek Výrobci středních strojů se pouští do výroby větších strojů Nedošlo k významnému rozšíření použití koaxiálního uspořádání pohonu u tradičních výrobců horizontek U některých výrobců horizontek dochází k nákupu otočných stolů u specializovaného dodavatele, např. firma DEMMELER Výrobci obráběcích center demonstrují 5ti-osé obrábění na opracování ozubených kol. Doposud bylo prezentováno na turbínových kolech.

95 93 Stavba nosných soustav Jan Smolík, Pavel Lysák, Jiří Hovorka, Ivan Diviš, Václava Lašová Abstrakt: Příspěvek hodnotí aktuální stav využívaných materiálů pro stavbu nosných soustav. Dále je představena aktuální nabídka firem produkujících nekonvenční materiály a materiálové struktury pro stavbu nosných dílů výrobních strojů. Prezentovány jsou nabídky výrobců dílců z cementového betonu, polymerbetonu, granitu i vláknových kompozitů. V závěru jsou představeny některé zajímavé nosné struktury obráběcích strojů. 1 Úvod Nosné struktury se začínají všeobecně více podřizovat výsledkům výpočtových optimalizací. Často je již možné nalézt na strojích zkosené stojany a to dokonce ve všech třech rovinách, což je požadavek plynoucí z optimální topologické podoby stojanů. Při pozorném sledování je možné rozpoznat, že již mizí dříve velmi významné rozdíly mezi japonskými a obecně asijskými a evropskými nosnými strukturami a komponenty. Především v oblasti užívaných komponentů valivých vedení došlo v posledních letech k velkému sblížení. S ohledem na užívané materiály ve stavbě nosných struktur lze konstatovat, že nedochází k významným změnám. Častěji je však možné vidět náhrady původně litinových pohyblivých stojanů za stojany svařované, bohatě žebrované. Někdy jsou stojany vytvářeny až z překvapivě tenkých ocelových plechů, ale s o to složitější topologickou strukturou. Pokud sledujeme uplatňování nekonvenčních matariálů ve stavbě nosných dílců, tak je zřejmé že k žádnému dramatickému rozšiřování u nich nedochází. Pokud uvažujeme o uplatňování méně obvyklých materiál ve stvabě nosných dílců, než je ocel ve formě svařenců a různé druhy litiny, pak mezi nejdosažitelnější materiály patří polymerní a cementrové betony, přírodní žula, nebo kombinace svařenců a odlitků s betonovými výplněmi. Bohužel žádný z uvedených nestandardních materiálů nenabízí významně odlišné hodnoty specifického modulu pružnosti. Lze tedy s jistým zjednodušením konstatovat, že z oceli, litiny, kamene, betonu nebo kombinací těchto materiálů můžeme při shodné hmotnosti dílců vytvořit přibližně stejně tuhé dílce. Pokud budeme hledat potenciální materiál pro stavbu dílců velmi lehkých a tuhých, pak je to ocel v podobě tenkostěnných svařenců. Pokud budeme naopak hledat materiál s větším vnitřním materiálovým tlumením, pak je to litina a betony. Avšak z těchto materiál je obtížné navrhovat dílce lehké s vysokou statickou tuhostí. Pokud bychom nazírali materiály z hlediska teplotně mechanického, pak se mohou jevit betony jako vhodnější, ale skutečnost, že tyto matariály potřebujeme ve stavbě strojů spojovat obvykle s ocelovými dílci tento klad částečně smazává. Při kombinacích oceli a betonu je pak otázkou poměr jejich tuhosti, tepelné roztažnosti a problém nestejného šíření tepla v těchto matariálech, který určuje výsledné teplotně mechanické chování. Z hlediska volby nejvhodnějšího materiálu pro stavbu nosných dílců nelze paušálně činit žádné rozhodnutí ani doporučení. Vždy je možné se zabývat jen konkrétní náhradou materiálu u konkrétního dílce. Nepochybně lze z oceli, litiny i betonů postavit stroj se stejnými kvalitativními parametry. Významějšími otázkami pro vhodnou volbu stavebního matariálu jsou pak spíš ně fyzikální vlastnosti materiálu otázky zpracovatelnosti, obrobitelnosti, nákladů na výrobu, rychlosti dodávky dílce od zadání do výroby a další technologicko-hospodářské ukazatele. Výraznější potenciál pro uplatnění lehkých struktur z nekonvenčních materiálů je pak možné hleadat u dílců pohyblivých a velmi vyložených. Jedná se zejména o vřeteníky a příčníky. U stojanových těles je pak obvykle třeba hledat kompromis mezi statickou tuhostí a modálními vlastnostmi při co nejnižší hmotnosti. Nevyčerpaný potenciál ve stavbě nosných struktur stále spočívá v jejich optimálním dimenzování. Dnešní výpočtové metody umožňují hledat optimální rozložení materiálu v určeném hraničním konstrukčním prostoru a umožňují také již ve fázi návrhu stroje analyzovat interekci modálních vlastností skeletu stroje s pohony a jejich regulací. Užitím těchto metod lze skutečně navrhovat skelety strojů s menším instalovaným

96 94 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 množstvím stavebního materiálu, při vysoké statické tuhosti a modálních vlastnostech přiměřených pohonům. Lze se tak vyvarovat zbytečného a škodlivého předimenzovávání dílců a šetřit suroviny a následně i energii potřebnou pro pohyby stroje. 2 Materiály pro stavbu 2.1 BÖGL REITZ - HIPERCON Firma BÖGL REITZ představila odlitky na bázi vysokopevnostního cementového betonu HIPERCON vztuženého armováním. Na obr. 1 je vidět stojan horizontální frézky s vřeteníkem. Rozmístění komponent na opracované odlitky se provádí pomocí závitových pouzder vlepených do vrtaných otvorů. Beton je odléván za za průběžného střásání ve vakuové atmosféře, tak aby byl minimalizován vzduch obsažený ve struktuře. Společnost TOSHULIN a. s., představila nový karuselový soustruh, jehož hlavní nosné dílce byly vyrobeny z tohoto betonu obr. 2. Uváděné přednosti materiálu HIPERCON: vysoká pevnost v tlaku; nízká tepelná vodivost; dobré materiálové tlumení; flexibilní změna tvaru konstrukce; nízké náklady. Obr. 1: BÖGEL REITZ - HIPERCON Obr. 2: Základové lože stroje TOSHULIN Obr. 3: Stojan stroje TOSHULIN Obr. 4: Detail stojanu s uložením převodovky náhonu pastorku pro svislý posuv příčníku.

97 Stavba nosných soustav 95 Obr. 5: Detail upevnění svislých vedení na stojanu TOSHULIN Obr. 6: Detail obrobené (broušené) plochy a vlepených ocelových závitových pouzder pod lineární vedení. 2.2 FRAMAG Hydropol Společnost FRAMAG se dlouhodobě specializuje na návrh, optimalizaci, výrobu a dodávky skeletů obráběcích strojů. Společnost Framag rozhodně není jen výrobce dílců z jejich patentovaného hybridního materiálu Hydropol, ale je to také významná inženýringová firma, která se snaží pomocí moderních metod simulací a užívání mechatronických modelů (zahrnujících pohony a regulaci) hledat skutečně optimální konstrukční řešení rámů. Na EMO2009 společnost Framag představila nové hybridní materiály Hydropol Light a Hydropol Superlight. Jejich základní materiál Hydropol je založen na kombinaci ocelového svařence, vyplněného polymerbetonem. Takto vytvořené dílce dokáží vykazovat dobré hodnoty statické tuhosti i tlumení hlavních strukturálních vlastních tvarů kmitů, ale vykazují vysokou hmotnost. Proto se většinou nedal Hydropol užít pro pohyblivé dílce. Na základě tlaku zákazníků a trhu je třeba nabídnout adekvátní řešení také pro pohyblivé dílce stojanů a příčníků a dílce vřeteníků, které jsou obvykle nejvíce vyložené. U těchto pohyblivých dílců je nezbytné řešit problém hmotnosti a minimalizovat jí. Společnost Framag proto přišla s nabídkou hybridních materiálů založených opět na ocelových svařencích a výplni, ovšem výplň je rozdílná oproti Hydropolu a má dva stupně nižší hustoty než u základního hydropolu. Snížení hustoty je dosaženo změnou plniva epoxidové matrice, ale přesnější údaje nebyla společnost ochotna uvést. Materiál Hydropol je nyní nabízen jako řešení vhodné pro nepohyblivé dílce, základny, lože, materiál Hydropol Light je pak určen pro stojany a příčníky a materiál Hydropol SuperLight je určen pro vřeteníky a dílce s nároky na nejnižší hmotnost. Obr. 7: Pohybová skupina reprezentující užití jednotlivých druhů materiálu Hydropol Obr. 8: Demonstrační těleso smykadla z materiálu Hydropol- Superlight a stojanu z materiálu Hydropol-Light

98 96 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano DEMMELER DemTec Společnost Demmeler je v ČR známá spíše jako výrobce a velkých přídavných otočných stolů. Mezi její tradiční produkty však patří také výroba nosných dílců obráběcích strojů. Jejich základním stavebním materiálem je materiál obchodně nazívaný DemTec. Nosné díly jsou tvořeny obdobně jako Hydropol vnější svařovanou strukturou s žebrováním a výplní. Jako výplň však Demmeler užívá cementový beton s armováním. Pro armování je užito jak hlavních výztužných armovacích tyčí, která propůjčují tělesu vyšší tuhost, tak i drobných armovacích prvků kotvených k vnitřním stěnám svařenců. Jako materiál výplně je užit tzv. drátkobeton, tedy beton s rozptýlenými drobnými armovacími drátky. Obr. 9: Základní koncepční schéma materiálové struktury DemTec firma Demmeler. Obr. 10: Příklad přípravy svařence struktury DemTec. Patrné jsou vnitřní podélné armovací výztuže. Obr. 11: Příklad užití materiálové struktury DemTec pro vytvoření nosného tělesa bočnice portálového stroje. Obr. 12: Srovnání materiálové struktury DemTec s litinou a ocelí dle prezentačních prospektů Demmeler 2.4 SCHNEEBERGER Mineralguss Německá společnost Schneeberger není jen známým výrobcem přesné lineární techniky, ale již řadu let nabízí dodávku nosných dílců z polymerbetonu a také dodávku celých skeletů strojů. Její polymerbeton nazývá obchodně Mineralguss (dříve Rhenocast) a není bez zajímavosti, že moderní slévárna Schneeberger již několik let úspěšně funguje v ČR. Odlévání polymerbetonu Schneeberger probíhá nejčastěji do kovových forem, často duralových s ocelovou výztuží. Do vnitřní části formy jsou osazeny veškeré inserty a to jak závitová pouzdra, tak i ocelové lišty (většinou pod lineární vedení), nebo ocelové desky pro ustavování strojů, transport nebo spojování s dalšími dílci. Nejprve je forma sestavena, do vnitřní části je nástřikem aplikován separační vosk a na něj vnější barva dílce. Následně je do formy nalévána směs epoxidu a různě hrubých frakcí kamene. Kombinace jednotlivých frakcí kamene je podřízena aktuální odlévané části dílce a během odlévání se mění. Litina ve formě je následně střísána na velkých vibračních základových deskách. Po vytvrzení je provedeno odformování a dílec je připraven pro drobné opravy a obrábění funkčních ploch, nebo slepování s dalšími dílci. Stejně jako u cementových betonů dochází k lití za studena a do vnitřní struktury dílce je tedy možné s výhodou zabudovat rozvody infrastruktury médií nebo průchodky pro kabelové svazky. Pro odlehčení dílců je možné do vnitřních prostor zalít polystyrenová jádra, která v dílci zůstávají a zajistí při lití potřebný vymezený odlehčený prostor. V dosažitelných přesnostech obrobení hlavních vodicích ploch, ocelových insertů, je možné dosáhnout stejných přesností, jako i dílců ocelových nebo litinových. Na EMO bylo prezentováno základové lože stroje DMG Ultrasonic 20 linear s prezentovanými hodnotami rovinnosti

99 Stavba nosných soustav 97 a rovnoběžnosti do 5um. V roce 2009 se dostala společnost Schneeberger na 2. místo ve světové produkci výrobků z minerální litiny pro obor výrobní techniky. Na 1. místě se tradičně drží konkurenční společnost Epucret. Nutno dodat že nabídka společnosti EPUCRET je exklusivní v tom, že dokáže nabídnout přesné lití polymerbetonu nahotovo. Geometrické přesnosti souvisejících ploch, které dávají stroji jeho geometrickou přesnost dokáže společnost EPUCRET odlévat nahotovo bez butnosti následného obrábění například ploch pod vedení, nebo ploch spojovacích rovin dílců. Obr. 13: Lože DMG US 20 linear Obr. 14: Detail lože DMG US 20 linear na stánku firmy Schneeberger Obr. 15: Detail polmerbetonového odlitku s integrovanou ocelovou lištou pod lineární vedení a s osazenou kolejnicí lineárního vedení. Obr. 16: detail dilatačních spár zalitého ocelového profilu, který je základem pro upevnění kolejnice lin.vedení. Řešení je vynucené rozdílnou teplotní roztažností a teplotně mechanickými vlastnostmi oceli a polymerbetonu. 2.5 Jinan Dongxing Granite Precision Measure Co., Ltd. Není úplně jednoduché identifikovat správný název čínské firmy prezentující na EMO granitové a polymerbetonové nosné dílce. Uvedený název je oficiálním pro registraci na EMO, ale v dalších materiálech nalezneme také názva Jinan East Star Precision Measure Co., Ltd, nebo také Eaststar granite precision measure, EAST STAR Marble & Granite Factory, nebo DongXing Group. At již se společnost jmenuje jakkoli, na EMO vystavovala nabídku polymerbetonových odlitků a žulových dílců. Kromě produktů určených pro stavbu měřících strojů vystavovala také hybridní lože (obr. 19), jehož základ tvoří polymerbeton a plochy k připevnění kolejnic lineárních vedení jsou vyrobeny z přírodní žuly. Spojení mezi polymerbetonem a granitem je provedeno pomocí insertů a šroubů. Dalším zajímavým produktem této společnosti je patentovaná deska z umělého granitu s vloženou hliníkovou voštinou (obr. 20). Při takové kombinaci dosahuje tlumení desky až 10ti násobku oproti desce ocelové. Rozměry je možno upravit v rozmezí 300x300mm do 8000x3000mm. Možný rozsah tlouštěk takovýchto desek se nepodařilo zjistit.

100 98 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 17: Polymerbetonové odlitky základních loží obráběcích strojů Obr. 18: Nosná struktura měřícího stroje z přírodní žuly. Obr. 19: Hybridní lože - polymerbeton+přírodní granit Obr. 20: Granitová deska s voštinou - sendvičová struktura 2.6 Jinan Xinlei Precision Machinery Co.,Ltd. Další vystavující čínskou společností nabízející dílce z přírodní žuly byla firma Jinan Xinlei Precision Machinery Co.,Ltd. Dílce jsou opracovávány řezáním a broušením a spojování je prováděno téměř výhradně pomocí kovových vlepených insertů se závitovým pouzdrem. Podle prezentovaných příkladů realizovaných zakázek se jeví společnost jako poměrně zkušená v daném oboru a bylo by jistě zajímavé získat přesnější informace o jejich technologických možnostech specifických pro stavbu nosných soustav obráběcích strojů. Obr. 21: Příklad tříosé nosné struktury z přírodní žuly Obr. 22: Příklad žulové nosné struktury části obráběcícho stroje, pravděpodobně soustruhu.

101 Stavba nosných soustav Ocelové svařence Ocelové svařence patří mezi standardní druhy základních těles nosných struktur. Na EMO se žádný z výrobců, kteří užívají ocelové svařence touto skutečností přímo neprezentoval. Vyjímkou byla pouze prezentace italské firmy Benazzato S.r.l. a prezentace svařovaných nosných struktur frézovacích strojů firmy Baykal. Obr. 23: Příklad nosné struktury jednoho z portálových strojů firmy Benazzato S.r.l. Obr. 24: Prezentovaná svařovaná nosná struktura portálu firmy Benazzato S.r.l.. Obr. 25: Bustě žebrovaný svařovaný vřeteník firma Byakal Obr. 26: Základové lože vertikálního centra firmy Baykal. Pohled je na spodní stranu před zavažením a po zavažení spodním krycím víkem. 2.8 Vláknové kompozity Ucelenou nabídku výroby nosných dílců pro obráběcí stroje z vláknových kompozitů představovala na EMO pouze společnost Compotech. Společnost Compotech patří mezi největší zpracovatele vysokomodulových uhlíkových vláken v České Republice a mezi jednoho z největších producentů Hi-Tech kompozitních materiálů v ČR. Zhruba před 4-mi lety začala společnost zahajovat svoji spolupráci s oborem obráběcích strojů a to především úspěšnou spoluprací s fy Tajmac-ZPS, a. s. v oblasti vývoje koaxiálních náhonových hřídelí pro vícevřetenové soustružnické automaty a dále pak výzkumně-vývojovou spoluprací s Výzkumným centrem VCSVTT při vývoji realizaci a testování plně kompozitových vřeteníků. Vzhledem k velké poptávce po nosných dílcích obráběcích strojů s nižší hmotností, vším tlumením a výrazně lepšími modálními parametry se společnost rozhodla vystavovat svoji nabídku řešení pro obor obráběcích strojů na EMO. Je třeba s respektem říci, že nabídka společnosti Compotech pro oblast obráběcích strojů je velmi ucelená a promyšlená a schopnost hledat možné provedení nosných dílců z uhlíkových kompozitů je velmi vysoká. Lze s jistotou předpokládat, že pokročilé kompozitní materiály s unikátními vlastnostmi si budou v oblasti obráběcích strojů postupně vytvářet pevnou pozici a je potěšující že právě česká firma přichází na světový trh s takovouto nabídkou hi-tech řešení.

102 100 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 27: Stánek české společnosti Compotech. V přední části stánku jsou vystaveny kompozitní díly z ultravysokomodulových uhlíkových vláken. Obr. 28: Celokompozitový vřeteník vyrobený společností Compotech při měření sttaické tuhosti v laboratoři VCSVTT. 3 Nosné struktury Přestože stavbě nosných soustav vládne ocel a litina, bylo na veletrhu možno vidět prezentace několika strojů postavených na základě jiných materiálů. Mezi časté zástupce strojů užívajích granit, polymerbeton nebo hybridní struktury jako stavební matariál nosné struktury patří brusky. Například bruska Synchro Fine XL pro kombinované technologie broušení od společnosti DVS Prämeva (obr. 29) má celé lože vyrobeno z přírodní žuly. Stejně tak je z žuly vyroben pohyblivý stojan osy X1. Ostatní pohyblivé části brusky jsou vyrobeny z šedé litiny nebo z oceli. Objevují se však i jiné kombinace materiálů. Např. brousící a frézovací centrum Meccanodora Uros 30 CNC má hlavní nosnou strukturu vyrobenou jako svařovaný ocelový rám. Pro zlepšení tlumících vlastností je lože vyplněno polymerbetonem (viz obr. 30.).. Obr. 29: Struktura DVS Prämeva SynchroFine XL Obr. 30: Meccanodora Uros 30 CNC V oblasti nosných struktur pak mohla zaujmout nosná struktura stroje Omniflex Tri-center společnosti Buffoli. Stojanová tělesa jsou vytvořena jako ocelové svařence s velmi jednoduchou topologií. Tělesa jsou velmi lehká a jsou vytvořena téměř jako prutová soustava. Toto provedení velmi lehkých nosných dílců se může stát inspirací pro úvahy nad odlehčováním stávajích, často velmi předimenzovaných nosných dílů obráběcích strojlů. Je patrné, že uvedený příklad transferového stroje pro hromadnou výrobu není příkladem přesného stroje, avšak provedená jednoduchá konstrukce může být návodem pro další úvahy i při stavbě přesných strojů.

103 Stavba nosných soustav 101 Obr. 31: Celkový pohled na rotační trasferový obráběcí stroj Omni-Flex Tri-Center společnosti Buffoli s třemi pracovními pozicemi. Obr. 32: Na tomto pohledu je patrná velmi lehká a subtilní konstrukce svařovaných stojanů jednotlivých pracovních vřetenových jednotek.. Další inspirací může být také velmi nízká stavba křížových saní a stolové části vertikálního frézovacího centra turecké společnosti Baykal. Jak je patrné z následujícího obrázku, křížové saně jsou rozdělen tak, aby se mezi ně mohl vejít pohon příčné osy Y. Tato koncepce pak umožňuje extrémně nízkou stavbu křížových saní a z hlediska minimalizace klopných momentů je příkaldná. Dalším zajímavým uspořádáním je pohon osy Z stroje PX společnosti GOGLIO. Náhon příčníku je relizován velmi jednoduše jedním středovýn kuličkovým šroubem. Obr. 33: Velmi nízká stavba stolové skupiny díky děleným křížovým saním s pohonem uprostřed. Obr. 34: Příklad jednoduchého středového pohonu příčníku vertikálního centra.

104 102 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Závěr Ve světě výrobních strojů jsou stále za nekonvenční materiály považovány materiály jiné než železné, tj. škála plastů, betonů, minerálních litin a kompozitů. Tyto alternativní materiály mohou mít vhodné vlastnosti pro stavbu konkrétních nosných dílců, avšak jejich nasazení není možné považovat paušálně za výhodné a vhodné. Je nezbytné vést úvahu nad dosažitelnými výhodami při užití nekonvenčních matariálů současně se zvážením negativ a technologicko-hospodářských hledisek. Cementové betony, polymerní betony a přírodní žula jsou z oblasti nekonvenčních materiálů vhodných pro stavbu nosných dílů strojů evidentně nejčastějším řešením avšak na EMO 2009 jsme nepozorovali masový nástup aplikací z těchto materiálů. Využití nosných dílů z vláknových kompozitů je i přes jejich potenciálně vynikající vlastností stále spíše hudbou budoucnosti. Důvodem je dosavadní vyšší cena, speciální nároky na návrh i výrobu a také málo zkušeností v oboru. Jako jeden ze zřejmých signálů zájmu o vláknové kompozity ze strany výrobců strojů lze hodnotit stále obležený stánek sušické firmy CompoTech Plus, která vyrábí vláknové kompozity zhotovené technologií přesného navíjení. Podle projevovaného zájmu lze v budoucnu očekávat více reálných aplikací i z tohoto nekonvenčního materiálu.

105 103 Vřetena a jejich komponenty Petr Kolář, Tomáš Holkup, Jan Moravec, Josef Kekula Abstrakt: Článek popisuje novinky a zajímavosti z oblasti vřeten a jejich komponent prezentovaných na EMO Milano Popsány jsou trendy ve vývoji vřeten pro obráběcí centra a horizontky, vřetenových hlav a vysokootáčkových vřeten. Dále jsou uvedeny novinky ve vývoji komponent. 1 Úvod EMO 2009 v Miláně přineslo z pohledu technika v oblasti vřetenové techniky proti minulým dvěma výstavám v Hannoveru mírné oživení. Složitá ekonomická situace nutí výrobce vřeten a jejich komponent stále inovovat své výrobky. Proto bylo možno vidět množství různých technických zlepšení, které byly vždy tvrdě poměřovány celkovým finančním přínosem pro uživatele. Výrobci vřeten se výstavy účastnili ve velkém počtu - přítomny byly prakticky všechny významné firmy. Většina firem však měla pouze malý stánek nebo sdílenou výstavní plochu s výrobci dalších komponent. Malá byla naopak účast výrobců vřetenových ložisek. Vlastní stánek s kompletní nabídkou měly firmy GMN, SKF a NSK. Firma NTN měla pouze malou sekci na stánku svého italského dealera. Schaeffler Group (INA-FAG) se výstavy EMO nezúčastnila, což prezentovala již na svých technických dnech konaných na jaře 2009 ve Schweinfurtu. 2 Vřetena 2.1 Vřetena pro obráběcí centra a brusky Výrobci vřeten střední velikosti pro obráběcí centra a brusky představili několik zajímavých novinek a konceptů. Španělská firma Danobat vystavovala vřeteno pro vnitřní broušení vyvinuté ve spolupráci s výzkumným centrem Tekniker v rámci projektu Next řešeného v šestém rámcovém programu (obr. 1). Vřeteno má maximální otáčky ot/min, výkon 5,5 kw, krouticí moment 0,9 Nm. Průměr tubusu vřetena je pouze 120 mm. Hřídel vřetena je uložen v aktivních magnetických ložiskách (obr. 2). Pomocí těchto ložisek lze monitorovat řezné síly během procesu broušení. Jako největší výhody tohoto řešení firma uvádí bezkontaktnost uložení a jeho vysokou spolehlivost a dlouhou životnost. Obr. 1: Řez magneticky uloženým vřetenem Danobat Obr. 2: Hlavní uzly magneticky uloženého vřetena Firma Fischer, která měla společný stánek s výrobcem vřetenových hlav Tramec, prezentovala své ucelené řešení v oblasti vřeten a jejich pohonů. Firma svůj koncept nazývá Mechatronic system. Ten se stává z mechanické části (vřeteno), elektrické části (motor), elektronické části (napájecí měnič a vestavěné senzory ve vřeteni) a softwarové části (zajišt uje komunikaci s řídicím systémem). Výsledkem je firmou zaručovaný výsledek Plug&Mill (zapoj a frézuj), kdy uživatel již nemusí řešit nastavení a možnost vzájemné spolupráce všech složek řetězce. Většina vystavených vřeten měla krátkou délu a zadní konec osazený rychlospojkami pro snadné vsunutí a připojení do vřeteníku. To bylo prezentováno na příkladu vřetenové hlavy Tramec AC- 6. Kromě jednotného průměru tubusu se tato vřetena vyznačují také relativně krátkou délkou.

106 104 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 3: Řada vřeten Kessler se shodnými zástavbovými rozměry Podobný koncept prezentovala i firma Kessler, která vystavovala řadu pěti vřeten se stejnými vnějšími rozměry a rozdílými výkonovými parametry (obr. 3). Tři vřetena uprostřed byly univerzální typy s výkonem 35 kw, krouticím momentem 130 Nm a max. otáčkami , a ot/min. První vřeteno (zavěšené níže) bylo vysokomomentové vřeteno s výkonem 46 kw, krouticím momentem 200 Nm a max. otáčkami ot/min. Poslední vřeteno (zavěšené výše) bylo naopak vysokorychlostní vřeteno s výkonem 40 kw, krouticím momentem 90 Nm a max. otáčkami ot/min. Toto řešení umožňuje sdílení některých komponent mezi jednotlivými typy, což snižuje cenu vřetena. Výrobce obráběcího stroje si pak může zvolit, které vřeteno lépe vyhovuje požadavkům zákazníka a tím osadit stroj. Multifunkční stoje umožňující realizovat technologie soustružení a frézování v jednom pracovním prostoru jsou stále více používány pro flexibilní malosériovou výrobu. To sebou přináší specifické požadavky na některé použité komponenty. Např. frézovací vřetena multifunkčních center na bázi soustružnického stroje umožňují upnutí stacionárních soustružnických nástrojů. Aby byla zajištěna trvale správná poloha špičky nástroje a nebyly přetěžována ložiska na předním konci, jsou tato vřetena vybavena zpevněním hřídele. To definuje specifickou skupinu vřeten, která vystavovala např. firma Peron Speed. Její frézovací vřetena mají zpevnění hřídele umístěné mezi předními ložisky, takže do vřetena je možno upnout i stacionární nástroj a soustružit. Pohon vřetena je integrovaným elektomotorem, pro upnutí nástrojů slouží rozhraní Capto. Na stánku koncernu MAG vystavovala vřetena firma Corcom. Podle informací se jedná samostatnou firmu, která byla uvnitř koncernu vyčleněna pro výrobu modulů obráběcích strojů. Název Corcom pochází ze slov Core Components. Firma produkuje pro ostatní koncernové výrobce celé strojní uzly - kromě vřeten se jedná i o otočné a naklápěcí stoly, systémy automatické výměny palet, automatické výměny nástrojů a některé části nosných soustav. Kromě nákladových úspor, které podobné sjednocení výroby přináší, si tak koncern MAG nechává plnou kontrolu nad kompletním vývoj vřeten (nyní tzv. 3. generace) pro své stroje. 2.2 Vřetena pro horizontální vyvrtávačky Horizontální vyvrtávačky používají specifickou konstrukci výsuvných vřeten. Motor umístěný obvykle mimo osu vřetena pohání přes převodovku a převod řemeny nebo ozubenými koly dutou hřídel, ze které se vysouvá vlastní vřeteno. Celý uzel je tak poměrně komplikovaný a má velké množství dílů. Konstrukce tohoto uzlu musí zajistit požadovaný velký krouticí moment na vřeteni a současně mít v ose velký průchozí průměr, ve kterém je umístěno výsuvné vřeteno. Na EMO bylo možno vidět některá vylepšení tohoto konceptu. Firma Fermat prezentovala elektrovřeteno pro své horizontky. Vřeteník s průřezem 420 x 420 mm označený EV 3400 má na duté hřídeli nasazen elektromotor firmy Bosch s maximálními otáčkami 3400 ot/min a krouticím momentem 1100 Nm. Velký vnitřní průměr rotoru motoru umožnuje průchod výsuvného vřetena o průměru 120 mm. Zdvih vřetena (osa W) s rozhraním ISO 50 je 730 mm. Jedná se o elegantní jednoduchou konstrukci s minimalizovaným počtem dílů ve srovnání s klasickým řešením. Obr. 4: Elektrovřeteno horizontky Fermat Obr. 5: Hydrostaticky uložené vřeteno FPT Hydroquill Firma FPT vystavovala inovovaný vřeteník pro stroj Spirit. Tento stroj, vybavený hydrostatickými vedeními ve všech osách, bude nyní osazován vřeteníkem s hydrostatickým uložením výsuvného vřetena, který firma označuje názvem Hydroquill. Dutá hřídel je i nadále uložena ve valivých ložiskách. Firma FPT uvádí jako hlavní výhody tohoto

107 Vřetena a jejich komponenty 105 konceptu zlepšení tlumení vřetena, které prý umožňuje obrábět až o 50% větším řezným výkonem. Hydrostatické uložení prý také výrazně zlepšilo geometrickou přesnost a opakovatelnost polohování. Další výhodou je plynulý pohyb vřetena i při malých posuvových rychlostech, nulové opotřebení povrchu v důsledku eliminace kontaktu kov-kov a odstranění rizika koroze vřetena. Vrstva oleje mezi dutou hřídelí a vřetenem spolu s chlazením vřeteníku umožňují plně kontrolovat tepelný stav tohoto uzlu, takže pokud je použito vřeteno z Invaru (speciální výbava - pouze na přání), zvyšuje se výrazně přesnost opakovaného polohování. 2.3 Vřetenové hlavy Výměnné vřetenové hlavy jsou neoddělitelnou součástí vybavení velkých frézovacích strojů. Hlavy s polohovatelnými sami zvětšují technologické možnosti stroje pro obrábění vodorovných, svislých i šikmých ploch. Hlavy se sousvisle řízenými rotačními osami rozšiřují kinematické možnosti celého stroje. Pokud jsou hlavy vybaveny elektrovřeteny, lze pomocí nich rozšířit také výkonové parametry stroje. Na výstavě EMO bylo k vidění množství vřetenových hlav od specializovaných výrobců i hlav zkonstruovaných výrobci strojů TRAMEC Firma Tramec prezentovala své vřetenové hlavy na společném stánku s firmou Fischer. Jako novinka byla prezentována hlava AC-11 s přímými pohony rotačních os (obr. 6). Jedná se o dvouosou frézovací hlavu s integrovaným elektrovřetenem FISCHER. Obě rotační osy A i C jsou osazeny vodou chlazenými prstencovými motory. Souvisle řízené rotační osy mohou být pneumaticky zpevněny. Obě osy mají přímé optické odměřování. Hlavní nosné těleso (vidlice) a těleso vřeteníku jsou odlitky z litiny GGG. Ložiska jsou mazány tukovou náplní. Dále byla vystavena souvisle řízená hlava AC-6, která má pohony rotačních os provedeny řemenovým a šnekovým převodem. Hlava vyniká především univerzálním konektorovým rozhraním, které umožňuje automatickou výměnu vřeten v hlavě. To bylo prakticky ukázáno na třech vřetenech Fischer (obr. 7). Obr. 6: Hlava Tramec AC-11 Obr. 7: Vřeteno Fischer s konektorovým rozhraním pro výměnu v hlavě Tramec AC CyTec Zylindertechnik Portfolio vřetenových hlav firmy Cytec zahrnuje přímé, jednoosé a dvouosé hlavy s výkony vřeten 8 kw, 12 kw, 21 kw a 30 kw. Konstrukci frézovacích hlav zachycuje obr. 9. Frézovací hlavy jsou osazeny elektrovřeteny CySpeed (s asynchronními nebo synchronními motory ve výkonových řadách od 8 kw do 60 kw) a mají obě rotační osy A i C osazeny vodou chlazenými prstencovými motory CyTorque (obr. 8). Pro dosažení vyššího kroutícího momentu v ose C je využito zdvojených prstencových motorů, které využívají inkrementální odměřování integrované na radiálně axiálním velkoprůměrovém ložisku. Oba motory v ose C pracují na jednom napájecím zdroji. Prstencové motory pro přímý pohon osy A využívají společné absolutní odměřování instalované uvnitř prstence. Oba motory v ose A pracují na jednom napájecím zdroji. Prstencové motory CyTorque jsou koncipovány s vinutím na vnitřním prstenci (statoru) a permanentními magnety na vnějším prstenci (rotoru). Tímto uspořádáním výrobce dosáhl většího poloměru vzduchové mezery a tím i vyššího kroutícího momentu při stejných zástavbových rozměrech, oproti koncepci motoru s vinutím na vnějším prstenci a magnety na prstenci vnitřním. Rotory s permanentními magnety jsou na obou osách vybaveny hydraulicky ovládanou brzdou umožňující pevnou fixaci os při obrábění. Osa A je s osou C spojena ozubeným věncem a fixována prostřednictvím rychloupínacího hydromechanického upínacího rozhraní CyTrac. Připojení fluidního rozhraní zajišt uje rychloupínací systém CyFit. Osu A lze tedy od osy C oddělit a měnit ji dle požadované operace.

108 106 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 8: Konstrukce prstencového motoru CyTorque Obr. 9: Konstrukce frézovací hlavy CyMill Pro řadu frézovacích hlav G 30 jsou rozhraní CyTrack a CyFit prostředky pro flexibilní výměnu vřeten CySpeed (standartní vřeteno 30 kw / 310 Nm / ot.min -1, vřeteno pro dokončovací HSC operace 27 kw / 55 Nm / ot.min -1 ). Firma CyTec představila novou a svou dosud nejvýkonější sérii frézovacích hlav K 50. Tyto frézovací hlavy jsou osazeny přímými pohony s absolutním odměřováním (kroutící moment v osách A a C je Nm, brzdný moment Nm). Vřetena jsou navržena pro obrábění titanových slitin a proto disponují krouticími momenty až do Nm TECHNAI Italská firma Technai Team ( vyrábí čtyři koncepčně odlišné řady prstencových motorů (ty tvořily rozsáhlou část expozice), otočné a naklápěcí stoly, frézovací hlavy a servoaktuátory. Firma prezentovala moduly TO-MAX-A s rotačními osami obsahujícími prstencový motor, ložisko, brzdu, odměřování polohy a rotační jednotku (obr. 10). Vidlicová vřetenová hlava TCH 02 modular je sestavena ze zmíněných modulů. Uvedené pohonové moduly lze využít také v konstrukci naklápěcích stolů. Obr. 10: Modul s rotační osou a jeho použití ve vidlicové vřetenové hlavě Obr. 11: Vřetenová hlava Technai Aplikačně specifické hlavy Většina výrobců vřetenových hlav nabízí obvykle konstrukčně podobné vřetenové hlavy. Základním vybavením stroje mohou být prodlužovací nástavce a hlavy s jednou, nebo dvěma rotačními osami. Dvouosé hlavy jsou v současnosnosti nabízeny nejčastěji ve dvou základních provedeních - vidlicové hlavy a ortogonální hlavy. Tyto univerzální hlavy různých výrobců se proto od sebe liší pouze v drobných detailech (ty ale mohou často významně rozhodovat o spolehlivosti a kvalitě). Firmy Schiess a Waldrich Coburg prezentovaly aplikačně specifické vřetenové hlavy. Rozměry, kinematika i výkonové parametry těchto hlav jsou konstruovány tak, aby rozšířily aplikační možnosti stroje. K vidění tak

109 Vřetena a jejich komponenty 107 byly hlavy pro frézování ozubení (Schiess - obr. 12), frézování pod obrobkem nebo drážkování v hlubokých skříních (Waldrich Coburg - obr. 13). Obr. 12: Hlava pro obrábění ozubení Obr. 13: Hlava pro drážkování skříní rotačních soustav 2.4 Vysokootáčková vřetena Pro obrábění nástroji malých průměrů (do 6 mm) roste požadavek na maximální otáčky vřeten. Vysokootáčková vřetena obvykle užívaná pro frézování malý dílů nebo vnitřní broušení se vyrábějí jako vestavná (hlavní vřeteno stroje) nebo jako přídavná. Přídavná vřetena jsou upínána manuálně nebo automaticky do nástrojového rozhraní v hlavním vřeteni. Vřetena této kategorie jsou obvykle poháněna elektromotorem nebo vzduchovou turbínou. Hlavní nevýhodou elektromotoru je nutnost jeho chlazení, nevýhodou vzduchového pohonu je otáčková poddajnost při zátěži. Uložení hřídele je nejčastěji do hybridních kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem. Mazání ložisek je tukem nebo systémem olej/vzduch. Některá vřetena mají aerostatická ložiska. Na výstavě EMO prezentovali vysokootáčková vřetena nejvíce firmy ze Švýcarska a Německa, dále pak z Japonska a jeden z USA Meyrat Švýcarská společnost MEYRAT SA vyrábí širokou škálu malých elektrovřeten. Vřetena série MHF disponují maximálními otáčkami až ot/min a výkonem 1,6 kw. Výrobce nabízí chlazení motoru vřetena vodou nebo tlakovým vzduchem. Vřetena jsou dodávána s chladicími jednotkami a napájecí jednotkou, která umožňuje připojení více vřeten současně. Firma MEYRAT představila také svůj mazací systém Spinbooster, který dovoloje prodloužit servisní intervaly a zvyšuje dosažitelné otáčky až o 25%. Systém určí dobu, kdy je potřeba další dávka maziva, a provede domazání. Vřetena jsou mazána tukem, nebot u něho je malé riziko úniku do okolí. To je významné při výrobě dílů pro medicínský průmysl nebo při zhotovování grafitových elektrod TDM spindles Firma TDM SA vyrábí elektrovřetena. Specializuje se na nevýměnná vřetena brousící a frézovací. Rozsah otáček lehkých frézovacích vřeten je od do ot/min. Brousicí vřetena mají nejvyšší otáčky až ot/min. Vřetena používají hybridní kuličková ložiska. Dodávaným příslušenstvím je opět centrální jednotka s frekvenčním měničem, chladicí jednotkou a mazací agregát pro systém olej/vzduch GMN Firma GMN vyrábí vysokootáčková frézovací a brousicí Obr. 14: Vřeteno TDM s kompletní jednotkou pro provoz vřetena. Nejmenší frézovací vřetena řady HS 80 dosahují maximální otáčky ot/min a při výkonu 400 W disponuje kroutícím momentem 0,02 Nm. Vřeteno je uloženo v hybridních ložiskách s vnitřním průměrem 8 mm s mazáním olej/vzduch. Statická tuhost vřetena

110 108 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 je 8 N/ m v axiálním směru a 15 N/ m ve směru radiálním. Vřeteno má kapalinou chlazení motor i ložiska. Vystavované brousicí vřeteno UHS 80 má výkon 500 W, krouticí moment 0,02 Nm a dosahuje otáčkové hranice ot/min, což bylo bezkonkurenčně nejvíce vřeteny prezentovanými na EMO. Vřeteno je uloženo ve speciálních kuličkových keramických ložiskách GMN HY KH 6000 s průměrem vnitřního kroužku 10 mm. Zajímavá je hodnota rychloběžnosti n x d m, která činí mm/min. Vřeteno disponuje vnitřním kuželem 1:10 pro upnutí brousících tělísek. Statická tuhost je 11 N/ m v axiálním směru a 16 N/ m ve směru radiálním. Firma nabízí i další dvě varianty s větší tuhostí a se sníženými max. otáčkami na ot/min, resp ot/min IBAG Firma IBAG nabízí širokou nabídku vysokootáčkových vřeten. Nejvyšších otáček ot/min dosahuje vřeteno HT 45 S 80. Výkon vřetena je 221 W, krouticí moment 0,0176 Nm, hmotnost pouhých 1,3 kg. Hřídel je uložena ve čtveřici ložisek uspořádaných do O a předepnutých pružinami. Průměr vnitřního kroužku je 15 mm. Ve standartním provedení jsou ložiska Obr. 15: Pohled na vřeteno UHS 80, vpravo zadní panel mazána systémem olej / vzduch skrz s připojovacími konektory vnější kroužek. Alternativně mohou být použita zapouzdřená ložiska s tukovou náplní. Statická tuhost je 26 N/ m v axiálním směru a 30 N/ m ve směru radiálním. Vřeteno HF 80 L1 S 120 pracuje v rozsahu až ot/min. Při ot/min má vřeteno kroutící moment 0,13 Nm a výkon 1,7 kw. Vřeteno je uloženo v aerostatických ložiscích se statickou tuhostí 22 N/ m v radiálním směru a 9 N/ m ve směru axiálním. Maximální statické silové zatížení je 95 N radiálně a 100 N axiálně. Spotřeba vzduchu pro ložiska činí 55 l/min při tlaku 5 bar. Radiální a axiální házení hřídele je 0,2-0,5 m. Chlazení pohonu zajišt uje nucený vodní oběh. Upínání nástrojů je pomocí kleštin D Air Turbine Tools Americká firma Air Turbine Tools se zaměřuje na přídavná vřetena poháněná patentovanou vzduchovou radiální turbínou. Výrobce uvádí konstatní otáčky i při proměnné zátěži, což nabízel na výstavě k vyzkoušení. Přídavná vřetena řady 600 disponují otáčkovým rozsahem od ot/min do ot/min. Vřeteno je uloženo vepředu do dvojce ložisek, vzadu do jednoho podpůrného ložiska. Uložení je bezúdržbové, což zjednodušuje použití v zásobnících nástrojů. Vřetena série 602 dosahují ot/min a výkonu 150 W. Maximální průměr nástroje je 3 mm upnutý pomocí kleštin ER 8. Tuto řadu rozšiřuje řada 602X s dvojitou turbínou pro dosažení vyšších kroutících momentů. Nejvyšší z této řady disponuje otáčkami ot/min a výkonem 0,37 kw. Vřeteno je určeno pro nástroje do max. průměru 6 mm. Spotřeba vzduchu za tzv. normálních podmínek činí při tomto výkonu 340 l / min. Pro nejvyšší výkony je určena řada 625X s ot/min., výkonem 0,7 kw a při spotřebě 876 l/min. Vřetena lze pomocí adaptéru automaticky vyměňovat ze zásobníku nástrojů Nakanishi Japonský výrobce NAKANISHI patří mezi výrobce, kteří vyrábějí přídavná vřetena jak s pohonem elektrickým, tak vzduchovým. Vřetena jsou malá, kompaktní a lze je upnout jako samostatně poháněný nástroj např. do revolverové hlavy soustruhu. Vřetena řady ABS mají maximální otáčky ot/min a výkon 14 W. Maximálně lze užít brousící tělíska o průměru 4 mm s průměrem stopky nástroje max. 3 mm. Vřeteno je uloženo v aerostatických ložiscích. K pohonu je třeba suchého stlačeného vzduchu o tlaku 0,5 MPa. Spotřeba pohonu činí 100 l/min, pro napájení ložisek je třeba 40 l/min. Pro frézování jsou nabízena vřetena série HTS dosahující ot/min při výkonu 25W. Odpadního vzduchu je využito na chlazení místa řezu. Turbínový pohon má dva protilehlé vstupy vzduchu pro lepší vyvážení sil působících na vřeteno a klidnější chod Precise-Fischer Firma nabízí širokou škálu sofistikovaných vřeten. Pro vnitřní broušení a frézování je zajímavý typ SC 1060 A s uložením v páru keramických hybridních ložisek uspořádaných do O. Pracovní oblast je od

111 Vřetena a jejich komponenty do ot/min s maximálním výkonem 500 W. Maximální průměr upínané stopky je 3 mm. Upíná se do kleštin SC 40 s ruční výměnou nástroje. Ložiska jsou mazána systémem olej/vzduch a předepnuta pomocí pružin. Synchronní motor má vodní chlazení. Vřeteno ASC 200 určené pro práci otáčkami až ot/min má hřídel uloženu do aerostatických ložisek. Výkon vodou chlazeného motoru je 500 W, kroutící moment je 0,08 Nm. Rotující díly mají sníženou hmotnost o 30%, takže vřeteno může pracovat spolehlivě i při zrychlení až 5g. 3 Komponenty vřeten 3.1 Pohony vřeten Na EMO bylo patrné menší množství vystavovaných vřeten s koaxiálním externím motorem. Naopak pokračuje expanze konceptu přímého pohonu vřeten vestavěným elektromotorem, tzv. elektrovřeten. Přímé pohony s vestavnými synchronními i asynchronními motory jsou nabízeny pro stále větší krouticí momenty a tak pomalu pronikají do domény vřeten s převodovými pohony. Patrné to bylo např. na stánku firmy Fanuc, která nabízí vestavné asynchronní motory série BiI a synchronní motory série BiS pro nižší maximální otáčky a velké momenty. Vystavený motor BiS 200L4/3000 má maximální otáčky ot/min a parametry S1 (S3) 31 kw/529 Nm (39 kw/ 665 Nm). Vystavované asynchronní motory Fanuc disponují možností přepínání vinutí, které umožňuje nastavit režim motoru na vysoký výkon nebo velký moment. Např. motor BiI 180LL/6000 Type M Obr. 16: Charakteristika vřetena stroje Mori Seiki NH5000DCG disponuje maximálními otáčkami ot/min, v režimu low parametry S1 (S3) 22 kw/700nm (37 kw/1300 Nm) a v režimu high 37kW/186 Nm (50 kw/ 251 Nm). Přepínání vinutí motoru je obvyklým řešením problému potřebného rozsahu výkonových parametrů motorů vřeten. Používají ho především asijští výrobci (např. Mori Seiki, Hyundai-Kia aj.). Na obr. 16 je pro ilustraci ukázána charakteristika vřetena stroje Mori Seiki NH5000DCG, ze které jsou patrné dvě výkonové a momentové hladiny a otáčky, při kterých dochází k přepínání vinutí. Obr. 17: Vřeteno Kessler s převodovkou Redex Obr. 18: Vřeteno CySpeed GSG Navzdory pokroku v konstrukci přímých pohonů však někdy motor není schopen dosáhnout požadovaného krouticího momentu při rozumném zástavbovém prostoru. V tom případě je nutno použít převodovku. Firma Redex Andantex (francouzský výrobce převodovek) vystavovala elektrovřeteno s integrovanou planetovou převodovkou vyvinuté ve spolupráci s firmou Kessler. Jedná se o aplikaci série převodovek RAM-MSD, které jsou nyní nabízeny ve třech velikostech: 25, 28 a 35 (číslo odpovídá průměru pláště v cm). Např. převodovka velikosti 28 má maximální vstupní otáčky 8000 ot/min a při zařazeném převodu 1:4,6 může mít trvalý největší krouticí moment na výstupní hřídeli až 1300 Nm. Firma Redex uvádí u těchto převodovek sníženou vůli v převodu na 20 arcmin, takže vřetenová jednotka může být použita např. také jako C-osa pro polohování vřetenových hlav.

112 110 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Firma CyTec nabízí pro obrábění vysokými krouticími momenty vřetena CySpeed GSG s odpojitelnou planetovou převodovkou (obr. 18). Při odpojené planetové převodovce a převodovém poměru 1:1 lze provádět dokončovací operace s parametry 382 Nm/ ot.min -1. Zařazením převodového poměru 1:3 lze stejné vřeteno použít pro hrubování s parametry Nm/1 000 ot.min -1. S rostoucími požadavky na přesnost multifunkčních strojů rostou mj. i požadavky na přesnost práce osy C. Proto firma Okuma prezentovala nové přímé absolutní odměřování pro svá soustružnická vřetena. Nový inkrementální enkodér vystavovala také firma Fanuc. Ta také prezentovala možnosti řízení dvojice vřetenových motorů - více informací viz následující kapitola Pohony NC strojů. 3.2 Vřetenová ložiska SKF Firma SKF viditelně propagovala na svém stánku novou řadu vřetenových ložisek, která vznikla spojením nabídky firmy SKF a SNFA, která patří do koncernu SKF již několik let. Nová ložiska jsou vyráběna v rozměrových řadách 70 s geometrií označovanou E a v rozměrové řadě 72 s geometrií označovanou D. Geometrii D charakterizuje symetrický tvar vnitřního kroužku, asymetrická geometrie vnějšího kroužku, zvětšený počet kuliček velkého průměru a klec s vedením podle vnějšího kroužku (obr. 19). Geometrie E se vyznačuje asymetrickým tvarem vnitřního i vnějšího kroužku, kuličkami velkého průměru a klecí s optimalizovanou vůlí (obr. 20). Všechna ložiska mají specifické rádiusy na hranách pro usnadnění montáže (obr. 21). Firma dále prezentovala nový materiál ložiskových kroužků s označením NitroMax. Tento materiál podle údajů z firemních testů vykazuje ve srovnání se speciální ocelí Chromex 40 zlepšené parametry ve všech kategoriích. Firma SKF dále vystavovala svou bohatou nabídku tukových i olejových mazacích systémů pro ložiska i lineární vedení. Obr. 19: Ložiska SKF řady D Obr. 20: Ložiska SKF řady E Obr. 21: Tvar hrany u nových ložisek SKF-SNFA Obr. 22: Ložiska GMN s povlakem SliCoTec GMN Firma GMN propagovala svá vřetenová ložiska pod novým marketingovým označením BIGspi. Ložiska nabízená s průměrem vnitřního kroužku 75 až 120 mm mají kroužky z ložiskové oceli 100Cr6 a ocelové nebo keramické kuličky. Konstrukčním provedením (kontaktní úhly, mazání, těsnění atd.) zůstávají shodné jako předchozí typy ložisek. Firma dále nabízí ložiska s kluzným povlakem na vnějším kroužku. Červený DLC povlak s označením SliCoTec má vynikající kluzné vlastnosti a tak může být ložisko bez problémů použito přímo pro suvné uložení zadního konce vřetena s sníženým rizikem vzpříčení při malých dilatačních pohybech NSK Firma NSK vystavovala novou řadu zatěsněných předmazaných vřetenových ložisek s kroužky širšími cca o 20%. Rozměry ložisek odpovídají standardním rozměrům ložisek řady ISO 20 a 29. Širší kroužky vytvářejí v ložisku více prostoru pro mazivo. Výsledkem je delší životnost maziva i celého ložiska. Ložiska mají polyamidovou klec pro menší tření a hluk. Dále firma prezentovala rozšíření své nabídky o ložiska s mazáním olejem nebo tukem skrz otvor ve vnějším kroužku.

113 Vřetena a jejich komponenty Tepelné vlastnosti vřeten Tepelným vlastnostem vřeten byla na EMO věnována velká pozornost. Vestavěný elektromotor a vřetenová ložiska představují zdroje tepla, které negativně ovlivňují přesnost a životnost vřetena. Velkým problémem je prohřívání hřídele, který je uvnitř vřetena špatně přístupný. Většinou výrobci vřeten proto chladí pouze stator motoru ev. tubus vřetena. To však není dobré pro ložiska, která během provozu potřebují určitý prostor, aby mohla expandovat v důsledku vlastního oteplení a působení odstředivých sil. Rozpínající se hřídel a ev. chlazený tubus tak vytváření ložisku stísněné podmínky, při kterých roste riziko zadření. I z tohoto důvodu bylo na EMO vidět vřetena s chlazenými hřídeli. Na svém stánku je vystavovala firma Fischer (obr. 23), která uvádí, že chlazení hřídele zkracuje až o 80% čas potřebný pro temperování jednotky, snižuje provozní teplotu vřetena a hodnoty tepelné dilatace a prodlužuje jeho životnost. Firma inzerovala již 500 vřeten bez chlazeného hřídele 45 C ot/min 20 C 45 C s chlazeným hřídelem ot/min 20 C Obr. 23: Vřeteno Fischer MFW-1412/36/20 s chlazeným hřídelem Obr. 24: Chlazení motoru vzduchem (YCM) s chlazeným hřídelem v nasazení u zákazníků. Vodou chlazení hřídel má i nový externí motor od firmy Franz Kessler s parametry ot/min/125 kw/9.200 Nm. Firma YCM uvádí, že hřídele svých vřeten chladí proudícím vzduchem. Ten vstupuje do vřetena v jeho přední části, ochlazuje motor a vystupuje v zadní části (obr. 24). Firma uvádí, že toto patentované řešení zvyšuje přesnost a spolehlivost vřetena. Vřetena jsou také stále častěji osazována dalšími čidly teploty, jejichž signál je zaveden do řídicího systému pro vytvoření kompenzačního signálu. To je spolu s intenzivním chlazením statoru motoru nejvíce používaný způsob pro minimalizaci vlivu teplotních dilatací vřetena na přesnost práce stroje. 3.4 Upínání nástrojů do vřeten V aplikacích vyžadujících častou výměnu nástrojů, např. ve výrobě automobilových dílů, se stává nástrojové rozhraní a nástrojový upínač kritickou částí vřetena. Opotřebované rozhraní ztrácí tuhost i přesnost upnutí. U upínačů dochází nejčastěji k praskání upínacích pružin a k poškození rotační jednotky. Firma Franz Kessler vystavovala vřeteno s ot/min/18 kw/29 Nm se snadno vyměnitelným nástrojovým upínačem. Celý upínací mechanismus je vsazen v trubce, která má v přední části nástrojové rozhraní. Tento celek je možno relativně snadno vyměnit z přední strany vřetena zamontovaného ve stroji. Výhodou řešení je i současná výměna dutiny nástrojového rozhraní. Firma Röhm prezentovala upínání nástrojů systémem clamp-by-wire, který nepotřebuje klasické talířové pružiny a tekutinový odepínací válec. Pro frézovací vřetena systém sestává ze dvou hlavních prvků: mechanické upínací a odepínací jednotky a samojistného upínacího mechanismu. Upínací jednotka je tvořena elektromotorem, který přes převod vysouvá tažnou tyč. Ta provádí upnutí/odepnutí nástroje přes samojistný mechanismus, který zaručuje bezpečné upnutí nástroje bez požadavku na trvalou tažnou sílu. Firma Röhm nabízí upínací jednotku clamp-by-wire v odlišném provedení i pro soustružnická vřetena. Upnutí nástroje pomocí vlastního samojistného mechanismu nabízí také firma Berg. Její upínací mechanismus je modifikovanou verzí jednotky pro upínání vřetenových hlav. Upnutí nástroje je garantováno i při výpadku tažné síly. Tu vyvozují v upínačích Berg sady talířových pružin se sníženými tolerancemi

114 112 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 rozměrů, které jsou vedeny za vnitřní průměr po tyči s keramickým potahem. Pružiny nikdy nejsou složeny v tandemech, což minimalizuje jejich vzájemné tření a přispívá k delší životnosti a menší nevývaze soustavy. Firma uvádí, že s tímto konceptem dosahují upínače pro rozhraní velikosti HSK63 zaručených maximálních otáček ot/min. Obr. 25: Nahoře upínací jednotka clamp-by-wire, dole samojistný upínací mechanismus (Röhm) Obr. 26: Mechanická upínací jednotka clamp-by-wire pro soustružnická vřetena (Röhm) Požadavky na tuhost a stabilitu upnutí nástroje ovlivňuje také typy nástrojových rozhraní ve vřetenech. Na EMO bylo vidět na mnoha strojích upnutí nástrojů na dvě kontaktní plochy. Kromě rozšiřujícícho se počtu nových strojů s rozhraním HSK bylo prezentováno množství strojů, které měly nově nahrazeno rozhraní ISO rozhraním Big-Plus. Tento posun byl vidět především na japonských a korejských strojích. 4 Shrnutí a závěr EMO 2009 v Miláně přineslo v oblasti vřetenové techniky proti minulým dvěma výstavám v Hannoveru mnoho drobných zlepšení jak v konstrukci vřeten, tak jejich komponent. Vřetena s koaxiálním externím motorem jsou v konstrukci malých a středně velkých strojů byla prezentována ve výrazně menším množství než elektrovřetena. Ta pokračují v pronikání do dalších konstrukčních oblastí, které byly dříve vyhrazeny především vřetenům s převodovými pohony. Pro velké vyvrtávací stroje, které vyžadují krouticí momenty, jež nelze dosáhnout přímým pohonem, se rozšiřuje nabídka koaxiálních vřetenových soustav (elektrovřetena s integrovanými převodovkami). Výrobci vřeten se soustředí na snižování ceny vřeten pomocí nabídky základních katalogových vřeten. Ty jsou nabízeny ve výkonových řadách s větším množstvím sdílených komponent, aby se snížily výrobní náklady. Trvajícím trendem je sledování vysoké přesnosti a spolehlivosti vřeten, což se na EMO projevilo soustředěním na tepelné vlastnosti vřeten. Chlazení vnitřních částí vřeten a pokročilé teplotní kompenzace se tak pomalu začínají stávat běžným řešení u více výrobců. Výrobci vřetenových ložisek pokračují v postupném vylepšování své nabídky. Nejde o žádnou revoluci, spíše o postupnou evoluci, kdy všichni rozšiřují a doplňují své výrobní programy, aby s nezaostávali za konkurencí. Tím ubývá výrobců, kteří se mohou pochlubit nabídkou konkrétního nestandardního řešení.

115 113 Pohony posuvů NC strojů podle EMO 2009 v Miláně Pavel Souček, Jan Moravec Informaci o EMO 09 v Miláně nemůžeme začít jinak, než zmínkou o Leonardovi da Vinci, který zde pobýval v období 1482 až 1499 a napodruhé 1506 až I on zasáhl do oblasti zpracování kovů svými návrhy fréz, strojů na řezání závitů, broušení šicích jehel a zabýval se tažením a navíjením drátů. Známé jsou i jeho nákresy kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem. Odvážně též popřel perpetuum mobile, což mohlo být v jeho době a zvláště na italské půdě považováno za kacířské zpochybňování schopností Boha. Všeobecný dojem z výstavy Speciální zastoupení pohonů jakožto samotných stavebních prvků bylo na výstavě velmi malé a jedinou větší expozici (i když oproti minulosti jen částečně inovovanou) předvedl Fanuc. Firmy si uvědomují, že zákazníka (uživatele NC stroje) nezajímají odborná kritéria a vysoké parametry samotných pohonů, nýbrž konečný výsledek jejich instalace na stroji, tj. obrobek a jeho přesnost, kvalita povrchu, technologický čas a s ním spojená cenová hlediska atd. O kvalitách pohonů se bylo možno přesvědčit jen nepřímo na předváděných strojích v chodu "pod třískou", který byl na výstavě samozřejmostí. V tomto směru jako obvykle dominoval Haas, jehož expozice vzbuzovala podezření, že na půdě výstavy jede komerční výroba. Vystavovatelé strojů většinou zredukovali množství uváděných parametrů a na rozdíl od nedávných výstav, kde se předháněli v údajích o velikostech rychloposuvů, zrychleních atd., byla nyní nejdůležitějším údajem velikost pracovního prostoru a demonstrace "typického obrobku". Např. v celém rozsáhlém speciálním žurnálu firmy DMG jsme nenalezli jedinou (a dříve tak oblíbenou) zmínku o možných osových zrychleních!!! Demonstrační aplikace a obrobky byly jako dříve hlavně "pětiosé" (kompresorová kola, lopatky). Nově ale přistoupily ortopedické a dentistické implantáty (klouby, náhrady lebečních kostí atd.), což je nová forma reklamní strategie, hraničící s citovým nátlakem, která jistě zapůsobí na zákazníky z řad přestárlé evropské civilizace. V tomto směru se vývoj ubírá k souběhu chirurgické operace a výroby příslušné náhražky "on line" počínaje skenováním kostí pacienta na operačním stole. Protože Miláno leží v zemi, kde cyklistický sport je ikonou, nemohly chybět ani ukázky příslušných obrobků z titanu, kombinace kov - kompozit atd. Závodní kolo je dnes po technologické stránce stejně tak špičkovým výrobkem jako moderní letadlo. Oproti poslední výstavě byly méně četné robotické manipulace u obráběcích strojů, zaujal ale největší robot Fanuc M2000iA s nosností 1200kg. Téměř úplně vymizely obráběcí stroje s paralelní kinematikou. Lze ale pozorovat rozšiřování velkých synchronních servomotorů do oblasti tvářecích strojů. Pro doplnění obrazu o vývoji pohonů uvedeme v dalším textu i několik zajímavostí z výstavy pohonů a řídicí techniky SPS/IPC 11/09 v Norimberku. Nosné téma v pohonech - úspory energie Ekologická hlediska byla ještě nedávno podceňována, nyní se z nich ale stává reklamní slogan. Možná i z těchto důvodů nebyly tentokrát lineární pohony se svými proudovými nároky prezentovány na strojích tak výrazně jako dříve. Úspory elektrické energie v měničích souvisejí s

116 114 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 kvalitou spínacích tranzistorů a s modulačním kmitočtem - viz obr.1. Ztracený výkon (součin napětí a proudu kolektor - emitor) v otevřeném i uzavřeném stavu tranzistoru sice není podstatný (časové úseky t 2,t4 ), ale hlavní tepelné ztráty nastávají v přechodových úsecích t 1,t3, které by měly být co nejkratší, takže rostou požadavky na rychlost reakce tranzistorů. Se zvyšováním kmitočtu PWM klesá dopravní zpoždění v regulaci proudu, čímž se zvyšuje její kvalita (propustné pásmo), ale na druhé straně se výkonové špičky přibližují a tepelné ztráty rostou. Některé firmy řeší toto dilema přizpůsobováním modulačního kmitočtu. Při nižších nárocích na kvalitu regulace je použit nižší kmitočet, v opačném případě vyšší i za cenu vyšších tepelných ztrát (např. Fanuc až do 12kHz). U motorů menších velikostí jdou výrobci měničů na Obr.1 Tepelné ztráty spínacího trnzistoru kmitočty přes 50kHz. Rekuperace proudu do sítě při generátorickém režimu motoru není principiální novinkou a v současné době se jedná spíše o zkvalitnění její součástkové základny. Realizace rekuperačního zdroje pomocí reciproké funkce motorového měniče je používána mnoho let - viz jedno z možných zapojení na obr.2 vlevo (vpravo je starší verze zdroje bez rekuperace i s motorovým měničem). Třífázová síť R, S, T je přes tlumivky připojena tam, kde je u motorového měniče připojen motor svorkami A, B, C. Výstupní veličinou je stejnosměrné napětí U CC, řízené zpětnou vazbou s PI regulátorem napětí. Napěťová vazba je zde úplnou obdobou rychlostní zpětné vazby motoru, proudová zpětná vazba (rovněž s PI regulátorem) je stejná jako u motorového měniče. Spínací tranzistory jsou koordinovány třífázovou sítí tak, aby při U CC < 560V tekly proudy ze sítě ke stejnosměrnému výstupu, při U CC > 560V naopak. Velikost proudů je řízena střídou spínání tranzistorů v taktu modulačního generátoru. Červeně orámovaná část v pravém obrázku při použití rekuperačního zdroje odpadá, kondenzátor C může být zachován pro výpomoc při proudových špičkách. Poznámka: S použitím tzv. superkondenzátorů není problémem vtěsnat dříve nemyslitelnou kapacitu v tisících µ F do rozměrů, odpovídajících napájecímu modulu střední velikosti. Rozhodující veličinou je velikost povrchu elektrod. Dnes je možno s jedním gramem speciálního uhlíkového prášku naneseného na hliníkové fólii dosáhnout plochu 2000m 2. Obr.2 Rekuperační zdroj (vlevo), zdroj bez rekuperace a motorový měnič (vpravo) Úspory energie při rekuperaci jsou citelné u pohonů vřeten a obecně u extrémně velkých motorů. Např. u motoru Fanuc Largo (max.5500nm, 2000ot/min, 530kW, viz obr.3) se úspory udávají až 50%. Rekuperační obvod doplňuje kondenzátorová jednotka (Energy Charge Module) s kapacitou µ F (!!!). Tyto motory s robustními kuličkovými šrouby se začínají prosazovat i v tvářecích strojích a vzniká nová kategorie tzv. servo - lisů (koncepce "Free Motion" - Burkhardt, Enomoto, Komatsu), kde lze účelově a přesně programovat časový průběh síly i zdvihu s přesností v µ m - viz obr.4. Byly již realizovány velikosti kN (Amino). Oproti mechanickým

117 115 klikovým (crank) lisům se udává až poloviční čas cyklu. Obrázkem zdvojeného pohonu u "dvoubodového" lisu plynule přecházíme do další kapitoly. Obr.3 Schéma rekuperace Fanuc Obr.4 Uplatnění synchronních motorů Largo u lisů Zdvojování motorů Starší pamětníci si jistě vzpomenou na výkonný soustruh SU50 z 50.let 20. století se dvěma asynchronními motory v pohonu vřetena. Uspořádání posuvové osy se dvěma paralelními motory a šrouby (obr.4,5,6) nebo se dvěma pastorky na jednom ozubeném věnci není rovněž konstrukční novinkou, ale zdvojování pohonů obecně se rychle šíří i jinam, např. do kolébek s prstencovými motory nebo dokonce do synchronních pohonů vřeten - viz obr.6,7. Obr.5 Čtyřosé horizontální centrum MCM Obr.6 Kolébka Mori Seiki 0 Fanuc demonstroval experimentální vřeteno se dvěma motory a řemenovými převody na 180. Radiální síly na ložiska od řemenů (nebo v případě obr.7b od ozubených kol) se navzájem ruší.

118 116 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr.7 Variace na téma zdvojování pohonů (Fanuc) Paralelní chod dvou motorů má více výhod, z nichž zdůvodníme alespoň dvě: A) Přibližně lze říci, že krouticí moment synchronního motoru roste se druhou mocninou průměru vzduchové mezery mezi statorem a rotorem, kdežto moment setrvačnosti rotoru s mocninou čtvrtou a obě veličiny s první mocninou délky rotoru: M = konst L D 2, J = konst L D 4 K M Nahradíme-li původní jediný motor s průměrem rotoru D dvěma motory s průměrem D 1 = D 2, celkový krouticí moment zůstane zachován: 2 2 MK = konst L D = 2M K1 = 2 konst L D1 Hmotový moment setrvačnosti rotoru u každého z obou menších motorů ale bude čtvrtinový: 4 4 J M1 = konst L D1 = konst L D 4= JM 4, takže J CELK = 2JM1= JM 2 Ve výsledku dojde ke zmenšení setrvačných hmot, příslušejících oběma motorům, na polovinu. Tím se zvýší dynamika posuvové osy stroje a potažmo i kvalita regulace. B) Krouticí moment celého motoru je úměrný první mocnině proudu I, ale Jouleovy ztráty, 2 ohřívající vinutí s odporem R, rostou s mocninou druhou: Q = RI. Použijeme-li dva motory v paralelním chodu s polovičním proudem I 1 = I 2, zůstane celkový moment zachován, ale celkové tepelné ztráty, vyvinuté oběma motory, budou poloviční: 2 2 Q C = 2Q1 = 2RI1 = R I 2 = Q 2 Obě úvahy jsou sice přibližné, ale přesto hovoří pro výhodnou náhradu jednoho motoru dvěma slabšími. Bez bližšího teoretického zdůvodnění uvedeme nejpodstatnější výhodu, kterou je redukce parazitních kmitů mechanické konstrukce, umístěné mezi oběma pohony a její "elektrické vyztužení". Z těchto důvodů se jeví výhodný oboustranný náhon kuličkového šroubu, který je již delší dobu teoreticky a experimentálně zkoumán i ve VCSVTT. Polohové vazby obou motorů, pracujících v paralelním režimu, využívají společné pravítko podle obr.8, nebo snímače na motorech.

119 117 Obr.8 Oboustranný náhon šroubu Obr.9 Čtyřosé centrum MCM Nabídka ke společnému vývoji stroje s touto koncepcí nebyla v minulosti našimi výrobci bohužel akceptována. Ukazuje se ale, že princip je životaschopný - viz stroj italské firmy MCM na obr.9. Na zkušebním standu VCSVTT bylo ověřeno, že tímto způsobem je možno částečně nebo i úplně potlačit všechny liché tvary kmitů posuvové osy, což v důsledku umožnilo zvýšit zesílení K V polohové regulace 2,5-krát, viz záznam měření na obr.10. Červené křivky platí pro klasický jednostranný náhon šroubu, zelené pro oboustranný. Výrobní náklady na toto uspořádání nemusejí proti případu s jedním motorem dramaticky narůst, uvážíme-li, že ze silového hlediska postačí dva motory s přibližně polovičním momentem. Šroub nedozná podstatné Obr.10 Odezva na skok rychlosti změny a narostou pouze náklady na spojky a vložené převody, ale i ty vyjdou laciněji, neboť mohou být dimenzovány méně. Přínosem této koncepce je symetrizace nejen silových, ale i tepelných toků z motorů do rámu stroje. Patentovým průzkumem bylo zjištěno, že oboustranný náhon šroubu je chráněn (ale jen v Japonsku) firmami Kitamura (oba motory shodné) a Mori Seiki (různé motory i různé vložené převody). Další postřehy (EMO i SPS/IPC) Siemens předvedl novou řadu kompaktních synchronních servomotorů 1FT7, které jsou díky úspornému způsobu vinutí statoru asi o 30% kratší než 1FT6. Udává se zlepšená rovnoměrnost chodu, čtyřnásobná přetižitelnost, antivibrační montáž encoderu (v provedení sin-cos 2048 period/ot, s inkrementálním výstupem 4Mio/ot), chlazení přirozené, vodní i nucenou ventilací, na přání montáž planetové převodovky, napájení a digitální komunikace s měniči Sinamics S210, oba konektory lze směrově orientovat podle potřeb při zástavbě motoru. Jsou k dispozici dvě provedení: - 1FT7 CT (compact) má větší moment setrvačnosti a tím i rovnoměrnější chod, což zaručuje lepší kvalitu povrchu při obrábění; - 1FT7 HD (high dynamic) se zmenšeným momentem setrvačnosti pro extrémní dynamické požadavky u tiskařských, textilních, balicích strojů atd. Svoji řadu lineárních motorů doplnil Siemens již před více než rokem o motory 1FN6 (viz obr.11), které mají vinutí i permanentní magnety pouze v primárním dílu. Sekundární díl je jen z pasivního železa s vyniklými zuby, takže u větších délek vychází podstatně laciněji, než u verze s magnety. Jedná se o lineární analogii k tzv. reluktančním motorům s magnety, kde Obr.11 Lineární motor Siemens 1FN6 dochází k řízené interakci magnetických polí cívek a magnetů přímo v primárním dílu. Maximální síla největšího motoru (při čtyřnásobném přetížení) je 8000N, rychlost do 4,5m/s, u menších

120 118 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 motorů 9m/s. Rozměry primárního dílu jsou poněkud větší než u motorů 1FN1. Napájení se opět děje pomocí měniče Sinamics S210, který komunikuje přes sběrnici Drive-CLiQ s externím modulem SME, do něhož je připojen komutační snímač a lineární odměřovací pravítko. Chlazení je pouze vzduchem, odpadají dřívější starosti s krytováním celé délky sekundárního dílu. Lze očekávat výhodné uplatnění zvláště u rozměrných (dlouhých) aplikací (manipulace, řezání plechů atd). Sekundární díl se dodává v modulech o délce 200mm. Průvlekové motory v Kardanově závěsu s kuličkovými šrouby použila firma Metrom Chemnitz (obr.12) u svého obráběcího stroje s paralelní kinematikou (jednoho ze dvou, které se autorovi na EMO podařilo najít). Fy. Stöber (výstava SPS/IPC 11/09) u svých motorů s planetovými převodovkami typu 2K-U (až ve třech stupních s převody ) uvádí nový, tzv. orthocyklický lineární způsob navíjení cívek statoru, který umožnil zvýšit koeficient plnění vinutí a tím údajně zdvojnásobit krouticí moment, resp. dvojnásobně zkrátit stavební délku motoru. Tyto "superkompaktní" motory (obr.13) mají dutý vstupní hřídel (φ díry 28 a 38mm) a robustně uloženou výstupní přírubu unašeče, takže jsou vhodné pro širokou škálu možností zabudování do stroje. Přední část statoru je možno vybavit obvodovým kanálem pro kapalinové chlazení. Vůle převodovky se udává max. 4 arcmin, vstupní otáčky 3000/min, výstupní momenty do 500Nm. Převod v jednom stupni je 1+ z3 z1. Obr.12 Metrom Chemnitz Obr.13 Stöber Pforzheim Lineární motory: THK uvádí maximální rychlost 12m/s, 9g, Fanuc u samotného motoru 30g. Prstencové motory: největší velikosti tradičně Etel, max. φ 1260mm, 31200Nm. Vzájemné dynamické ovlivňování spoluinterpolujících os je problémem zvláště u čtyř- a pětiosých strojů s lineárními motory, které vykazují všeobecně nižší dynamickou tuhost polohové regulace. Řídicí systémy Fanuc mohou být vybaveny automatickou kompenzací vlivu nevývahy při součinnosti prstencového a lineárního motoru - viz obr.14. Naladění na konkrétní nevývahu se děje automaticky, chyba polohy nosného lineárního motoru klesne údajně až 10krát. Výrobce jako obvykle neudává technické podrobnosti řešení. Obr.14 Kompenzace vlivu odstředivých sil (Fanuc) Výzkum tohoto problému probíhá i ve VCSVTT dvěma způsoby - viz obr.15. Ze zadané polohy prstencového motoru je on-line vypočítávána odstředivá síla nevývahy a její průmět do směru pohybu lineárního motoru. Přes matematický model je kompenzační signál přiváděn přímo na regulátor proudu, nebo (v případě, že na něj nemá uživatel přístup) na regulátor polohový. Obě metody dávají slibné a navzájem srovnatelné výsledky - viz měření na obrázku vpravo.

121 119 Obr.15 Dva možné způsoby kompenzace (VCSVTT) Řídicí systémy: z pohonářského hlediska je zajímavý multiprocesorový systém Andronic 3060 firmy Andron: je schopen řídit až 16 současně interpolujících os při 30m/min a rozlišení 01, µ m, takt polohové regulace 9 0,6 10 mm. 125 µ s (protokol SERCOS), tzv. pikointerpolace od 1 10 mm do 4 Obr.16 Řídicí systém Andronic 3060 Pohybové šrouby Vývoj šroubů pokračuje obvyklými cestami (vrtání s chlazením, keramické kuličky, hloubková nitridace šroubu, hydrostatika). NSK udává u silně nadčtvercového hybridního šroubu φ 40x80 s keramickými kuličkami (materiál kuliček Si 3 N 4 ) maximální rychlost 240m/min; Mannesmann: celoocelové kuličkové šrouby o průměrech mm do délek 12 m (na přání až 15 m) a stoupání do 40mm. Hloubkovou nitridací je dosažena tvrdost povrchu HV900 (odpovídá 67HRC), pevnost jádra až 1000N/mm 2, součinitel n d = , max. 150m/min. Teleskopické čtyřstupňové šrouby mají výsuvný poměr 1:3,6. KŠ Kuřim předvedl vtipné zjednodušení šroubu pro silově nenáročné aplikace (tzv. "bezprofilové provedení"), mající závit jen v matici. Šroub je nahrazen kalenou a broušenou válcovou tyčí, po které šplhá matice jen pomocí třecích sil. Lze si představit elegantní a levnou aplikaci řízení polohy s odměřováním pomocí pravítka, ale raději v horizontální poloze. Umbra: hybridní šrouby max. 180m/min, zrychlení na suportu 5g, otáčkový součinitel n d = Pokles spotřeby maziva se udává 50%, většinou není nutné chlazení. Firma nabízí i průvlekové synchronní motory se svými šrouby a s maximální silou 4000N při rychlosti až 180m/min.

122 120 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Zmenšení tření vkládáním Zmenšení ohřevu Zvýšení účinnosti menších ocelových kuliček ( φ 32 16, 4000/min) Obr.17 Vliv keramiky u kuličkových šroubů Umbra Hyprostatik (hydrostatické šrouby a jejich radiálně-axiální uložení, obr.18): jmenovité průměry mm, maximální délka až 4m (podle průměru), stoupání 8 50mm/ot (podle průměru), 4 6 chodů, axiální výrobní mezera µ m, napájecí tlak max.160bar. Vrcholový úhel 0 lichoběžníkového profilu 40 umožňuje i mírné radiální zatížení, např. gravitační silou převislého konce šroubu. Příklad aplikace: Šroub-matice: Jmenovitá velikost 50 (vnější φ 52mm, jádro φ 36mm, plocha jádra 10,2cm 2 ), stoupání 20mm/ot, 4chody, činná plocha 8,1cm 2 /chod, axiální únosnost 10kN při tlaku 63bar a 50% rezervě, spotřeba oleje 2,8l/min při 40 0 C, dovolené otáčky 3250ot/min (65m/min), tuhost matice 1000N/ µ m ; Ložisko: axiální únosnost 13,8kN (při 50% rezervě), spotřeba 1,9l/min při 40 0 Obr.18 Šroub Hyprostatik C, tuhost 2000N/ µ m. Uvažujeme-li např. délku 1m a pro namáhání v tahu a krutu odhadneme přibližný průměr 40mm, jednoduchým výpočtem tahové a redukované krutové tuhosti vychází tuhost celé posuvové osy 180N/ µ m. Rozdělení deformací bude v poměru tah 65%, redukovaný krut 8%, ložisko 9%, matice 18%. Dle údajů firmy je možné dosáhnout při stoupání 30mm/ot rychlost až 120m/min. U plně hydrostatického křížového stolu nepřesáhla chyba kruhové interpolace hodnotu 0,1 µ m.... a závěrem......jeden z nejhezčích exponátů na EMO 09: Osmiosá (až devítiosá) nástrojařská frézka Deckel (sice bez číslicového řízení, ale s fotoelektrickým odměřováním): - základní kartézský systém X-Y-Z1 (ruční i strojní posuv) - naklápěcí vřeteník B2 - výsuvná pinola Z2 (ruční klika) - otočný a naklápěcí stůl v osách A, B1, C1. Devátá osa (přídavný otočný stůl C2) není zobrazena.

123 121 CNC systémy a jejich použití Richard Černý, Petr Fojtů Abstrakt: Příspěvek ukazuje trendy v řídicích systémech obráběcích strojů zaznamenané na EMO 2009 v Milánu. Dotýká se i využití CNC systémů pro řízení taktovacích linek a jejich úlohy v pružné výrobě, včetně řízení průmyslových robotů. Je zmíněn i význam komunikačních možností CNC systémů pro rozšiřování jejich možností pomocí uživatelských nadstaveb. 1 Nová vlna v CNC CNC systémy na EMO 2009 v Milanu potvrdily rostoucí nástup nové generace. Mottem výstavy by mohlo být "jednoduše a levně". S nástupem levných a výkonných PC se do prostředí CNC systémů vbloudil nový prvek. Počítač vlastní nebo k němu má přístup stále více lidí a stále více lidí je schopno na něm vytvářet v nějakém jazyce vlastní programy. Přitom nemusí jít o nijak zdatné programátory, výkon počítače drobné prohřešky, které program zneefektivňují, zakryje. Naprogramovat základní geometrické pohyby není obtížné, a tak pokud nejsou vysoké požadavky na vlastnosti regulace, je řízení pohybových os poměrně snadné. Uvážíme-li šířku nabídky rozmanitých doplňkových vstupně-výstupních karet pro PC, není divu, že tendenci napsat vlastní řídicí systém má stále více lidí. Přitom na univerzitách technického směru je i dostatek studentů s potřebným teoretickým základem. Vysoké školy tedy představují dobrou líheň CNC systémů. V tomto prostředí např. kdysi vznikl vysoce výkonný systém firmy ANDRON, jeden z prvních, schopných řídit efektivně paralelní kinematiky typu hexapod. Tato situace vytváří velký tlak na zavedené výrobce obecných CNC systémů, nebot jim v případě jednodušších aplikací ubírá zákazníky. V každém případě je patrný zvýšený tlak na trhu CNC a výrobci hledají obtížněji prostředky většího uplatnění. 1.1 Dospělé systémy Firma SIEMENS patří dlouhodobě mezi přední výrobce CNC systémů s obecným použitím, a přestože má dobrou pozici na evropském trhu, musí odolávat zejména konkurenčnímu tlaku firem FANUC a HEIDENHAIN. I když tyto firmy mají velmi všestrannou nabídku, každá dominuje v tomto srovnání nějakou vlastností. Hlavní předností Fanucu je dlouhodobě vysoce výkonný hardware a velká otevřenost systému pro splnění speciálních požadavků uživatele, ale poněkud pokulhávají vlastnosti vývojového prostředí pro vytváření takových doplňků, zatímco Siemens má nad dostatečně výkonným hardware tuto podporu sofistikovanější a lépe a spolehlivěji vyřešenou. Oba systémy podporují ISO NC-programy, zatímco Heidenhain dominuje u uživatelů svým dílensky orientovaným programováním, po integraci systému Manual Plus i pro soustružnické stroje SIEMENS Pravděpodobně poptávka po levných CNC systémech s jednoduchou vnitřní strukturou dovedla Siemens k výstavbě zredukované varianty Sinumeriku, určené pro východní trhy. Kolovala fáma, že systém Sinumerik 828 byl vyroben asijskými programátory pro asijské trhy. Není tomu zcela tak, systém je sice určen zejména pro nabídku na východních trzích, je však vyvíjen a programován německými pracovníky, avšak novou skupinou, nezatíženou historií předchozích systémů.

124 122 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Sinumerik 828D (obr. 1) je určen pro nasazení v dílenském prostředí menších provozů a je orientován na jednoduchost, kompaktnost (neobsahuje ventilátory), dobrou mechanickou odolnost, malé požadavky na údržbu a snadný servis. Neobsahuje pevný disk, data jsou ukládána do remanentní paměti (NVRAM), navíc disponuje vedle servisního rozhraní i rozhraními pro Compact Flash karty a USB. Na rozdíl od řady 840 je kladen velký důraz na jednoduchost, a to jak z hlediska obsluhy (nové uživatelské a programovací rozhraní), tak z hlediska vnitřní struktury. K dispozici je proto pouze 1 kanál a lze řídit jen menší počet os (maximálně 8 os/vřeten). Při zachování Obr. 1: Jednoduchá verze Sinumeriku stejné výpočetní přesnosti (80 bit floating point) a použití NURBS (non-uniform rational B-splines) je interpolace omezena pouze na čtyři osy. [1] Tento přístup se zdá dokládat skutečnost, že Siemens chce bojovat s konkurencí i v oblasti jednodušších univerzálních CNC systémů FANUC Obr. 2: FANUC 0i - soustružnická a frézovací varianta Japonská firma FANUC připravila pro EMO Milano 2009 posílení systému FANUC 0i-D tím, že uvolnila některé vlastnosti a funkce silné řady 30i/31i/32i také pro tento systém. Fanuc systém 0i-D (obr. 2) je totiž v podstatě variantou systémů 3xi, takže přesun libovolné funkcionality není problém. Touto cestou Fanuc demonstruje svoji převahu nad výše uvedeným systémem Sinumerik 828, který byl vytvořen účelově zejména pro čínský trh je nezávislým produktem nekompatibilním s Evropskými modely řady 840. Dalším hitem bylo rozšíření funkce systémů řady 3 xi pro pětiosé obrábění a on-line prevence kolizí, čímž se Fanuc snaží přesvědčit svět, že ani na velkých a složitých obráběcích centrech nezaostává za evropskými systémy Siemens a Heidenhain. Přitom tradičně využívá své technologické převahy v oblasti hardware, která vede k nízkým tepelným ztrátám nejen na výkonových modulech, ale i na veškeré elektronice, která je tak schopna pracovat i při vysokých okolních teplotách. Vlastnosti rekuperačních pohonů jsou posíleny i automatickým nastavováním proudového regulátoru podle měřené teploty. Dobrou vlastností je možnost volby režimu obrábění, kde operátor může zvolit až v deseti úrovních způsob obráběni s prioritou rychlosti (=cyklového času) nebo úspory elektrické energie. Přitom skutečnou spotřebu elektrické energie jednotlivými motory stroje je možno monitorovat přímo na obrazovce CNC systému. Bezpečnostní hledisko, na něž je Evropa citlivá, pokryl Fanuc integrací funkce DCS (Dual Check Safety Function) řešené obdobnou redundancí, jakou představil Siemens na EMO 2007 v Hannoveru.

125 CNC systémy a jejich použití OKUMA Japonský výrobce strojů Okuma se stoletou tradicí používá vlastní kvalitní CNC systém (obr. 3). Vedle podpory ISO NC-programování umožňuje i přípravu dat pomocí dialogu a cyklů. Systém je zajímavý tím, že integrovaná CAM úroveň nevyžaduje postprocesor pro převod CL-dat (cutter location data), dokonce fakticky ani obvyklá CL-data nevznikají, interpolátor pracuje přímo z interních dat vrstvy CAM. Systém umožňuje řídit až 24 os vytvářejících obvykle dvojice nebo trojice, lze však simultánně řídit i 6 os [2]. I zde je k dispozici vedle sítě Ethernet i několik USB kanálů a rozhraní RS 232. Použití vlastního CNC systému k řízení vlastních strojů umožnilo nejen vyřešit na vysoké úrovni různé typy kompenzací nepřesností stroje, ale dovolilo vytvořit i účinnou antikolizní ochranu na úrovni řízení polohy a to i při ruční manipulaci se strojem. Tento přístup aplikuje např. i MAZAK, pro něhož vytváří na míru CNC systémy firma Mitsubishi (systém MAZATROL). Alespoň základní antikolizní ochranu obsahují dlouhodobě téměř všechny obecné CNC systémy, lze se však domnívat, že systémy vyvíjené pro konkrétní typ stroje konkrétního výrobce dávají mnohem lepší možnosti z hlediska vytěžení všech vlastností obráběcího stroje. 1.2 Menší výrobci Obr. 3: Řídicí systémy OKUMA - OSP P200 a OSP P20 Kromě velkých zavedených výrobců CNC systémů vystavovala v Milánu řada menších firem. Zmiňme alespoň některé italské představitele E.C.S. Italská firma E.C.S. (*1970, s historií od 1962) nabízela kvalitní CNC s důmyslnými funkcemi již v 80. letech. Dnes nabízí systémy umožňující digitální řízení až 16 os včetně pětiosé interpolace s interpretem umožňujícím zpracování více než 1000 bloků/s. Přitom obsluha servosmyček běží ve 2 ms taktu, z čehož lze usuzovat na vnitřní uspořádání systému, kde se počet předpřipravených bloků (Look Ahead) pohybuje v rozmezí bloků.[3][7] Systémy ECS (obr. 4) podporují řadu vstupních jazyků a umožňují i popis součásti pomocí vestavěných cyklů s podporou režimu teach-in. Systém je koncipován modulárně s dobrými možnostmi pro připojování doplňků. Kromě firemního ECSLINKu je možno digitální osy připojit pomocí digitálního rozhraní IEC (Sercos) a rovněž připojit velké množství vstupně/výstupních modulů pomocí rozhraní CAN Open. Obr. 4: Systém CNC 4801 italské firmy E.C.S. Obr. 5: CNC systém italské firmy VISEL

126 124 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano VISEL Italská firma VISEL existuje 26 let (*1984) [8]. V roce 1998 uvedla na trh svůj první CNC systém VSC 980. Dnes nabízí systém VSC 1020 pro řízení až 5 os[9]. Vstupní jazyk podporuje ISO programování, ale umožňuje i přechod do programování pomocí maker. Interpolace ve 3 osách běží v taktu 2 ms na DUAL CPU (500MHz), což jsou i dnes vyhovující parametry. Je zde však několik zajímavostí: v první řadě na rozdíl od většiny výrobců nepoužívá pro komunikaci s obsluhou Windows. Přesto však umožňuje vzdálenou diagnostiku prostřednictvím webu napojením na nadřazenou DNC úroveň. Vedle Ethernetu je konektivita s okolím podporována i průmyslovou sběrnicí CAN (2x) a rozhraními USB a RS232. Cena systému kolísá podle konfigurace zhruba v rozmezí EUR. Obr. 6: CNC systém švýcarské firmy Affolter AFFOLTER Uplatnění nacházejí i specielní CNC systémy, např. systém CNC LESTE švýcarské firmy Affolter Technologies SA, s možností řídit simultánně až 12 os, vhodný např. pro výrobu ozubení. I tento kompaktní systém se vyznačuje dobrou konektivitou (2x RS232, 2xRS485, CAN-Bus 2.0, Ethernet). Honosí se zejména vysokorychlostní interpolací DHI (Direct Hardware Interpolation) s cyklem 90ns, lepší schopnosti CNC systémů, jako různé typy kompenzací nepřesností stroje však nejsou zmiňovány [4]. Příčinou může být bud prozatímní nedokonalost systému, nebo skutečnost, že ve zmíněném taktu není možno tyto problémy z časových důvodů uspokojivě řešit. Je však možné, že jsme právě svědky přesunu problematiky a pravomocí mezi různými vrstvami podobně, jako se kdysi řešení korekcí nástroje začalo přesouvat z CNC do vrstvy CAM. Pravou příčinu odhalí budoucnost. 1.3 Jednoduchá řešení - indikace Své místo na trhu vedle CNC systémů stále nacházejí i jednoduché indikace polohy (obr. 7). Turecká firma EAE Electronics vyrábějící lineární pravítka nabízí např. indikaci polohy max. tří os s inkrementem 5 um, ale se Obr. 7: Varianty indikace turecké firmy EAE zajímavými doplňky pro částečnou automatizaci jednodušších úloh. Kromě možnosti zapamatovat až 10 "referenčních" bodů, které odpovídají 10 posunutím počátku, jak je známe z CNC systémů, indikace překvapivě umožňuje zapamatování a práci až s 10 korekcemi nástrojů, a to i v kosoúhlých souřadných systémech (obr. 8) [5].

127 CNC systémy a jejich použití 125 Obr. 8: Zajímavé možnosti jednoduché indikace (EAE) Obr. 9: Krokovací linka serie MTR300 od firmy PRECITRAME 2 Aplikace CNC systémů Kromě sólového nasazení u jednotlivých obráběcích strojů nacházejí CNC systémy uplatnění i v širší automatizaci, a to jednak jako řídicí systémy pevných transferových taktovacích linek, nebo jako subsystémy pružných výrobních systémů či podnikových systémů plánování a řízení kvality. 2.1 Taktovací linky Transferové linky jsou typickým představitelem velkosériové automatizace ospravedlňujícím honbu za větším počtem číslicově řízených os rozdělených v rámci CNC do více kanálů PRECITRAME Švýcarská firma PRECITRAME [10] prezentovala na EMO 2009 v Milanu jako jedno z vysoce produktivních a spolehlivých řešení svou serii MTR300. Svařovaná kruhová konstrukce s dobrou teplotní stabilitou obsahuje základnu pro 12 stanic, z nichž 9 je osazeno obráběcími jednotkami. Sedmitunová linka (obr. 9) je nabízena s CNC řízením Sinumerik 840D, nebo se systémem Axium Power francouzské firmy NUM schopným řídit až 150 NC os ve 40 stanicích [11] (obr. 13). Obr. 10: Axium Power CNC (NUM) Obr. 11: Příklad uspořádání modulu BTB M08 [12]

128 126 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano BTB TRANSFER Italská firma BTB TRANSFER SPA (*1987) nabízí modulární výstavbu linek pro jejichž řízení zpravidla využívá CNC systémy skupiny Bosch Rexroth (obr. 11-obr. 12). Podobně jako jiní výrobci linek však podle požadavků zákazníka využívá pro zajištění mezioperační manipulace průmyslové roboty a řídicí systémy různých firem. 2.2 Pružnost výroby Obr. 12: Pohled na linku BTB M08 Obr. 13: CNC systém (Bosch Rexroth) Plnohodnotné řešení pružného výrobního systému představuje vždy velkou investici, a to ve všech rovinách jeho výstavby (projekt, inženýrské sítě, mechanika, logistika...). Přesto je možno dosáhnout velkého zefektivnění výroby již sledováním vytíženosti jednotlivých strojů a přesnějším plánováním rozpadu zakázek na jednotlivá pracoviště. Tuto strategii podporují jak přední výrobci obráběcích strojů či CNC systémů, tak i nezávislé firmy již více než 20 let MCM S.p.A Italská firma MCM - Machining Centers Manufacturing (*1978) vyvinula pro lepší využití a podporu svých výrobních buněk systém jfmx (obr. 14). Původně se jednalo se o dohledový a koordinační software, vyvíjený pro pružnou automatizaci. Dnes obsahuje služby umožňující komplexní řešení založené na strojích MCM. Systém sleduje vytíženost pracovišt, termíny zakázek a podporuje hospodárnost a sledování kvality výroby [14]. Obr. 14: Systém jfmx italské firmy MCM

129 CNC systémy a jejich použití FASTEMS Původně obchodní společnost se začala zabývat problematikou pružnosti výroby počátkem 80. let [15]. Kromě podpory mechanické vrstvy řeší i logistiku pružných systémů. Fastems 8760 je registrovaná značka odvozená z podpory výroby 24 hodin denně po 365 dnů v roce. Fastems promítá stav výroby do různých grafů, podporujících dispečerské rozhodování a vytváření front práce, a to jak pro potřebu velkoseriové výroby, tak i menších dávek. Metoda se opírá o sledovaní vytíženosti pracovišt podle hesla více hodin, méně strojů. V oblasti mechaniky nabízí Fastems Obr. 15: Příklad výstupu FASTEMS 8760 skladové manipulátory a regálové zakladače, přičemž pro výstavbu pružných výrobních systémů či robotizovaných buněk využívá roboty firmy FANUC (obr. 16). Obr. 16: Aplikační příklad nasazení robotů firmou FASTEMS 2.3 Význam robotů S rostoucím tlakem na pružnost výroby roste význam mezioperační manipulace. Touto cetou roste i uplatnění robotů. Pro jejich řízení je sice možno principelně použít CNC systém, avšak mnoho standardních CNC funkcí zůstane nevyužito. Navíc, s ohledem na skutečnost, že roboty bývají založeny na seriové kinematice, přináší řízení rychlosti a tvaru dráhy běžným CNC systémům určité problémy a proto mívají roboty vlastní řídicí systém. Vnitřní struktura CNC systémů se po léta vyvíjela tak, že dnes obsahuje zpravidla tři základní části: NC, PLC a HMI (NC = Numeric Control ~ řízení polohy, PLC = Programmable Logic Control ~ ovládání agregátů, HMI = Human Machine Interface ~ komunkace s okolím). Vzhledem k dobré konektivitě většiny současných řídicích systémů a také z důvodu snazších strukturálních zásahů a servisu, bývají roboty začleňovány do výroby jako samostatné prvky manipulační sítě.

130 128 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano AUTOMAZIONI INDUSTRIALI Italská firma Automazioni Industriali S.r.l. [16] používá při implementaci do pružných provozů roboty různých firem podle přání odběratele (obr. 17). Obr. 17: Příklady mezioperační dopravy realizované pomocí robotů firmou Automazioni Industriali FANUC ROBOTICS Japonská firma Fanuc představila na EMO 2009 svižné řešení lehkého montážního robota s paralelní stukturou (obr. 18). Robot je nabízen ve dvou provedeních (4 nebo 6 os). Do konstrukce může být integrována kamera pro podporu irvision (integrated vision). Pro řízení se předpokládá využití systému R- 30iA firmy Fanuc, kde jsou implementovány nejnovější uživatelské funkce [17]. 2.4 Mechatronické nadstavby Byla již zmíněna sílící orienace CNC systémů na komunikaci s okolím. Komunikační možnosti spolu s rostoucí otevřeností této oblasti dávají uživateli možnost připojit i third-party nebo self-made hardware. Možnost průběžného exportu významných vnitřních proměnných CNC systému při dostatečné vzorkovací frekvenci dovoluje monitoring a vizualizaci pracovišt i tam, kde systém sám takové možnosti přímo nepodporuje. Mnohem významnější se však jeví možnost rychlejšího ověření přesnosti polohování os, zejména v případě víceosých strojů. V této souvislosti je známo např. řešení firmy FIDIA [6][18] - viz obr. 19. Obr. 18: Ukázka rychlého montážního robota s paralelní strukturou (FANUC)

131 CNC systémy a jejich použití 129 Měření vzdáleně připomíná měření dotykovou sondou. Kromě toho, že je rychlejší, je zde další zajímavost: nástroj - střed kalibrované koule - je zapotřebí při měření různých poloh souřadnic stroje udržet v dosahu čidel, stroj tedy provádí jakýsi sférický pohyb kolem přípravku. Kontrolují se tedy jen některé kombinace souřadnic a pro měření je patrně nutno připravit NC program externě, např. pomocí vhodného CAM systému. 3 Shrnutí Oproti předcházejícím létům je v CNC patrný určitý odklon od honičky za vysokým počtem řízených os nebo někdy až skoro nesmyslným počtem kanálů, což se ve své době stalo komerčním hitem. Nyní dominuje jednoduchost, konektivita, a odtud plynoucí flexibilita. Důraz na rychlost, přesnost a kompenzaci špatných vlastností stroje pochopitelně zůstává, avšak zmíněná zjednodušení svým způsobem vracejí komplexní CNC nazpět do oblasti výkonných NC. To je způsobeno mj. i rostoucí poptávkou po řízení víceosých strojů, kde ruční příprava technologických programů nepřipadá téměř v úvahu. Tvarová složitost vyráběných dílců vede stále častěji k použití CAM systémů, takže se mnohdy neuplatní ani pro CNC typická schopnost výstavby korigovaných drah. Zvýšená pozornost je však věnována antikolizním subsystémům. Případné doplňky CNC systémů jsou zaměřovány spíše ke zvyšování přesnosti, součinnosti s okolím, plánování a podpoře sledování kvality v rámci celého podniku. CNC se tak stává menším, ale nezbytným a vysoce výkonným kolečkem v soukolí průmyslové výroby. 4 Zdroje Obr. 19: Kontrola přesnosti pomocí nízkozdvihových čidel (FIDIA) Pro sestavení článku byly použity informace získané na stáncích od zástupců jednotlivých firem, níže uvedené tištěné materiály a www stránky. [1] SIEMENS. Powerhouse in the Compact Class. CNC4you, The Shopfloor Magazine. Volume 3, September Siemens Aktiengesellschaft. Order No: E20001-A1050-P610-X [2] OKUMA. OSP-P200, OSP-P20, CNCs for the New Era. ITplaza, Okuma NetFactory. Firemní prospekt, No.OSP-P200/P20-(4)-300. OKUMA Corporation. [3] E.C.S.: CNC for metal working machine tools 1800/2800/4800 series. Firemní prospekt, Code 770Z315. Electronic Control Systems S.p.A. [4] AFFOLTER. LESTE CNC. Firemní prospekt, V AFFOLTER TECHNOLOGIES SA. [5] EAE Electronics a CTL Brand. Digital Read Outs. BASIC 110, 210, 310 Series. Firemní prospekt, CTL Enerji ve Kontrol Sistemleri Sanayi Ticaret A.S. [6] FIDIA. HMS - Head Measuring System, European patent No Firemní prospekt, 01/2008. Fidia S.p.A. URLs: [cit. 2010/01] [7]

132 130 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 [8] [9] [10] [11] [12] [13] Vornavi.cfm?Language=DE&VHist=g97568,g96072&PageID=p [14] [15] [16] [17] [18]

133 131 Komponenty pohybových os Tomáš Holkup, Pavel Lysák, Jan Moravec, Jiří Švéda, Matěj Sulitka, Pavel Souček, Martin Mareš Abstrakt: Příspěvek se zabývá komponenty pohybových os vystavovanými na veletrhu EMO Milano Důraz je kladen na novinky a patrné trendy. 1 Úvod Cílem článku je zmapovat současný stav a novinky v těchto oblastech: lineární vedení valivá a kluzná kuličkové šrouby, uložení kul. šroubů velkoprůměrová ložiska převody řemenové (řemeny, řemenice, předepínání, životnosti, atd.) ozubené hřebeny a prstence, pastorky, převodovky s eliminací vůlí nekonvenční pohybové osy, převody a uložení hydrostatická a aerostatická vedení možnosti kompenzace pasivních odporů pomocí ŘS Komponenty pohybových os nezaznamenaly v posledním období výrazný rozvoj. Na EMO Milano 2009 byly prezentovány standardní koncepce s minimem zlepšení. Dílčí modifikace a inovace jsou popsány v následujících tématických kapitolách. 2 Lineární vedení valivá a kluzná V oblasti valivého a kluzného lineárního vedení bylo prezentováno minimum novinek. Na strojích dominovalo využití kolejnic a vozíků s recirkulací valivých elementů. Již v minulých letech prezentovala firma THK (J) svůj koncept kuličkového recirkulačního systému s plastovou klecí. Koncept je nyní využit jak u kuličkového lin. vedení, tak u kuličkových šroubů. Výhodou koncepce je potlačení hluku vznikajícího narážením ocelových elementů na sebe (obr. 1), střední hodnota pasivních odporů se však příliš nemění. Novinkou je však využití systému i pro recirkulační vedení válečkové, aktuálně u typů SRG, SRN a SRW, (obr. 2c). Obr. 1: Koncept plastové klece v lin. vedení a kuličkových šroubech firmy THK Další novinkou firmy THK je ultralehké vedení s vozíkem z hliníkové slitiny a dutou kolejnicí (obr. 2a). Výsledkem je o 40% lehčí konstrukce, daní pak mírně nižší tuhost. Toto vedení je zaměnitelné se standardními modely, aktuálně jsou k dispozici velikosti typu SSR: 15, 20, 25 a velikosti typu SHS: 25. Dále

134 132 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 bylo prezentováno vedení se zdvojenými kuličkovými drahami (obr. 2b), pro zvýšení únosnosti a tuhosti ve svislém směru. Toto vedení zatím nemá označení, jeho svislá tuhost je údajně vyšší než u srovnatelného modelu s válečky SRG-L. a) b) c) Obr. 2: Vedení THK a) SRW s válečky a klecí, b) se zdvojenými řadami kuliček, c) ultralehké vedení typu SSR Firma IKO (J) představila klasické recirkulační valivé lineární vedení v různých verzích a velikostech. To je nově vybaveno samomazným systémem C-lube, který dodává mazivo valivým elementů při průchodu recirkulačním kanálem. Takto by bez servisního zásahu mělo vydržet minimálně 20 tis. km nebo 5 let bez nutnosti relubrikace. Obr. 3: Systém IKO C-lube Firma Hiwin (Taiw) prezentovala na veletrhu několik novinek. V oblasti lineárních vedení se jednalo široké a přitom nízké vedení - typ WE (obr. 4), které je schopno při nízkých zástavbových rozměrech přenášet velice vysoké klopné momenty. Kolejnice disponuje dvěma řadami děr pro šrouby a vozíky je možno objednat bud klasické nebo s montážními otvory v přírubě. Nejedná se však o žádnou revoluční novinku, produkt je spíše snahou vyrovnat se s konkurencí. Obr. 4: Hiwin WE Firma Schneeberger (D) opět prezentovala nový typ lineárního vedení s integrovaným odměřováním. Jednou z novinek bylo nové překrytování AMSA 3A, které umožňuje provoz v extrémních podmínkách (obr. 5). Krytování dosahuje standardu IP 68 a je odolné tekutinám, chemikáliím a také teplotám. Další představenou inovací bylo inkrementálního odměřování AMS integrované do kolejnic vedení (obr. 6). Tímto krokem již kolejnicím nezpůsobuje problém jejich vzájemné napojování. Obr. 5: AMSA 3A Obr. 6: AMS incremental Firma Bosch-Rexroth (D) představila své lineární recirkulační vedení bez výraznějších inovací. Novinkou na stánku Bosch-Rexroth byl stůl TKL s integrovaným kuličkovým vedením a integrovaným odměřováním. Pohyb

135 Komponenty pohybových os 133 stolu je zajištěn pomocí integrovaného lineárního motoru o maximálním tahu až 7 150N. Maximální délka osy je 4 m, délka stolu se pohybuje mezi 100 až 200 mm. Osu je možné dovybavit brzdou nebo skleněným pravístkem s rozlišením 0,25 m (standardní je ocelový proužek s rozlišením m), krytování je provedeno pomocí měchů. Podobný komplet může být vhodný např. pro přídavné manipulační osy. Na veletrhu EMO byla dále zastoupena firma NSK (J). Prezentovala valivá lineární vedení, kuličkové šrouby, přesná ložiska, a však bez výraznějších novinek. Firma INA na EMO 2009 chyběla. Podle dostupných informací stále nabízí novinku z předchozího veletrhu v Hannoveru - hydrostatické vedení s kolejnicí HLE45 nahrazující standardní valivé. V oblasti kluzného uložení se neobjevily žádné novinky. 3 Kuličkové šrouby a jejich uložení Tato kapitola je doplněním obdobné kapitoly z předchozího článku Pohony lineární i rotační a řídicí systémy. Novinky v oblasti recirkulačních kuličkových šroubů byly pouze nepatrné. Firma Steinmeyer (D), která na minulém veletrhu prezentovala šroub ETA+ s uváděnými parametry výrazně lepšími než konkurence, na EMO 2009 chyběla. Český zástupce KSK Kuřim (Cz) nově nabízí okružované šrouby, které spadají do třídy přesnosti IT5 a představují cenově atraktivní variantu ke šroubům broušeným. Firma NSK (J) představila kuličkové šrouby se zesíleným plechovým těsněním proti nečistotám. Firma SKF opět vystavovala své pohybové šrouby ( s planetovým, nebo recirkulačním ozubeným převodem, vhodné pro nižší posuvové rychlosti a vysoká zatížení např. u tvářecích strojů. Pro průměr 48 mm je uváděna limitní otáčková rychlost 3000 rpm. Pro přesné aplikace jsou nabízeny matice s předpětím. Šrouby mají nižší stoupání než kuličkové, limitem poměru P (stoupání) /D (průměr) je u planetových šroubů obvykle 1/2, u šroubů recirkulačních je tato hodnota ještě výrazně nižší. a) b) Obr. 7: Pohybové šrouby SKF s a) planetovým a b) recirkulačním převodem

136 134 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 8: Kul. matice Bosch- Rexroth 2-start FED-E-B Firma Bosch-Rexroth (D) představila na svém veletržním stánku novinku voblasti kuličkových matic. Kuličková matice 2-start FED-E-B je dvouřadá matice s přírubou a se zvýšenou únosností se zachováním stejných zástavbových rozměrů jako matice jednořadé (obr. 8). Při rozměru kuličkového šroubu 63x40 je matice schopna dosáhnout statické únosnosti C0 = 292 kn a dynamické Cd = 104 kn. Maximální posuvová rychlost je 125 m/min. Novinkou na sánku Hiwin (Taiwan) byl válečkový šroub (obr. 9). V těle šroubu jsou jako valivé elementy použity místo kuliček válečky. Šroub tak dosahuje až 2x vyšší únosnosti, díky čemuž dochází k prodloužení intervalu servisních zásahů na dvojnásobek a tuhost šroubu je také až dvojnásobná. Nevýhodou tohoto typu Obr. 9: Válečkový šroub Hiwin pohybového šroubu je možnost přenosu zatížení pouze v jednom směru. Předepnutí matice zajišt ují kuličky které také nesou případné zatížení v opačném směru. Na stánku však již byl vystaven prototyp šroubu s válečky na obou stranách, kde tento nedostatek odpadá. 4 Velkoprůměrová ložiska Firma THK nabízí kromě standardních řad velkoprůměrových válečkových ložisek typu RU, RA, RA-C, RB a RE nový typ ložiska RW. Jedná se o dvouřadou konstrukci s předpětím do O, která se vyznačuje vysokou tuhostí a únosností. Ložiska zatím nejsou v katalozích, poptávky je potřeba řešit individuálně. Italská firma RÖSSL&DUSO Group Spa ( se zabývá výrobou a obráběním součástí středních a velkých rozměrů (odlitky, výkovky) pro energetický průmysl, stavbu lodí, rafinerie a pro všeobecné strojírenství. Na veletrhu tato firma vystavovala velkoprůměrové válečkové axiální ložisko pro velké otočné stoly a karusely (obr. 11). Vnější průměr ložiska je mm, vnitřní průměr je 2330 mm. Ložisko může nést zatížení až 80 t. Firma je schopna vyrobit podobné ložisko až do vnějšího průměru 2990 mm. Obr. 10: Ložisko THK - RW Obr. 11: Velkoprůměrové válečkové axiální ložisko RÖSSL&DUSO Dále jen heslovitě: Firma S.4M (It) která se a specializuje na zakázkovou výrobu a vystavovala svá velkoprůměrová valivá ložiska. Podobně i firma APB (A). Firma FIBRO (D) představila svůj sortiment otočných stolů hnaných šnekovým soukolím i prstencovými motory. Jako uložení jsou použita valivá nebo hydrostatická ložiska. Firma OMR (It) se specializuje na velké otočné stoly. Firma Sankyo - Seisakusho (J) se specializuje malé naklápěcí otočné stoly. Firma Demmeler (D) představila své velkoprůměrové otočné stoly uložené na hydrostatickém ložisku. V některých případech je otočný stůl ještě umístěn na posuvové ose s valivým vedením. Zajímavostí byl otočný stolek firmy Zollern (D) průměru 300 mm na aerostatickém ložisku a s přímým pohonem.

137 Komponenty pohybových os Ozubené hřebeny a pastorky, převodovky s vnitřním předepnutím Firma REDEX-ANDANTEX představila různé varianty planetové převodovky SPR s či bez pastorku. Převodovka SPR je přímo určná pro aplikace typu hřeben - pastorek, vyznačuje se velkou torzní a radiální tuhostí. Pro bezvůlové aplikace je možné osadit ji děleným pastorkem s dvěma pootočenými díly (splitpinion), (obr. 12a). Příklad aplikace principu dvou předepnutých pastorků vycházejících z jediné robustní převodové skříně DRP+. Předepnutí je možné vyvozovat bud elektricky za použití dvou motorů (označeno TwinDRIVE ), nebo připojením k jedinému motoru a vzájemným mechanickým pootočením převodových cest (označeno DualDRIVE ), (obr. 12b). Řešením umožňujícím pouze elektrické předepnutí je princip KRPX - Turnkey (obr. 12c), který využívá dvou sestav pastorek-převodovka-motor (obr. 12). Podobně jako typ DPR+ i KPRX vyniká vysokou torzní a ohybovou tuhostí. a) b) c) Obr. 12: Pohony firmy REDEX a) SPR s děleným pastorkem, b) DRP+ DualDRIVE, c) KRPX TwinDRIVE Na EMO 2009 vystavovala i firma GÜDEL, která se specializuje na aplikace pro průmyslovou autimatizaci. Z její produkce: planetové převodovky pro pohony hřeben-pastorek, výroba ozubení: hřeben-pastorek, komponenty pro šneková soukolí, kola s kuželovým ozubením. Obdobně, hřebeny s přímým nebo šikmým ozubením nabízí firma Schneeberger (D). Svůj sortiment bezvůlových harmonických převodovek představila firma Harmonic Drive (US) využívající svého vlastního typu ozubení, bez výraznějších novinek. 6 Brzdy pohybových os Německá firma HEMA Maschinen-und Apparateschutz ( vyrábí krytování pohybových os, kloubů, spirálové kryty kuličkových šroubů a brzdy pohybových os. V následujícím jsou představeny novinky firmy se zaměřením na brzdy pohybových os. Elektromagnetická brzda HEMA SSB-1000 (obr. 13, obr. 14) je kompaktní univerzální elektromagnetická brzda určená pro obecné použití v konstrukci strojů, dopravníků a jeřábů. Může být použita i v prostředích s vyššími teplotami. Brzda funguje na známém principu, kdy sevření čelistí je zajištěno pružinou a jejich rozevření zajišt uje elektromagnetická síla. Proto může být brzda použita i jako zádrž i jako brzda bezpečnostní. Plovoucí ložisko brzdy kompenzuje drobné axiální nepřesnosti kotouče a pomáhá tak zajišt ovat rovnoměrnější rozložení brzdného tlaku. Brzda je navržena pro tloušt ky kotouče 20; 25; 30 mm. Vyvinutá přítlačná síla dosahuje 10 kn, brzdný moment (v závislosti na průměru kotouče) dosahuje až 6,5 knm. Při hmotnosti brzdy 25 kg je tak dosaženo vysokého poměru výkon ku hmotnosti. Inovovaný elektromagnetický systém pomáhá předcházet přehřátí brzdy a snižuje spotřebu energie. Další technické parametry jsou na obr. 14. Obr. 13: Elektromagnetická brzda HEMA SSB-1000

138 136 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Pro potřeby brzdění či upínání v zakřivených úsecích lineárních vedení nabízí HEMA brzdný/upínací systém LinClamp S (obr. 15) s adaptovatelnou geometrií čelistí poskytující plně funkční řešení praktických aplikací. Obr. 14: Parametry a volitelná příslušenství brzdy HEMA SSB 1000 Obr. 15: Brzdný a upínací systém HEMA LinClamp S HLVB HEMA Linear Vertical Brake (obr. 16) je bezpečnostní brzda pro vertikálně se pohybující zátěže s vyvažováním. Brzda pracuje na čistě mechanickém principu a je přímo propojena s mechanismem vyvažování osy. Při bezporuchovém provozu vertikální osy je rozevření brzdy zajišt ováno silovým působením vyvažování. Brzda je aktivována mechanicky poruchou vyvažování a zabraňuje tak pádu zátěže. Po obnovení správné funkce vyvažování se čelisti brzdy rozevřou a tím je umožněn další provoz vertikální osy. Brzda má kompaktní zástavbové rozměry (tvarem se velmi podobá valivému hnízdu) a montuje se na lineární vedení (obr. 18). Vyrábí se pro velikost kolejnice Bosch Rexroth 25, nominální (tj. minimální) zádržná síla je 1000 N, činnost brzdy se při pádu aktivuje na dráze menší než 10 mm. Rozměry brzdy jsou na obr. 17. Brzdu lze s výhodou použít pro vertikálně posuvné kryty strojů. Obr. 16: HLVB HEMA Linear Vertical Brake Obr. 17: Rozměry brzdy HEMA HLVB Obr. 18: Instalovaná brzda HEMA HLVB DiscClamp DSC 670 (obr. 19) je prstencová hydraulická brzda vhodná pro otočné stoly. Prostřednictvím 36 pístků vyvine při tlaku 50 bar brzdný moment až Nm. Vnitřní průměr brzdy je 670 mm. Další projekt DiscClamp firmy HEMA bude zaměřen na nouzové brzdění vysokootáčkových vřeten. Obr. 19: DiscClamp DSC 670

139 Komponenty pohybových os Hydrostatická vedení a další hydrostatické aplikace Hydrostatické vedení se vyznačuje takřka nulovým třením při pohybu, což je výhodné u velmi přesných strojů s požadavkem na minimální polohovací krok. Další vlastností je výborné tlumení vibrací, které je výhodné u strojů pro tvrdé obrábění a u velkých strojů obecně. Nevýhodou je potřeba přídavných zařízení zajišt ujících přívod a odvod oleje a složitější konstrukční návrh. 7.1 Firma Hyprostatik Schöenfeld Firma Hyprostatik se pohybuje na trhu s hydrostatickými (HS) komponenty pohybových os obráběcích strojů od roku Stěžejní produkt PM regulátor průtoku (Progressive volume flow controller), (obr. 20), jehož aplikace je tradičně hlavním předmětem stánku Hyprostatiku na veletrhu EMO. Jeho výhodou je výrazné zvýšení statické tuhosti v porovnání se standardním kapilárovým systémem. Zatímco při použití kapilár při zvyšování zátěže roste tlak v HS kapse a průtok HS buňkou klesá, charakteristika PM regulátoru je přesně opačná. Při zvyšování tlaku v HS kapse regulační prvek poskytuje vyšší průtok kapsou a snaží se udržet konstantní škrtící mezeru (obr. 21). Jako největší výhody používání PM regulátorů oproti konstantnímu hydraulickému odporu kapilár uvádí Hyprostatik: 3x až 5x vyšší statická tuhost redukce průtoku oleje a spotřeby energie čerpadla tlak v kapse nezávyslý na viskozitě a teplotě tlakového média tlak v HS kapse může být 2 až 90 % tlaku čerpadla menší počet kapes ve vedení Obr. 20: PM regulátor průtoku. Obr. 21: P/Q charakteristiky PM regulátoru a kapiláry v konkrétním HS systému Aplikace PM regulátoru v kombinaci s čepadlem a kapsou je možná v několika případech: vedení pro lineární nebo rotační pohyb uložení matic pohybových šroubů, axiální ložiska šroubů (na veletrhu byla ukázka modelu celé pohybové osy, obr. 22) uložení vysokorychlostních vřeten (bylo prezentováno vřeteno s upínacím rozhraním HSK100 a max. otáčkami rpm) Obr. 22: Model pohybové osy na záladě principu Fy Hyprostatik

140 138 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Dle informací firmy lze HS vedení s PM regulátory použít pro jakékoliv reáné posuvové rychlosti. Kritériem návrhu je pak maximální přípustné silové zatížení, které vzhledem k rychlosti vystupuje v nepřímé úměře. Návrh vedení (rozměrů kapes a parametrů čepadla) musí vždy probíhat s ohledem na vlastnosti PM regulátoru, proto na vyjímky není možné jen nahradit původní kapiláru. Aplikace produktů firmy Hyprostatik byly vidět u firem UNION (vrtací a frézovací stroje), ROTTLER (speciální obráběcí stroje), KELLENBERGER (brusky) a další. 7.2 Firma Zollern Druhým významným výrobcem komponent pro HS vedení, prezentujícím na veletrhu EMO 2009, byla německá firma Zollern. Její kořeny sahají až do roku 1708, kdy byla založena jako slévárna. Od té doby se firma Zollern rozrostla a pokryla velkou část potřeb technických odvětví (vedle slévárenství také výroba profilů, dopravní technologie, ložiska a prvky pro strojírenství). V oblasti komponent HS vedení pohybových os firma Zollern představuje tři přístupy k řízení průtoku a tlaku v kapse, (obr. 23). Obr. 23: HS komponenty pro řízení tlaku či průtoku firmy Zollern.1) ložisko s předběžným škrcením ( Bearing Clearance Compensator); 2) dělič průtoku; 3) kapilární trubičky Nejzajímavějším přístupem je předběžné škrcení Preliminary Throttle - Bearing Clearance Compensator. Vlastní rovina ve středu každé kapsy je obrobena ve stejné výši jako plochou ložiska. Drážka pro tlak z čerpadla D p, která je spojena čerpadlem, je vyfrézovaná ve středu každé rovny. Drážky pro tlak kapsy D k jsou umístěny zleva a zprava drážky pro tlak z čerpadla. Hydraulický olej o určitém tlaku z čerpadla protéká z D p do stran k drážkám D k a zásobuje tak ložisko na druhé straně systému vedlejšími kanály (obr. 24). Hlavními výhodamy jsou : kompaktní koncepce není potřeba dodatečného nastavení po montáži vysoké rychlosti (50 m/s) použití nízkoviskózních kapalin konstantní tlak v kapse vysoká přesnost vysoká tuhost velmi efektivní tlumení Použití děliče průtoku je dalším způsobem jak zásobohat HS kapsy tlakovým médiem. HS systémy (uzavřené i otevřené) s děličem průtoku se vyznačují nízkou tlakovou ztrátou mezi čepadlem a kapsou a vysokou tuhostí. Kapilární trubičky jsou vyráběny o vnitřních průměrech 4 až 8 mm a jsou zabudovány do šroubu s vnitřním šestihranem pro dobrou manipulaci a nastavování. Firma Zollern počítá s kapilárami v aplikacích s malými posuvovými rychlostmi, pro otevřené ložiskové systémy nebo jednotlivé HS kapsy. Kapiláry vyžadují nastavení před implementací do HS systému. Obr. 24: Princip předběžného škrcení

141 Komponenty pohybových os 139 Aplikace produktů firmy Zollern byla inzerována např. na brousicích strojích italské firmy Tacchella Macchine (PROFLEX4, PULSAR C3.75 a PULSAR C1.60). 7.3 Uplatnění HS na konkrétních strojích Na vystavených strojích se hydrostatické nebo hydrodynamické lin. vedení a uložení vřetena objevilo např. na bruskách firem Gioria a Okamoto. Časté je využití HS pro uložení velkých rotačních stolů, např. Škoda Machine Tool nebo ČKD Blansko. Italská firma FPT představila velký frézovací stroj Spirit vybavený HS na vedeních všech pohybových os. Ten je určený pro potřeby výkonného obrábění velkých obrobků s vysokou přesností a je vybaven vlastním systémem MACHES (Multi Axis Control Hydrostatic Electronic System). Parametry HS jsou standardní: tlak kolem 60 bar, výška škrtící mezery do 50 m a rozměry kapes jsou zhruba formátu A5. Obr. 25: Stroj SPIRIT firmy FPT s HS systémem MACHES. 8 Shrnutí a závěr Na veletrhu EMO Milano 2009 nebyly v oblasti komponent pohybových os prezentovány žádné převratné změny. Pokračují dílčí trendy ve snižování pasivních odporů, zlepšování těsnosti proti nečistotám, zvyšování tuhosti a únosnosti. Stále také platí, že teprve správným výběrem a aplikací komponent pro daný účel je možné plně využít jejich vlastností. Ke správnému výběru ve fázi konstrukce napomáhají jak praktické zkušenosti z provozu, tak výpočtové modely.

142 Pokročilé teplotní kompenzace na základě přenosových funkcí Vývoj strojů a elementů Rám obráběcího stroje je vystaven působení řady tepelných zdrojů. Vnější zdroj tepla představuje např. teplota ve výrobní hale, typickými vnitřními zdroji jsou vřeteno nebo pohony pohybových os. Sdílení a vedení tepla rámem stroje způsobuje tepelné deformace, které se projevují chybami přesnosti obrobku. Vzniklé chyby obecně zahrnují jak odchylky posuvů, tak úhlových natočení. Tepelně vyvolané deformace rámu stroje lze výrazně potlačit pomocí aktivního kompenzačního algoritmu. KONTAKT Ing.Otakar Horejš, Ph.D. O.Horejs@rcmt.cvut.cz POPIS Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii vyvíjí novou kompenzační metodu založenou na tzv. termomechanických přenosových funkcích: TMPF. Funkce TMPF obecně vyjadřuje vztah mezi dvěma parametry, např. teplotou v místě A a deformační odezvou v místě B. Matematicky redukovaný zápis přenosových funkcí umožňuje jejich přímé využití pro výpočty kompenzačních korekcí v reálném čase. V praxi řízení strojů dosud běžně používaný kompenzační algoritmus, který je založen na vícenásobné regresní analýze, je vyhovující pouze v úzkém pásmu pracovních podmínek, pro které byl kalibrován. V případě modelu založeném na TMPF lze dosáhnout výrazně vyšší přesnosti stroje v širokém pásmu pracovních podmínek. Zlepšení je až 80% oproti standardní, statické, tabulkové kompenzaci. > Identifikace zdroje tepla > Umístění teplotních čidel na stojanu obráběcího stroje > Měření deformací na fiktivní špičce nástroje PŘÍNOSY Zvýšení výrobní přesnosti stroje. Zmenšení lineárních i úhlových chyb stroje. Identifikace zdrojů tepla v čase: diagnostika a monitorování. Experimentální identifikace součinitelů přestupu tepla pomocí čidel vyvinutých ve VCSVTT. APLIKACE Metoda se uplatní ve všech případech, kdy je požadována vysoká přesnost obrábění, zejména: pro stroje s teplotně nesymetrickou konstrukcí, typicky např. pro vertikální frézky s rámem typu C, pro minimalizaci velkých úhlových deformací stroje, pro diagnostiku a identifikaci zdrojů tepla, při návrhu účinných konstrukčních změn stroje vedoucích k minimalizaci teplotních deformací. REFERENCE Řízení chladicího výkonu vřetene stroje LM1 v laboratoři VCSVTT na základě modelu na principu termomechanických přenosových funkcí; Teplotní kompenzace horizontálního obráběcího centra H50; TAJMAC-ZPS, a.s., 2008 a ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii VCSVTT Horská 3, Praha 2

143 141 Krytování, kapotáže, design a ergonomie strojů Jan Hudec, Matěj Sulitka Abstrakt: Článek popisuje novinky v pohyblivém krytování obráběcích strojů prezentovaných na EMO Dále je uveden i přehled některých zajímavých řešení designu strojů. 1 Úvod Výrobci pohyblivého krytování se letos přestali chlubit maximálními provozními parametry. Namísto toho se snažili zaujmout konstrukčními detaily, vývojem, testováním a optimalizací komponent krytů a jejich materiálů. Dále bylo možné vypozorovat způsoby, jakými se firmy vyrovnávají s poklesem zakázek. Některé se snaží uspět jako designéři a výrobci kapotáží, jiné se soustředí na údržbu existujících krytů u zákazníků. V oblasti designu byla na EMO 2009 představena řada nových strojů s výrazným výtvarným řešením. Prohlídka veletrhu ukazovala, že význam kvalitního designu si uvědomuje stále větší počet výrobců. 2 Pohyblivé krytování 2.1 LA protec (IT) - uplatnění pokročilých polotovarů Nejvýznamější inovaci v oblasti teleskopických krytů představila italská firma LA protec. Podstatnou nevýhodou použití plechů při konstrukci krytů je jejich ohybová poddajnost. Ve snaze postavit tuhý kryt je nutné volit polotovar tloušt ky 1,5 až 3 mm, což zvyšuje hmotnost a tím setrvačné hmoty krytu. Zvýšení tuhosti a únosnosti při současném snížení hmotnosti bylo dosaženo použitím ocelového sendvičového materálu s voštinovým jádrem. Plášt sendviče i voštiny jsou tvořeny plechy tloušt ky 0,5 mm. Velikost buněk voštiny je 3 mm. Celková tloušt ka sendviče je 4-5 mm. Tento typ krytování je ve fázi vývoje, proto firma nechtěla prozradit výrobce sendviče. Prozatím je možné nalézt 3 firmy nabízející ocelové voštiny, ale žádná nenabízí velikost buněk menší než 10 mm. Obr. 1: Odkryté voštinové jádro Obr. 2: Ocelové voštinové jádro (zdroj: Plascore) 2.2 Keyarrow (TW) - nůžkový mechanismus s nízkým odporem a samoustavovací kluzáky Na stánku Keyarrow tentokrát chyběl testovací stroj s krytem polohovaným rychlostí 150 m/min. Místo něj byly na statické ukázce k vidění některé konstrukční detaily krytu. Nebylo možno fotit, proto byly vytvořeny pouze skici principů.

144 142 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Prvním vylepšením byla prodloužená poslední ramena patentovaného nůžkového mechanismu vedeného krajními čepy (namísto klasických středových). Jedná se o ramena připevněná k nejmenšímu segmentu krytu. Toto řešení má přispět ke zvýšení stability rozpínání a smršt ování nůžek. Dalším detailem byl samoustavovací kluzák segmentu, který má možnost se natáčet. Tím je zajištěn správný kontakt kluzáku s pojezdovou plochou i v případě nepřesné montáže krytu. Obr. 3: Nůžky s prodlouženými rameny Obr. 4: Princip naklápění kluzáku 2.3 Tecnimetal (IT) - převrácený dvouosý kryt a pružinové tlumení Tecnimetal odhalil svůj způsob tlumení nárazů segmentů krytu v koncových polohách. To je provedeno zkříženými pružícími tyčemi připevněnými k zadním stěnám segmentů. Dále byl vystaven malý dvouosý kryt, který má plechy uspořádány v obráceném pořadí než bývá zvykem. V tomto případě je nejmenší plech vpředu a stěrač je připevněn k vnější hraně plechu. Řezná kapalina nestéká proti stěrači a má menší možnost proniknout za kryt. Vodící nůžkový mechanismus je přichycen k vnitřním rohům plechů. Tím je přisunut blíže k tělesu pinoly nebo vřeteníku, což zmenšuje vnější obrys krytu. Tento kryt je určen především pro stavebnicové a rekonfigurovatelné stroje. Obr. 5: Převrácený dvouosý kryt Obr. 6: Tlumení zkříženými pružinami 2.4 PEI (IT) - repasy a výměna starých krytů, nový stěrač Firma PEI reaguje na klesající poptávku po krytování nabídkou údržby či výměny opotřebovaného krytu. Sami si kryt odměří u zákazníka, zdokumentují a následně vyrobí nový. Dále byl představen nový profil stěrače pro výsuvné součásti s velkým operačním rozsahem. Obr. 7: Opotřebovaný kryt a nově vymodelovaný kryt Obr. 8: Stěrač

145 Krytování, kapotáže, design a ergonomie strojů HEMA (DE) - lomené lamelové kryty Hema začala nabízet novinku: lomené lamelové kryty Vector C 2. Lamely se běžně vyrábí přímé pouze pro rovné stěny, aby měly možnost pružit při skládání a rozpínání měchu. Ohnutí lamely by způsobilo její nežádoucí vyztužení. Hema přišla s řešením tohoto nežádoucího efektu. Lamely jsou rozděleny podle počtu rovných ploch a překrývají se ve zkosení ohybu (50 až 100 mm). Hema se také výrazně prezentuje svými materiálovými a funkčními testy měchů. Kromě zátěžových, únavových testů a testů těsnosti provádí také testy průrazové a testy hlučnosti. Obr. 9: Vícenásobně lomený lamelový kryt Obr. 10: Princip skládání lamel 3 Kapotáže 3.1 Irudex (SP) - kapotáž a odhlučnění Mezi firmy, které se kromě výroby pohyblivých krytů zabývají také výrobou kapotáží strojů, se řadí také Irudex. Zajímavým doplňkem jejich sortimentu je však výroba zvukotěsné kapotáže. Tu dodávají jako stavebnicový systém, kterým lze obestavět stroj a vytvořit tak uzavřený prostor. Obr. 11: Příklad kapotáže stroje Obr. 12: Řez odhlučňovacím panelem 4 Design Podoba výrobků a strojů patří obecně mezi projevy tzv. hmotné kultury společnosti, v níž se prostřednictvím dostupných technických a technologických prostředků zrcadlí celková myšlenková atmosféra doby. Utváření vnějšího výrazu technických výrobků je přímo vázáno na technickou povahu zařízení, jehož funkčnost je uživateli zprostředkovávána právě jeho vnější podobou. Navrhování výrobků, tzv. design, by tudíž měl být ve své plné podstatě významu výsledkem úzké spolupráce konstruktérů s průmyslovým návrhářem, který vyvíjený výrobek obohacuje o kvality související s vytvořením vhodného pracovního prostředí. Kromě zajištění požadované ergonomičnosti ovládacích prvků je přirozeným projevem komplexního návrhu výrobku i jeho výtvarně kultivovaná podoba, která přispívá k vytvoření psychologického pocitu jistoty uživatele a jeho vstřícného přístupu k výrobku. Kvalitní vnější podoba výrobků přispívá také k lepšímu prosazení se v konkurečním prostředí trhu.

146 144 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Design strojů na EMO Obecné poznatky Prohlídka veletrhu EMO 2009, v porovnání s možností předchozí návštěvy EMO 2005 svědčila o tom, že stále větší počet výrobců výrobní techniky si uvědomuje význam kvalitního designu strojů a při navrhování strojů se snaží o vytvoření výtvarně pojednaného řešení s prvky, charakterizujícími vždy příslušnou firmu. Nejvýraznější nárůst uplatnění tvarově kvalitně řešných krytů stojů byl sledován zejména u německých a švýcarských výrobců. Obecný charekter tvarování krytů obráběcích strojů vyplývá stále z převážně dostupné technologie klempířského zpracování plechu bez použití lisovacích nástrojů. U výrobců, vyrábějících ve větších sériích se ovšem začínají objevovat jak obecně tvarované plochy částí krytů, tak uplatnění plastických hmot, zejména v oblasti ovládacích panelů. V barevnosti krytů k výraznějším posunům nedochází, u většiny strojů převládá řešení založené na schématu kombinace světlého a tmavého odstínu šedé a jedné doplňující barvy. Volby barev se pohybují nejčastěji ve výrazných odstínech červené a modré. V následujícím textu jsou představeny některé ukázky strojů, které se na EMO 2009 vyznačovaly kvalitním řešením jejich designu Dobrý design vystavovaných strojů Bez nadsázky je možno firmu DMG považovat díky cílenému uplatněním designu jednotného charakteru v celé výrobní produkci za obecně určující trend vývoje tvarování krytů obráběcích strojů. Na předchozím EMO 2007 byl představen nový styl, který se stal v uplatněných řešeních v oblasti výrobních strojů přelomovým (obr. 13 vlevo). Základní charakter strojů DMG určuje kombinace rovinných ploch a výrazných zaoblení hran, doplněná dalšími nezaměnitelnými prvky. Zasklení otvorů je provedeno velkoplošnými polykarbonátovými panely lepenými do rámu krytů, přičemž části zasklení přesahující průhledové otvory jsou černěny. Celkový výraz krytů dotvářejí tvarované hliníkové profily se světelnou signalizací, obepínající hrany okolo posuvných dveří. Na krytech ovládacích panelů s velkoplošnými monitory jsou uplatněny plastické díly z taženého ABS (obr. 13 uprostřed), které jsou použity i na nově tvarovaných ovládacích panelech předchozí generace krytů strojů (obr. 13 vpravo). Zajímavostí je prostorové tvarování zaoblených hran některých krytů strojů (obr. 14). Styl tvarování strojů DMG byl vypracován externím designérským studiem, které průběžně dohlíží a konzultuje konstruktérský vývoj dalších variant krytů strojů. Obr. 13: Styl designu strojů DMG, jež byl představen na EMO 2007 (na obrázku centrum CTX gamma 2000 TC). Komplexním řešením designu strojů celé výrobní produkce se zabývá také švýcarské firma +GF+ Agie Charmilles. V tvarování je zřetelná návaznost na předchozí charakter strojů MIKRON, jejichž design byl svěřován do péče designérských studií Red Office a Fernand Hofer. Nově prezentovaná aktualizovaná podoba strojů se svým výrazem přizpůsobuje virtuálnímu charakteru doby a při použití ostře bílé základní barvy v kombinaci se zaoblenými svislými hranami skříní strojů působí velmi odhmotněným dojmem (obr. 15). Barevné schéma doplňuje oranžová barva, která je na všech typech strojů použita k optickému zvýraznění vnějších svislých hran posuvných dílů. Na krytech ovládacích panelů jsou použity koncové prvky z plastické hmoty. Pozoruhodná je výtvarná péče o řešení všech detailů i na méně viditelných místěch krytů. Výrobcem s velmi rozsáhlým výrobním programem je světový koncern MAG. Jeho součástí je od roku 2005 i německý výrobce obráběcích center Hüller Hille, který na EMO 2005 prezentoval kompaktní obráběcí centrum řady BLUESTAR s výrazným tvarovým řešením charakterizovaným zaoblenými bočními stěnami

147 Krytování, kapotáže, design a ergonomie strojů 145 skříně stroje (ukázka ve sborníku semináře z EMO 2005). Tehdejší řešení vyžadující zřejmě náročné zpracování bylo opuštěno ve prospěch výrobně jednodušších tvarů, jež se ovšem i přesto vyznačují výtvarnými kvalitami (obr. 16). Obr. 14: Ukázka prostrorového tvarování hran skříní strojů DMG nového stylu Obr. 15: Styl strojů firmy +GF+ Agie Charmilles (na ukázce typ Laser Ax). Řešení ovládacího panelu s koncovými díly z plastických hmot (detail) Obr. 16: Nový styl obráběcích center MAG (na obrázku typ NBV 400) Obr. 17: Skříň obráběcího centra Mazak Hyper Variaxis 630 pojednaná jako designérský objekt Obr. 18: Horizontální obráběcí stroj s přesuvným stojanem Zayer 30KCU Obr. 19: Kabina operátora stroje FPT Spirit

148 146 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Jako výrazný designérský objekt bylo prezentováno nové obráběcí centrum MAZAK Hyper Variaxis 630 (obr. 17), jehož tvarové řešení bylo navrženo japonským designérem Kenem Okujamou. Skříň s charakteristickými zaoblenými hranami po celém obvodu ve spojení s základní stříbrnou barvou, černým pásem posuvných dveří a jejich oranžovým ohraničením vytváří působivý dojem síly a jistoty, ale také jisté luxusní výjimečnosti. Zaoblení svislých hran skříně významně zvyšuje bezpečnost pohybu obsluhy kolem stroje. Výtvarná promyšlenost návrhu se projevuje mj. například i tím, že jednotlivé barvy jsou aplikovány vždy na celých dílech. Výrazný charakter stroje doplňují velká prosvícená loga MAZAK na přední a bočních stěnách skříně stroje a velký 19 monitor ovládajícího panelu. Vysoká úroveň průmyslového designu ve Španělsku je známa v posledních přibližně již 15 letech a vydobyla si obecné uznání. Kvalitními design je uplatňován i ve stavbě obráběcích strojů. Výtvarně velmi zajímavě zpracovaným horizontálním frézovacím strojem se prezentovala firma Zayer. Na stroji, jehož charakter se vyznačuje odhalenou konstrukcí přesuvného stojanu je i prostřednictvím jednoduchých konstrukčních prostředků v podobě plochých profilů dosaženo velmi kultivované podoby kabiny operátora (obr. 18). Nápaditě je řešen i ovládací panel, jež využívá pouze rovinných plechů, na nichž je podobně jako na celém stroji uplatněn charakteristický motiv lichoběžníkového meandru. Z italských firem zaujala svým tvarovým pojetím řešení strojů FPT. Vystavena byla velká horizontální frézka s přesuvným stojanem typu Spirit, která je i z technického hlediska zajímavá použitím hydrostatických lineárních vedení na všech pohybových osách. V porovnání s předchozím příkladem stroje fy Zayer stejné kinematické koncepce je zřetelný zcela jiný přístup k pojetí provedení kabiny operátora. Její stavba vychází z kubického objemu, který je tvarově pojednán v dynamickém charakteru s mírně skloněnou a zaoblenou prosklenou čelní stěnou (obr. 19). Obdobně dynamicky působí i kryt portálové frézky s lineárními motory Dinomax (obr. 20), jejíž silový charakter spoluvytváří i přiznané řetězové vodiče kabelů na portálu a jejich připojení k vřeteníku ostře tvarovanými objemy se symetrickým uspořádáním kolem svislé osy vřeteníku. Kryty strojů FPT ztvárněné v dynamickém charakteru ovšem bohužel nedoplňuje odpovídajícím způsobem navržené řešení grafiky popisů. Zcela nový styl tvarování strojů vyjadřující nový přístup k zvýšení celkové kvality výroby představila italská skupina SAMPutensili, která se ve svém výrobním programu zaměřuje na obráběcí centra kombinující soustružení, frézování, odvalovací frézování a broušení. Kryty strojů všech velikostí a řad jsou navrženy v základním schématu jednoduchého bílého kvádru s charakteristickými detily (obr. 21). Svislé hrany skříní jsou změkčeny oblouky, které se tečně napojují jen na jednu stranu skříně a posuvné dveře zapuštěné do rámu se zaoblenými rohy jsou barveny tmavě šedě. O komplexním řešení designu firmy svědčí i kvalitní grafika popisu strojů. Samostatným výstavním stánkem se na EMO 2009 prezentovala italská konstrukční kancelář Alpha progetti z oblasti Brescie. Kancelář na svých konstrukčních návrzích strojů úzce spolupracuje s designérským ateliérem Fishform. Studio Fishform se podílelo na návrzích řady strojů z produkce italských firem, z nichž bylo na výstavě zaznamenáno např. obráběcí centrum Giuliani F2F (obr. 22). Návrhy průmyslového designu studia Fishform jsou charakteristické výrazně výtvarným pojetím, které se ukazuje i na uvedené ukázce stroje Giuliani. Velmi zajímavé řešení jednoduché skříně stroje představila německá firma Kadia na novém jednovřetenovém honovacím stoji u6 (obr. 23). Tvarový návrh je založen na myšlence spojení dvou objemů, které se ze sebe vzájemně vysouvají. Přední vysunutý díl je částí, která umožňuje obsluze náhled do obráběcího prostoru stroje. Za řešení designu stroje byla udělena prestižní německá cena Industrie Forum Design Award Do roviny luxusně působícího objektu je povýšena podoba obráběcího centra SIP SPC7120 (obr. 24) německého výrobce Starragheckert z Chemnitz. Horizontálně konvexně prohnutá čelní stěna stroje a v protikladu k ní konkávně zakřivená stěna přiléhajícího objemu skříně stroje zakrývající výměnu nástrojů jsou provedeny v černé barvě s vysokým leskem. V jednotném stylu je realizováno tvarování krytů strojů různých řad německé firmy SAMAG. Na ukázce frézovacího centra TFZ jsou patrné charakteristické prvky uplatňované na všech strojích - vertikálně válcově zakřivená čelní strana stroje, část plochy čelní strany stroje barvená červeně a šedé dveře do obráběcího prostrou. Originální je řešení ovládacího panelu, který je zavěšen na robustním otočném rámu, jehož tvarování využívá motiv oblouku uplatněného na čelní stěně stroje (obr. 25). Podle informace zástupce firmy vychází tvarování stojů SAMAG ze spolupráce s jistým návrhářským studiem z Chemnitz. Kvalitním designem se vyznačují např. i stroje německé skupiny WENDT (obr. 26)..

149 Krytování, kapotáže, design a ergonomie strojů 147 Obr. 20: Portálová frézka FPT Dinomax Obr. 21: Nový styl strojů SAMPutensili Obr. 22: Obráběcí centrum Giuliani F2F Obr. 23: Honovací jednovřetenový stroj Kadia u6 Obr. 24: Obráběcí centrum SIP SPC7120 Obr. 25: Obráběcí centrum SAMAG TFZ Dobrý příklad inženýrsky pojednaneného tvarování strojů ukazuje např. korejský výrobce Hwacheon. Skříně strojů všech typů jsou přísně pravoúhlé, prokazují však dobré řešení kompozice objemů a výraznou kultivaci zvoleným barevným schématem ve spojení s kvalitní grafikou (obr. 27). Švýcarská firma PLATIT patří k předním výrobcům strojů na povlakování nástrojů. V oblasti designu spolupracuje úspěšně již několik let s českým designérem Ing. J. Chmelařem, jehož zásluhou nabývají stroje PLATIT podoby objektů s výraznými výtvarnými kvalitami. Jako novinka byl na EMO 2009 představen stroj Platit 111 (obr. 28). Nové řešení designu podstupují jednotlivé stroje výrobního programu postupně, přičemž jejich charakter tvarování se stále vyvíjí. Cílený důraz na uplatnění designu u firmy PLATIT je jedním z dobrých příkladů potvrzujících významný podíl kvalitního designu na úspěchu firmy a potvrzení její vedoucí role ve své oblasti na trhu.

150 148 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Český design byl na EMO 2009 zastoupen také prostřednictvím brněnské firmy Fermat, která se stále výrazněji etabluje mezi výrobce strojů vlastní konstrukce. Při vývoji nového horizontálního vyvrtávacího stroje typu WFT 13 CNC (obr. 29) firma cíleně spolupracovala s designérským studiem, které kromě nového tvarového řešení krytů navrhlo i zcela novou barevnost stroje. Pro odlehčení výrazu je horní plocha stojanu tvarována v podobě vlny, na níž vhodně navazuje plocha s osvětlovacím reflektorem. Ke kompaknímu charekteru krytování stroje přispívá i tvarování teleskopických krytů, které plně zakrývají lože. Obr. 26: Centrum s laserem WENDT Spectra 820 Obr. 27: Vertikální frézka Hwacheon Sirius S Obr. 28: Platit 111 Obr. 29: Horizontální vyvrtávačka Fermat WFT 13 CNC 5 Shrnutí a závěr Ukázky designu strojů uvedené v této kapitole jsou jen velmi neúplným přehledem, jehož záměrem bylo představit především nejzajímavější kvalitní řešení vystavená na EMO Kromě uvedených ukázek byla i u řady dalších firem viditelná pozornost věnovaná tvarování krytů strojů. Navzdory přítomnému oslabení trhu s obráběcími stroji lze velmi výrazně pozorovat, že řada firem se právě v období slabějšího odbytu cíleně zaměřuje na zvýšení kvality svých výrobků, přičemž k celkovému zvýšení jejich hodnoty přizývá často i průmyslové výtvarníky.

151 149 Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství Eduard Stach, Ivan Diviš, Jan Hudec Abstrakt: Příspěvek seznamuje se současným stavem a novými trendy u systémů automatické výměny nástrojů (AVN) a systémů automatické výměny obrobků (AVO), který byl firmami prezentován na výstavě EMO 2009 v Miláně. Z oblasti třískového hospodářství příspěvek zmiňuje filtrační systémy. 1 Úvod Systémy AVN a AVO přispívají ke zkrácení vedlejších časů a tím se podílejí na zvýšení produktivity výrobních strojů. Proto můžeme konstatovat, že téměř každý výrobce obráběcích strojů nabízí variantu svých strojů se systémy AVN a AVO. Na EMO 2009 bylo možno spatřit velké množství různých typů zařízení a sledovat poslední trendy ve vývoji automatizace u výrobních strojů. Poslední kapitola popisuje inovace výrobců zařízení pro filtraci řezné emulze. 2 Automatická výměna nástrojů Výměna (odepínání / upínání ve vřeteni) a transfer nástrojů mezi zásobníkem a vřetenem je vedlejší čas a je třeba jej maximálně zkrátit za účelem zvyšování produktivity obráběcího stroje. A proto systém automatické výměny nástrojů (AVN) je dnes již běžnou součástí moderního obráběcího stroje. Jednou ze současných tendencí ve vývoji obráběcích strojů je stroj umožňující obrábění na jedno upnutí, což klade zvýšené požadavky jak na AVN, tak na upínání obrobků (viz kapitola 3 na str. 152.). Sdružování mnoha operací v jednom stroji vyžaduje přístup k velkému množství nástrojů během obrábění. U mnoha výrobců je mnohem více patrné zvyšování kapacity zásobníků nástrojů než zkracování času na výměnu nástroje, případně času tříska - tříska. Mezi stroje s nejrychlejší výměnou nástrojů se řadí centra firmy Chiron s rychlostí výměny 0,9 s. Tato hodnota se od roku 2001, kdy firma uvedla na trh svůj systém výměny nástroje, nezměnila. Významější je čas tříska - tříska, který se skládá z času výměny nástroje a času potřebným pro vyjetí a znovu najetí nástroje do řezu. Tento údaj nám dává mnohem lepší představu o možných časových úsporách. U nejlepších strojů střední velikosti se pohybuje okolo 2,4 s. U strojů pro obrábění malých součástí například u stroje TC-20A firmy Brother je hodnota tříska -tříska 1,6 s. Systémy automatické výměny nástrojů, které byly k vidění na veletrhu je možné jako v předcházejících letech rozdělit do tří skupin: a) systémy s nosným zásobníkem b) systémy se skladovacím zásobníkem c) kombinované systémy

152 150 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 1: AVN firmy Chiron Obr. 2: Čistící zařízení upínacích kuželů firmy Jakob 2.1 Systémy s nosným zásobníkem Tyto systémy výměny nástroje se vyznačují tím, že zásobník nástrojů přenáší veškeré síly působící při obrábění na nástroj. Celý zásobník s nástrojem koná vedlejší pohyb. Z jeho funkce plynou, mimo již zmíněných požadavků na rychlost a kapacitu, požadavky na tuhost, přesnost ustavení, opakovatelnost a spolehlivost zásobníků. Tuhost a přesnost ustavení přímo ovlivňují přesnost, kvalitu, výkonnost obrábění, tudíž by měly být sledovány. Typicky to jsou revolverové hlavy soustružnických obráběcích center. Tyto systémy AVN se dají dělit do následujících skupin: systémy s výměnou jednotlivých pevně upnutých nástrojů systémy s výměnou celých vřeten s nástroji systémy s výměnou celých vřetenových hlav s nástroji systémy kombinované Na veletrhu byly nejčastěji k vidění systémy s kombinací jednotlivých nástrojů a vřeten s nástroji. Firmy vyrábějící pouze nosné zásobníky, jakožto komponenty obráběcích strojů, nabízejí revolverové hlavy s vřeteny modulární konstrukce zajištující flexibilitu. Většina nosných zásobníků je typu korunový, nebo diskový s radiální, nebo axiální orientací nástroje. U takto koncipovaných zásobníků není možné výrazně zvyšovat počet nástrojů a proto se výrobci orientují spíše na zvyšování počtu poháněných nástrojů použitelných pro frézovací operace. Obr. 3: Revolverová hlava TRH400 firmy Pibomulti přenášející výkony až 40 kw a moment 1700 Nm Obr. 4: Revolverová hlava soustružnického obráběcího centra firmy Matsuura

153 Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství Systémy se skladovacím zásobníkem Systémy se skladovacím zásobníkem spočívají ve vyjmutí nástroje ze zásobníku a následném vložení zpět. Tyto zásobníky nástroje pouze skladují, neúčastní se žádnou svou částí obráběcího procesu, a proto nepřenáší žádné síly tímto procesem vzniklé. O výměnu nástroje se stará k tomu určený mechanizmus. U všech systému, kromě systému pick-up, si nástroj ze zásobníku odebírá přímo vřeteno. Z tohoto hlediska se dají systémy se skladovacím zásobníkem rozdělit na systémy skládající se z: vřetene a zásobníku - systém pick-up vřetene, zásobníku a výměnného ramene - tento systém AVN je nejrozšířenější vřetene, zásobníku, transferového ramene a výměnného ramene vřetene, zásobníku, odkládací stanice, transferového ramene a výměnného ramene Dále se dají systémy se skladovacím zásobníkem dělit na: systémy s výměnou jednotlivých nástrojů systémy s výměnou celých vřeten s nástroji systémy s výměnou celých vřetenových hlav s nástroji Zásobníky systémů s výměnou jednotlivých nástrojů se dělí na: kazetové rotační - diskové, bubnové, deštníkové umbrela řetězové regálové Systémy pick-up se dnes stále používají, převážně u levnějších strojů. Jsou schopny dosahovat rychlých výměnných časů, pouze když se zásobník pootáčí jen o několik roztečí. V poslední době se rozšiřuje použití robotů, které vynikají svou adaptabilitou, v systémech automatické výměny nástrojů. Jsou používány bud přímo pro výměnu nástroje, a nebo pro zakládání nástrojů do zásobníku ve stroji z odkládací stanice, která rozšiřuje kapacitu systému AVN. Tyto roboty umožňují snadno realizovat další operace jako například kontrolu nástroje a čištění upínacího kuželu. Svou flexibilitou umožňují elegantně řešit například změnu koncepce výměny nástroje po výměně vřetenové horizontální hlavy za hlavu vertikální. Například firma Demmeler. Obr. 5: Výměna nástrojů u stroje firmy Pama Obr. 6: Systém AVN Tool Arena firmy Demmeler při výměně nástroje v horizontální a vertikální poloze Na veletrhu byly nejčastěji k vidění systémy s výměnou jednotlivých nástrojů. Například firma Colgar představila u svého stroje FV101 TR12 kombinovaný systém s řetězovým zásobníkem na 60 jednotlivých nástrojů a regálový zásobník umožňující výměnu vřetenových hlav. Jako nejčastější řešení byly k vidění u strojů větších a středních řetězové zásobníky u menších různé typy rotačních zásobníků. Výměnu nástroje pak nejčastěji zajišt ovalo oboustranné výměnné rameno, které je v případě potřeby namontováno na posuvový mechanizmus. Obr. 7: Systém výměny nástrojů a vřetenových hlav na stroji Colgar FV101

154 152 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Zvyšování kapacity systémů se skladovacím zásobníkem vedlo některé výrobce k modulárnímu skládání několika zásobníků stejného typu (řetězový nebo diskový), které obsluhuje jeden mechanizmus výměny nástrojů. Obr. 8: Stavebnicový zásobník nástrojů CAT50-120CH firmy GIFU Obr. 9: Stavebnicový zásobník nástrojů firmy Quaser 3 Automatická výměna obrobků (AVO) Na AVO jsou kladeny zejména tyto požadavky: rychlost výměny obrobku přesnost zakládání obrobku bezpečnost upnutí možnost volného obrábění z 5-ti stran minimalizování deformací obrobku při upnutí Způsob manipulace s obrobkem je volen podle jeho rozměrů a hmotnosti. U malých a rotačních obrobků se obvykle manipuluje přímo s obrobkem. Malé a středně velké nerotační obrobky, jsou obvykle upínány na technologickou paletu. Těžké obrobky jsou upínány vždy na paletu a do stroje jsou zakládány pomocí jednoúčelového manipulátoru. 3.1 Upínání rotačních obrobků Pro přesné, pevné a rychlé upínání rotačních obrobků nábízí výrobci různá rešení. Na výstavě je předváděly např. firmy RÖHM, SHUNK, HAINBUCH, KITAGAWA atd. Firma HAINBUCH nabízí systémcaptex pro rychlou výměnu upínacích hlav (obr. 9). Přesnost upnutí uvádí pod 2 mikrometry. Naproti tomu Firma KITIGAWA nabízí univerzální hlavy s rychlou výměnou upínacích čelistí. Obě řešení jsou vzláště vhodné při kusové výrobě Obr. 10: Systém captex firmy HAINBUCH Obr. 11: 6tičelist ová upínací univerzální hlava firmy SHUNK pro upínání tenkostěnných obroků

155 Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství 153 různorodých obrobků. Na obr. 11 je zobrazena 6-ti paknová upínací hlava firmy SHUNK, pro upínání tenkostěnných obrobků s požadavkem na přesné upnutí s eliminací deformací způsobené upnutím. V nabídce jsou až 12-ti paknové verze. Firma RÖHM a TECNOMAGNETE vystavovala kombinované univerzální hlavy, založené na mechanickoelektromagnetickém principu. Vystředění obrobku je zajištěno mechanicky a pevné upnutí je dosaženo pomocí elektropernamentní desky. Na obr. 12 je zobrazen vertikální upínací systém pro velké rotační obrobky s hmotností do 3000 Kg. 3.2 Upínání nerotačních obroků Upínání nerotačních obrobků se stále více podřizuje trendu rychlého upnutí na paletu s možností obrábět plně z 5-ti stran, s rovnoměrným rozložením upínací síly na celou upínanou plochu, bez případných deformací obrobku. Lze docílit pomocí elektropernamentní magnetické desky, které vystavovala např. firma TECHNOMAGNETE, AMF, S.P.D. a EARTH CHAIN. Upnout lze obrobek s rovnou dosedací plochou a pomocí pohyblivých pólových nástavců i obrobky s neopracovanou nerovnou dosedací plochou (odlitky atd.). Nevýhodou je možnost použití jen u obrobků. Důležitou vlastností pro nasazení elektropernamentních magnetických desek pro automatickou výměnu obrobků s paletou je, že nepotřebují zdroj el. energie během obrábění a při manipulaci s paletou. Zdroj energie je nutný pouze při upínání a odepínání obrobku. (magnetizaci / demagnetizaci). Na obr. 12 jsou zobrazeny elektropernamentní desky firmy TECNOMAGNETE. V levé části obrázku je zobrazena nová patentovaná deska v celokovovém provedení, která je vhodná pro velmi přesné frézování. Firma uvádí větší tuhost a lepší tlumení při obrábění. Deska se lépe se čistí a umožňuje snadnější montáž mechanických zarážek. Pro upínání obrobků s neobrobenou upínací plochou je možno do desky našroubovat pohyblivé pólové nástavce se zdvihem 5-ti milimetrů, které se při upnutí zafixují dle nerovností dosedací plochy obrobku. Pro definování výšky polohy obrobku slouží 3 pevné nástavce. Obr. 12: Elektropernamentní magnetické desky firmy TECNOMAGNETE Obr. 13: Upínací systém POWER-GRIP firmy ROEHM

156 154 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Pro přesné opakovatelné ustavení technologické palety, nebo ustavení obrobku na paletu jsou používána upínací pouzdra, která nabízí řada firem jako např. SCHUNK, RÖHM, EROWA, PASCAL,HAINBUCH. Většinou zaručují opakovatelnou polohu umístění s přesností na 5 mikrometrů. Na obr. 13 je zobrazen modulární upínací systém Power-Grip firmy RÖHM s použitím přesných upínacích pouzder a demonstrací různých typů využití. Firma RÖHM garantuje ustavení palety na stůl s přesností 2 m s počtem cyklů. Nabízí 3 rozměrové řady palet a to: 318 x158, 318 x 318, 478 x 318 mm. 3.3 AVO s malými obrobky Na obr. 14 je vidět zásobník VH 10 TOP firmy DMG, který využívá robotu k manipulaci přímo s obrobkem. Robot je pro efektivnější využití pracovního prostoru umístěn na střeše stroje. Tento typ zásobníku je vhodný pro obrobky rotačního typu do 10 Kg, s maximálním průměrem 65 mm a délkou 400 mm.. Obr. 14: VH 10 TOP firmy DMG Výměnu malých obrobků pomocí robota vystavovala celá řada firem např. firma MORI SEIKI, kde s CNC soustruhem Dura Turn 2550 byl použit zásobník AR ROBO CELL PRO od firmy ABERLE ROBOTICS. Firma FEHLMANN představovala CNC soustruh PICOMAX 60-M se zásobníkem Robot Compact od firmy EROWA, Firma PRÄWEMA vystavovala honovací stroje Synchrofine 205 HS-W s robotem firmy COMAU. 3.4 AVO se středně velkými obrobky Na obr. 15 je vidět zásobník PALLET HANDLING PH50/20 firmy DMG, který také využívá průmyslového robota, ale manipuluje s technologickou paletou s rozměry 320 x 320 mm, s hmotností obrobku do 50 Kg a kapacitou 20-ti míst. Stejný princip s rozměry palety 500 x 500 s hmotností až do 200 Kg umožňuje zásobník PALLET HANDLING PH200/20. Obr. 15: PALLET HANDLING PH50/20 firmy DMG

157 Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství 155 Firma MATSUURA vystavovala 5-ti osé obráběcí centrum CUBLEX 42 s věžovým zásobníkem palet PC24 s kapacitou 24 palet o hmotnosti do 200 Kg, které je zobrazeno na obr. 16. Celkem firma MATSUURA nabízí 3 typy automatických skladových zásobníků, které jsou zobrazeny na obr. 17. Obr. 16: Věžový zásobník palet PC24 firmy MATSUURA Obr. 17: Ukázka třech typů zásobníků palet firmy MATSUURA 3.5 AVO s těžkými obrobky Firma MAZAK vystavovala inovovaný regálový skladový zásobník palet, obsluhovaný manipulátorem s vlastním řídícím a skladovacím systémem obrobků. Tento zásobník umožňuje skladovat až 200 palet třech typů s rozměry palet 630x630, 500 x 630 a 500 x 500. Maximální hmotnost jedné palety je 850 Kg. Tento skladový zásobník může obsluhovat až 16 obráběcích center a má k dispozici až 8 nakládacích míst. Obr. 18: Skladový zásobní palet firmy MAZAK Firma FANUG představila robota M2000iA, určeného pro manipulaci s obrobky, nebo technologickou paletou s rekordní hmotnosti 1350 Kg, který je na obr. 19. Obr. 19: Robot M2000iA firmy FANUG Obr. 20: YASDA - YBM 7T s výměnou palet PLS

158 156 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Firma YASDA vystavovala obráběcí centrum YBM 7T určené pro precizní obrábění. Standardně dodávané s dvou palet typ PC. Na obr. 20 je zobrazeno ve variantě PLS s 6-ti výměnnými paletami. 4 Filtrační systémy 4.1 Filtrace řezné emulze Úkolem filtrace emulze je oddělit nečistoty vzniklé řezným procesem od řezné kapaliny, a tím ji připavit pro opětovné použití. Znečištěná emulze zbavená hrubých třísek je odvedena ze stroje splavem, nebo speciálním čerpadlem. Ve filtračních systémech pak emulze protéká magnetickým separátorem a nebo přes filtrační tkaninu. Čistá emulze je pak čerpadly přiváděna do místa řezu ve stroji. Nečistoty jsou odvedeny do kontejneru. Firma Micronfilter (IT) předvedla zajímavé provedení filtrace pro emulzi a olej - Evotech (obr. 21). Provedení této filtrace je velmi kompaktní, jednoduché, ale zároveň efektivní. Na rozdíl od klasických řetězových dopravníků, které odvážejí znečištěnou tkaninu s nečistotami do odpadu, je zde tkaninový filtrační pás posouván proti perforovanému skluzu navíjením na cívku. Cívka je tedy jediná pohyblivá součást filtračního stroje, což zjednodušuje konstrukci a snižuje riziko poruchy. Tkanina je odvíjena v častějších, ale velmi krátkých krocích. Postupné usazování nečistot na nakloněné rovině filtračního plátna umožňuje tvorbu vyšší vrstvy nečistot, což přispívá k efektivnímu využití tkaniny a vrstvy usazenin k filtraci emulze. Navíc má vrstva nečistot nad hladinou čas se vysušit. Posledním vylepšením je stěrač nečistot, který je odděluje od tkaniny, čímž zjednodušuje recyklaci (obr. 22). Podle prodejců filtrací Losma (IT) je momentálně vysoká poptávka po mobilních filtračních jednotkách Superfilter (obr. 23), které je možno převážet mezi stroji. Tím je možno snížit náklady na filtraci emulze. Obr. 21: Micronfilter Evotech Obr. 22: Oddělování nečistot od tkaniny Obr. 23: Mobilní filtrace emulze 4.2 Filtrace vzduchu Filtrace vzduchu slouží k očistě ovzduší pracovního prostoru stroje, který je znečištěn mlhou z emulze, kouřem, nebo prachem vznikajícím při řezném procesu. Filtrační systémy odsávají atmosféru stroje. Při tom prohánějí vzduch přes pevné filtry, odstředivku, elektrostatický filtr, nebo aktivní uhlíkové filtry. Jednotlivé fáze filtrace se volí v závislosti na typu znečištění a je možné je kombinovat. Filtry mohou být kompaktní (pro jeden až dva stroje) nebo centrální (pro všechny stroje v hale). Filtrovaný vzduch je možné vypouštět do atmosféry. Nejvíce viditelnou inovací na stánku firmy Losma (IT), byly bezesporu nové vzduchové filtry Green pro jednotky Newton. Jedná se o biofiltry z neuspořádaných přírodních vláken, které zaručují filtraci vzduchu do 3 m. Filtry se dodávají v kartonových krabicích, ze kterých se pouze odtrhnou otvory ve stěnách a celé se vloží do pouzdra filtračního systému. To umožňuje rychlejší montáž s minimem odpadu z obalového materiálu. Filtr neobsahuje žádné kovové ani plastové části. Výrobce zaručuje vysokou životnost filtru a nízké zatížení přírodního prostředí při jeho likvidaci. Dle názoru odborníka firmy je možné jej po užití spálit. Tím je pravděpodobně myšleno spálení při likvidaci oleje absorbovaného ve filtru.

159 Systémy AVN, AVO a třískové hospodářství 157 Firma LTA (DE) předvedla nový kompaktní vzduchový filtr s čistitelnými kazetovými vložkami pro průtok vzduchu 700 m 3 /h. S rozměry 500 x 500 x 600 je pro toto množství a kvalitu filtrace o 40 % menší než konkurenční řešení. Obr. 24: Biofilter Green Obr. 25: Vzduchový filtr AC 500 Solid 5 Shrnutí a závěr Z výše uvedeného vyplývá, že oblastí ANV, AVO a třískového hospodářství se zabývá celá řada firem, které vyvíjí automatické systémy pro svoje stroje nebo se zabývají jen automatickou výměnou pro široké spektrum strojů. Výrobci filtračních zařízení se snaží zaujmout optimalizovanými zařízeními, vylepšenými prvky diagnostiky a jednotek se systémem stroje. Dále výrobci potvrzují zvýšený zájem o levnější a mobilní jednotky, kterými se nakupující maximálně ušetřit.

160 Design strojů a výrobků Vývoj strojů a elementů Komplexní přístup k návrhu průmyslových zařízení, zahrnující mj. řešení otázek vztahu stroje a obsluhy, tvorby pracovního prostředí a celkového působení stroje na člověka, naplňuje význam pojmu design. Vnějším projevem designu je snaha o hledání výtvarně kultivovaného řešení stroje. Kromě věcných aspektů hraje design v oblasti výrobních strojů nezanedbatelnou roli i při zviditelnění v konkurenčním prostředí a pomáhá úspěšnějšímu prosazení na trhu. KONTAKT Ing. Matěj Sulitka, Ph.D. M.Sulitka@rcmt.cvut.cz POPIS Pro design strojů je zvláště charakteristický jeho velký podíl na tvorbě pracovního prostředí a celkové ovlivnění psychologie práce obsluhy stroje. Tato hlediska by měla být hlavními motivy k hledání výtvarného řešení vnější podoby strojů. Dobrý design by měl vycházet z ergonomických poznatků, které umožní stroj koncipovat s ohledem na co nejkomfortnější kontakt a komunikaci obsluhy se strojem. VCSVTT nabízí ve vazbě na předchozí designérské studijní zkušenosti svých zaměstnanců řešení designu strojů od úvodních skic, přes koncepční objemové studie až k finálním návrhům, které jsou podkladem pro zpracování konstrukční dokumentace externími dodavateli. Při tvorbě návrhů jsou kromě měřítek vztahu stroje a obsluhy sledována také hlediska technologické přijatelnosti a vyrobitelnosti navrhovaných dílů. Řešení návrhu designu stroje zahrnuje: uspořádání ovládacích prvků, uspořádání základních hmot, tvarové a barevné řešení. > Návrh skříně stroje TOS VARNSDORF SPEEDtec > Návrh skříně stroje TOS Kuřim MFCQ > Skica ovládacího panelu PŘÍNOSY Zvýšení uživatelské příjemnosti strojů a zařízení. Zlepšení ergonomie ovládacích prvků. Nárůst atraktivity pracovního prostředí. Vytvoření nového výrazu stroje. Zvýraznění stroje v konkurenčním prostředí. Úspěšnější prosazení na trhu. APLIKACE Návrh nových strojů a celků. Re-design koncepce krytování stávajících řad strojů. Nová řešení detailů. REFERENCE Dosud bylo provedeno v oblasti obráběcích strojů několik návrhů pro stroje: Tripod; ČVUT v Praze, studie, SPEEDtec; TOS VARNSDORF, a.s., 2008, MMC 1500; KOVOSVIT MAS, a.s., 2008, JUPITER 125; Erwin Junker Grinding Technology, studie,...a další návrhy v oblastech výrobkového a dopravního designu. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii VCSVTT Horská 3, Praha 2

161 159 Fluidní systémy Pavel Lysák, Eduard Stach, Ivan Diviš, Jan Hudec, Josef Kekula, Otakar Horejš, Martin Mareš Abstrakt: V příspěvku jsou uvedeny zajímavé exponáty a trendy z mezinárodního strojírenského veletrhu EMO Miláno v oblasti fluidních systémů. Článek se zabývá popisem cirkulátorů emulze, automatického přimazávání, rotačních jednotek a chladících agregátů. 1 Cirkulátory emulze a oleje Německá firma Brinkmann představila nový cirkulátor řezné kapaliny pro odpadní nádrž stroje (obr. 1). Jeho geometrie byla navržena pomocí výpočtového modelování proudnic pro optimální víření kapaliny s třískami. Zabraňuje usazování třísek na dně nádrže a stahuje plovoucí třísky pod hladinu. To pak usnadňuje čerpadlu nasávání emulze s třískami do filtračního zařízení. Firma dále nabízí čerpadla s úpravami sání pro specifické podmínky, jako např. zvýšený obsah vzduchu nebo třísek v emulzi. Oddělení pro maziva a mazací systémy švédské firmy SKF uvedlo nový systém pro údržbu oleje v nádrži (obr. 2). Tato jednotka je připojena k nádrži samostatným vedením, tzv. ledvinovou smyčkou (kidney loop). Zařízení je určeno zajména pro velké převodovky a podobné aplikace, které obsahují veliké množství nečerpaného oleje. Pro obráběcí stroje a zkušební stanice je vhodnější aplikací levná kompaktní mazací jednotka, která je schopna zajistit mazání např. vedení a několika ložisek u stroje, u kterého není opodstatnění pro složitější systém centrálního mazání, ale ruční mazání Obr. 1: Cirkulátor emulze a sací násady čerpadel není dostatečným řešením. Zařízení automaticky dodává řízené množství maziva do dvou až pěti mazacích míst stroje pomocí tepelně polohovatelného pístu (obr. 3). Obr. 2: Jednotka pro údržbu oleje Obr. 3: Kompaktní maznice

162 160 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Rotační jednotky Rotační jednotky se postupem času staly nedílnou součástí všech částí strojů, které vyžadují přenos média nebo energie ze stacionární části na část rotační. Mezi hlavními vystavovateli na EMO 2009 v Milánu se prezentovali tradiční výrobci těchto částí - Deublin a Maier. Německá společnost Maier vystavovala na veletrhu své řešení pro přenos médií série MP (obr. 4). Tyto rotační přívody patří k základní řadě a je jimi možno vést jak olej nebo vodu, tak i vzduch a jiné plyny. Tlaková zátěž je podporována až do 200 bar (olej, voda) nebo 10 bar (plyny a vzduch), otáčky do 200 1/min a teploty do 80 C. Je samozřejmé, že tlaková zátěž a otáčky vystupují ve funkci nepřímé úměry. Jednotkou je možno vést až 10 nezávislých větví, každou jiné médium a je podporováno propojení s jinými jednotkami, především pro přenos signálu. Jednotky řady MPE podporují pouze 4 nezávislé větve, avšak nabízí integrovaný kroužek pro přenos proudu a napětí. Pro lepší přenos signálu jsou kontakty pozlaceny a dovolují přenášet napětí až do 500 V a proud až do 24A. Standardně je použito krytí IP64. Jenotkou je možno vést všechny typy médií o tlaku až 200 bar (olej), nebo až 10 bar (voda, vzduch, plyny) při otáčkách do 100 1/min. Velice zajímavé se jeví použití průchozích rotačních jendotek řady MPH (obr. 5), které disponují průchozí dírou a je možné je převléknout přes hřídel. Tlakové a otáčkové parametry mají tyto jednotky společné s předchozíma. Největší jednotka z této řady nabízí průchozí díru o průměru 100F6. Z hlediska rychloběžných pohyblivých rotačních součástí jsou použitelné jednotky řad MPV a K. Jednotky MPV (obr. 6) je možno použít pro přenos 4 nezávislých větví oleje o tlaku do výše 200bar a do maximálních otáček /min. Nejvyšší rychlosti dovolují použít rotační spoje série K (obr. 7). Hlavní devizou je možnost jejich použití pro přívod všech typů médií do rotujících částí a také možnost běhu na sucho (dry running). Přívody jsou schopny dosáhnout otáček až /min při tlaku 80 bar (olej, chladící kapalina) nebo 10bar (vzduch). Špičkové tlakové zatížení při /min je až 150 bar. Příznivá je také délka, která dosahuje pouze 125 mm. Pro přenos signálů a proudů nabízí Maier, kromě jednotek MPE, také samostatné kroužky série SRK (obr. 8). Kroužky se zlatými kontakty dovolují otáčky až /min a jsou schopny přenášet napětí do 500V při proudu 300 A, nebo až 24 samostatných signálů. Výrobce nabízí použití vyšších krytí než standardního IP64 a možnost připojení kroužků na průmyslové sběrnice. Obr. 5: Maier MPH Obr. 4: Maier MP+MPE Obr. 6: Maier MPV

163 Fluidní systémy 161 Produkty ameriské firmy Deublin jsou ve světě rotačních přívodů dobře známé a jsou pozitivně vnímány. Jednotky vyráběné touto společností lze použít pro všechny typy médií dle požadavků konstruktéra. V závislosti na požadavcích na typ mádia, počet větví, otáčky a tlak je možno volit mezi jednotkami s guferem, s ložiskami, bez ložisek nebo s kontrolovaným průsakem. Bezložisková jednotka řady 1121 (obr. 9) ve vysokotlakém provedení umožňuje použití až do otáček /min při tlaku 80 bar. Tvar otáčkově-rychlostní charakteristiky (obr. 10) je pro všechny jendotky shodný. Liší se pouze v maximálních otáčkách a dosahovaném tlaku. Stavebnice řady 2630 (obr. 11) umožňuje konstruktérovi postavit si vlastní jednotku s možností zapojit za sebe až 5 jenosměrných pasáží. V maximální konfiguraci je tedy možno dosáhnout až pěti jednosměrných větví, nebo 2 větve s odpadem a jednu jednosměrnou. Každý ze segmentů má délku 60 mm, tudíž s narůstajícím počtěm segmentů narůstá i celková délka jendotky. Nejnovějším produktem Deublin je modulární jednotka s mnoha vstupy a výstupy. Počet připojení je volitelný v rozmezí 2 až 12. Plášt jednotky může být vyroben z duralu, oceli, nerezi nebo mosazi. Podle provozních podmínek lze v jednotce použít tři druhy těsnění. Plastomerické - na míru upravená směs termoplastu a elastomeru, odolnější při vyšších teplotách a tlacích než klasické elastomerové, ale pro nižší a střední rychlosti. Hydrostatické - bez fyzických kontaktů mezi povrchy rotačních a statických součástí (vzájemná vůle 10 m), pro vysoké obvodové rychlosti, pro stejné médium ve všech větvích. Mechanické - pro vysoké tlaky a rychlosti zároveň, bez průsaků, používají se keramická a metalická těsnění s minimálním opotřebením.. Obr. 7: Maier K Obr. 8: Maier SRK Obr. 9: Deublin 1121 Obr. 10: Tlakově-otáčková charakteristika deublin 1121 Obr. 11: Deublin 2630 Obr. 12: Modulární jednotka s plastomerickým těsněním

164 162 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Chladící agregáty a komponenty chladících soustav Zajímavý produkt představila firma Rittal, jedná se o termoelektrický chladič (obr. 13). Princip chlazení spočívá ve využití technologie Peltierova článku. Užitečný chladící výkon chladiče dle normy DIM 3168 je 100 W. Zařízení je vhodné např. pro chlazení ovládacích panelů a malých skříní. Výhodou termoelektrického chladiče je lehká konstrukce. Dle výrobce toto řešení zaručuje nejmenší konstrukční objem a nejnižší hmotnost ve srovnání s jinými systémy v odvětví. Nízká hmotnost tak umožňuje montáž na jednoduché hliníkové zadní stěny či slepé panely. Další výhodou je také USB rozhraní pro programování zařízení. Jedná se o ekologický způsob chlazení, kdy je dosaženo více než 60% úspory energie ve srovnání s běžnými systémy této Obr. 13: Termoelektrický chladič od fa Rittal. třídy. Úspora energie a tím větší ekologičnost jsou jednou z hlavních předností firmy Rittal. Například díky nástěnným chladícím jednotkám s vyšší chladící účinností (označené jako Cool Efficiency ), je možné dosáhnout až o 36 % nižší spotřeby energie, což má samozřejmě dopad i na úsporu nákladů. Roční úspora nákladů a emisí CO 2 těchto agregátů v porovnání se standardními chladícími jednotkami je zobrazena na obr. 14. Obr. 14: Nástěnné chladící jednotky s vyšším chladící účinností (převzato z katalogu fa Rittal). Vyšší účinnost zařízení je dosažena např. i díky ultratenkému, sklovitému povrstvení lamel výměníků tepla (vrstva RiNano). Toto povrstvení brání tomu, aby se na kondenzátoru usazovaly částečky nečistot a tím se zvýší chladící výkon agregátu. Tyto chladící jednotky jsou vybaveny zelenými kryty (obr. 14 vlevo), které charakterizují jejich ekologičnost. Zajímavou kolekci chladících agregátů představila firma Hydac. Např. vystavované chladící zařízení (obr. 15 vpravo) má maximální chladící výkon 15 kw, průtok 15 l/min a tlak 2,75 bar. Hlavní výhodou tohoto chladícího agregátu je však kontrola teploty ve velmi nízkém rozmezí a to v rozsahu ±1 C (na zakázku je prý

165 Fluidní systémy 163 možné tento rozsah ještě snížit). Udržení, co nejmenšího rozsahu teploty chladiva je důležité zejména z hlediska teplotních chyb stroje. Vyšší rozsahy teploty chladiva mohou zapříčinit teplotní rozkmitání stroje tím, jak ohřáté (případně chladnější) chladivo prochází skrz konstrukci stroje a tu negativně ohřívá (nebo naopak podchlazuje). To může zapříčinit velmi nepříjemné (časově proměnné) teplotní chyby na špičce nástroje při obrábění. Obr. 15: Stánek fa Hydac (vlevo), chladící jednotka fa Hydac (vpravo). Obecně lze kapalinové chladící systémy fa Hydac použít pro chladící okruhy se směsí vody a glykolu, s olejem či chladící emulzí. Chladící výkon lednic může být až 70 kw. Dalšími vystavovateli s chladícími agregáty byly např. italské firmy EATA equipaggiamenti či Seit Elettronica. Tito výrobci však nepředstavili v oblasti chlazení nějaké výrazné novinky, alespoň podle získaných informací u stánků těchto firem. Obr. 16: Chladící agregáty fa Seit Elletronica (vlevo) a fa EATA equipaggiamenti (vpravo). Další italská firma Sacemi Elettropompe vystavovala na veletrhu průmyslová čerpadla s elektrickým motorem, které jsou důležitou komponentou chladících soustav. Čerpadla pro chladící okruhy obráběcích strojů firma dodává až pro průtok 100 l /min a tlak až 10 bar. Mezi další důležité komponenty chladících okruhů patří filtry, jejichž široké spektrum na veletrhu představila firmaa Losma. 4 Shrnutí a závěr Je patrná snaha výrobců vyjít vstříc požadavkům zákazníků na specifické typy konstrukcí rotačních jednotek. V jednotkách je na rotační součásti hojně používán hliník, aby nebyly příliš zvyšovány rotující hmoty. Při současném zvyšování tlakových, otáčkových a teplotních možností je viditelná snaha upravit jednotky tak, aby byly méně citlivé na velikost nečistot obsažených v médiích. V dnešní době je tato hranice nastavena na 50 m. V oblasti chladících agregátů a jejich komponent nebyla na veletrhu v Miláně představena nějaká výraznější novinka. Autoři článku pouze zaznamenali snahu výrobců chladících agregátů stále více a více snižovat energetickou náročnost svých zařízení, což má za následek i nižší náklady, spojené s jejich provozem a větší ekologočnost agregátů.

166 Zkoušky zaměřené na technologii obrábění Volba optimálních variant řezných nástrojů, jejich geometrie a povlaků, stejně jako volba optimálních pracovních podmínek při obrábění je důležitou součástí úspěšného zavádění nových nebo změny stávajících obráběcích technologií. Každá kombinace stroje, nástroje a obrobku totiž vede k odlišným výsledkům obrábění (náklady na výrobu, jakost obrobku, zatížení stroje). Volbu nejvhodnější kombinace nástrojů a pracovních podmínek nejčastěji řeší právě některá z metod technologických zkoušek. KONTAKT Ing. Pavel Zeman, Ph.D. P.Zeman@rcmt.cvut.cz Technologie třískového obrábění POPIS Metody technologických zkoušek obráběním jsou založeny především na testování trvanlivosti břitu nástroje, silového působení nástroje na obrobek a stroj, deformaci nástroje/obrobku, případnou existenci chvění při obrábění a na ověřování účinků vlivu řezného prostředí. Přímé důsledky působení všech těchto jevů mohou být navíc posuzovány i ve vztahu k jakosti obrobeného povrchu, tedy k tvarové a rozměrové přesnosti po obrobení, drsnosti povrchu nebo zbytkovým napětím v povrchu nebo průběhu zpevnění povrchu. V kombinaci s praktickými zkouškami obráběním lze navíc využít programu pro simulaci řezného procesu, který vede k úspoře nákladů a času na provádění technologických zkoušek. > Měření řezných sil při obrábění > Testování trvanlivosti břitů nástroje > Obrábění tvrdých materiálů PŘÍNOSY Optimalizace výroby. Volba optimálních variant řezných nástrojů pro výrobu. Volba optimálních pracovních podmínek pro výrobu. Kontrola jakosti vyráběných součástí. Prostředek pro navrhování, výrobu a ověřování řezných nástrojů. APLIKACE Optimalizace nových nebo stávajících obráběcích technologií. Kontrola vlastností nově navrhovaných a výráběných řezných nástrojů a celých upínacích systémů. Optimalizace vlastností nástrojů z hlediska geometrie břitu, materiálu břitu, povlaku, deformace. REFERENCE Testování trvanlivosti břitu nástrojů z řezné keramiky při obrábění šedé litiny; Saint Gobain Advanced Ceramics, s.r.o. Analýza vlastností řezných nástrojů; Pramet Tools, s.r.o. Volba optimální varianty nástroje z hlediska silového působení; GRUMANT s.r.o. Testování vlastností povlaků řezných nástrojů; SHM, s.r.o. Testování účinků řezného prostředí na kvalitu obrábění; Pramet Tools, s.r.o. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii VCSVTT Horská 3, Praha 2

167 165 Inteligentní a mechatronické systémy Otakar Horejš, Tomáš Holkup, Jiří Vyroubal, Petr Chvojka, Pavel Bach, David Burian, Jiří Švéda, Josef Vaněk, Richard Černý Abstrakt: V příspěvku jsou uvedeny nejmodernější koncepty teplotní stabilizace (chlazení k minimalizaci teplotních deformací stroje) a teplotních kompenzací obráběcích strojů, představené na EMO 2009 v Milánu. V druhé části jsou uvedeny zajímavosti v oblasti inteligentních prvků strojů. Následují kapitoly o adaptivním řízení, aktivní kontrole, inprocesní a postprocesním měření spolu s dalšími aplikacemi mechatroniky. 1 Teplotní kompenzace strojů a jejich chlazení pro minimalizaci teplotních deformací 1.1 Next Project V rámci výstavy EMO 2009 byly prezentovány výsledky projektu NEXT, který vznikl za podpory Evropské Unie v rámci 6 RP. Jedním z dílčích úkolů projektu byl výzkum vhodné strategie pro kompenzaci teplotních deformací. V rámci projektu byla řešena, jak přímá kompenzační metoda firmou EMCO, tak vývoj nepřímé kompenzace teplotních deformací (spolupráce WZL s EMCO). Hlavní výhodou nové nepřímé kompenzace je, že nepoužívá dodatečných teplotních čidel kromě jediného senzoru, který zaznamenává teplotu okolí. Metoda naopak využívá interních dat z řídicího systému stroje a to informace o stavu pohonů pohybových os a vřetena (krouticí moment a otáčky) dle obr. 1. Obr. 1: Princip nepřímé teplotní kompenzace, řešené v rámci projektu NEXT. Celá metoda pravděpodobně funguje na principu přenosových funkcí, které dávají do vazby údaje ze systému stroje (a teploty okolí) a deformace na špičce nástroje. Kompenzační algoritmus je sestaven na základě poměrně velké sady testů, kdy je např. vřeteno externě brzděno momentem, jehož hodnota je pro každý další test měněna, aby bylo možné získat závislost mezi teplotními deformacemi a daty z řídicího systému stroje. Obdobným principem kompenzací teplotních deformací obráběcího stroje se zabývá též

168 166 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 VCSVTT v rámci řešení projektu Rozdíl je však především v tom, že pro popis teplotních posunutí v místě nástroje je používáno více teplotních čidel (vhodně umístěných na struktuře stroje) namísto dat z řídicího systému stroje. Výsledkem projektu NEXT je snížení deformací na špičce nástroje až o 70 % původní hodnoty v delší časové periodě, jak je ukázáno na obr. 2. Obr. 2: Odchylka bez/s kompenzací (převzato z materiálů k projektu NEXT). Řešitelé projektu NEXT proklamují, že tato metoda bude v budoucnosti standardně integrována do řídících systémů strojů. 1.2 Yasda Jedny z nejpřesnějších strojů ve své kategorii vyrábí firma Yasda. Příkladem je vystavované nové centrum YMC 430 (obr. 3) s lineárními pohony ve všech osách. Centrum je vybaveno lineárními odměřovacími pravítky a lineárními kuličkovými vedeními s 8 řadami kuliček. Stroj používá stabilizační systém teplotních deformací, čímž se významně redukuje teplotní chyba stroje. Stabilizační systém vychází ze svého předchůdce stroje YMC 325, kdy je rám stroje dostatečně chlazen vnitřními chladícími okruhy viz obr. 4. Obr. 3: Mikro centrum Yasda YMC 430. Samozřejmostí je teplotně symetrická konstrukce stroje (totéž platí i pro další stroje fa Yasda a to včetně např. symetrického odvodu třísek) či odizolování zdrojů tepla. Všechny výše zmíněné charakteristiky stroje zaručují velmi nízké hodnoty chyb polohování, která je dle ISO 230-2: v ose X: 0,356 m. v ose Y: 0,508 m. v ose Z: 0,316 m. Ve všech osách je tedy zaručena chyba polohování < 0,6 m. Není, však zcela jasné za jakých konkrétních podmínek je těchto výsledků dosaženo (např. jaký je rozsah změny teploty okolí v průběhu testu atd.).

169 Inteligentní a mechatronické systémy 167 Obr. 4: Stabilizační systém stroje YMC 325 (předchůdce stroje YMC 430) pro minimalizaci teplotních chyb. 1.3 Matsuura Japonská firma Matsuura představila svůj koncept MIMS (Matsuura Intelligent Meister System), který zahrnuje kromě větší spolehlivosti stroje (diagnostika), zvýšení provozuschopnosti a lepší ekologičnost (použití ekologicky šetrných komponent, snížení CO 2 emisí), také teplotní kompenzace stroje. Teplotní kompenzace standardně zahrnují kompenzaci teplotních deformací vřetene. Dále je možné kompenzovat deformace od pohybových os. V budoucnu by takto měl být též minimalizován vliv teploty okolí. Systém monitoruje teploty vřetene a pohybových os X, Y a Z. Tyto údaje vstupují do výpočtu kompenzačních hodnot spolu s informacemi o aktuálních posuvových rychlostech pohybových os dle obr. 5. Obr. 5: Princip teplotních kompenzací fa Matsuura převzato z katalogu ke stroji H.Plus-300. Teplotní kompenzace jsou aplikovány např. na řadě horizontálních obráběcích center H. Plus. Spolu s teplotními kompenzacemi jsou teplotní dilatace na špičce nástroje minimalizovány pomocí chlazení vřetena olejem (chladící okruh je ve vnějším tubusu vřetene) a speciální spojky ve vřetenu, která minimalizuje vedení tepla.

170 168 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Haas Firma Haas má velmi dobře řešenou teplotní stabilitu jejich strojů, která zaručuje výrazné snížení teplotních dilatací stroje. Například vertikální obráběcí centra firma HASS jsou vybavena chladícími prvky, které teplotně stabilizují vřeteník. Jedná se jednak o poměrně standardní chlazení pláště hlavy odlitku chladivem, čímž jsou minimalizovány teplotní deformace v místě nástroje. Dále hlava vřetene je teplotně izolovaná a je zvýšen průtok vzduchu skrz vřeteník. Chladný vzduch vstupuje ze zadní části stroje a vystupuje horní částí vřeteníku mimo stroj, jak je zobrazeno na obr. 6. Teplý vzduch tak příliš neovlivňuje konstrukci stroje. Všechna tato řešení udržují teplotu vřeteníku prakticky při konstantní teplotě. Deformace v místě nástroje při 8 hod testu jsou na obr. 7. Test byl proveden při měnících se otáčkách vřetene (zobrazeno ve spodní části obr. 7) a v neklimatizované hale (změna teploty okolí je na grafu označena jako Temp). Teplotní kompenzace strojů firmy Haas jsou pravděpodobně řešeny na základě klasického modelu založeného na vícenásobné regresní analýze. Podrobnější informace se však autorům nepodařilo získat. Obr. 6: Chlazení vřeteníku vertikálních obráběcích center firma HASS. Obr. 7: Teplotní deformace stroje VMC při 8 hodinovém testu. 1.5 Brother Brother je výrobce vrtacích a závitovacích center. Kompenzace teplotních deformací na těchto centrech se stanovují pouze na základě údajů pohybu vřetene a pohybu v osách stroje X, Y a Z. Podrobnější informace autoři článku u stánku na výstavě EMO 2009 ani webových stránkách nezískali. Obr. 8: Efekt kompenzace teplotních deformací fa Brother.

171 Inteligentní a mechatronické systémy Mori Seiki Velmi dobře z hlediska teplotních dilatací jsou řešeny CNC soustruhy řady NL firma Mori Seiki. Eliminace negativních vlivů způsobených sdílením tepla je proto také jednou z hlavních výhod této výrobní řady soustruhů. Princip odstranění negativních tepelných vlivů je přitom velmi prostý - spočívá v maximálním odstranění produkovaného tepla, čehož je dosaženo následujícími řešeními: Vhodné umístění chladiče oleje - je poměrně běžné, že chladič oleje který je významným zdrojem tepla, je často umístěn v blízkosti vřetena (obr. 9 nahoře, původní varianta soustruhů firma Mori Seiki). Výsledkem je, že se vřeteník teplotně deformuje. U řady soustruhů NL je chladič umístěn v zadní části stroje (obr. 9 dole), což má za následek nízké teplotní dilatace soustruhu. Přemístění chladiče oleje výrazně snížuje teplotní deformace, jak je patrné na obr. 10. Modrá křivka představuje původní umístění chladiče, zatímco červená jeho nové umístění. Obr. 9: Teplotní deformace stroje VMC při 8 hodinovém testu. Obr. 10: Vliv přemístění chladiče oleje na teplotní deformace (převzato z katalogu firma Mori Seiki). Použití oddělené chladící jednotky - na místo toho, aby ohřáté chladivo od vnitřních zdrojů tepla cirkulovalo strojem a tím zpětně ohřívalo konstrukci stroje, je ohřáté chladivo vedeno mimo obráběcí stroj. Tím nedochází k nežádoucímu ohřevu konstrukce stroje procházejícím chladivem (obr. 11 vlevo). Odstínění tepelných zdrojů - platí obecně u strojů firmy Mori Seiki např. odstínění hydraulické jednotky pomocí krytu z plechu (obr. 11). Obr. 11: Umístění chladící jednotky mimo stroj (vlevo), odstínění tepelného zdroje (vpravo) (zdroj: Mori Seiki).

172 170 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Chlazení jednotlivých komponent - platí obecně u strojů firmy Mori Seiki např. aktivní chlazení vřetene, kuličkových šroubů, revolverových hlav a dalších konstrukčních skupin (obr. 12). Obr. 12: Aktivní chlazení fa Mori Seiki (převzato z katalogu). Dle zástupce u stánku firmy Mori Seiki je kompenzační algoritmus soustruhu NL 2000 založen na měřených teplotách v 8 různých místech. 2 Shrnutí problematiky teplotních kompenzací a teplotní stabilizace Problematika teplotních deformací strojů je stále aktuální téma, které pálí prakticky všechny výrobce obráběcích strojů. Je zřejmé, že v této oblasti jsou ještě značné rezervy. Firmy které na tomto poli investovaly nemalé prostředky, si své pracně vydobyté know-how velmi pečlivě chrání. Sdílnost zástupců se tak omezovala skutečně pouze na základní informace. V zásadě lze říci, že vypořádání se s výrobními nepřesnostmi způsobenými teplotními vlivy je třeba řešit komplexně. A to od konstrukční fáze až po závěrečné testy na stroji a vytvoření spolehlivého kompenzačního algoritmu. V konstrukční fázi je třeba především navrhnout teplotně symetrickou konstrukci stroje (mělo by být již standardem), odstínit (tepelně izolovat) zdroje tepla či je umístit mimo zdroj (např. Mori Seiki). Dále pokud možno aplikovat v maximální možné míře nucené chlazení (míra je samozřejmě závislá na požadované přesnosti stroje a omezena investovanými finančními prostředky na stroj). Chlazení spočívá jak v odvodu tepla z odlitků např. protékané rámy (Yazda), profukování vřeteníku (Haas), tak chlazení významných zdrojů tepla - jedná se zejména o chlazení pohonů a jejich částí (kuličkových šroubů a jejich uložení, vřeten, revolverových hlav atd.). Vhodnými konstrukčními zásahy a chlazením lze prakticky eliminovat úhlové deformace a výrazně snížit deformace v hlavních pohybových osách. Zbylé deformace v hlavních pohybových osách je nutné řešit spolehlivým kompenzačním algoritmem. Z veletrhu EMO v Miláně je patrný trend, že kompenzační algoritmus je založen na vstupních údajích pohonů (krouticí momenty, otáčky), získaných ze systému stroje (viz např. fa Brother), který může být navíc kombinován s daty z teplotních čidel, umístěných na stroji (Matsura či projekt Next).

173 Inteligentní a mechatronické systémy Inteligentní prvky obráběcích strojů 3.1 Mori Seiki Firma Mori Seiki patří mezi stálice inovativních firem, které posouvají vývoj obráběcích strojů kupředu. Nicméně ze zběžného pohledu nebyly tentokráte žádné převratné novinky viditelné. Firma prezentuje, že neustále zlepšuje svoje již na předchozím EMU prezentované systémy ORC (Octagonal Ram Construction), DDM (Direct Drive Motor) a systém automatizovaného vyvažování nesymetrických (nevyvážených) obrobků a že dochází k jejich implementaci na nové stroje. Na obr. 13 je vidět výše zmíněný systém ORC, který umožnuje útlum vibrací ve dvou směrech (energie je mařena v tenké vrstvě oleje hydrostatického vedení). Zároveň díky symetrickému uložení vedení dochází k rovnoměrnému ohřevu vřeteníku (obecně rámu) od provozu tohoto vedení. Na obr. 14 je schema provozního vyvážení nesymetrických obrobků upínaných do vřeteníku soustruhů. Nesymetrické, nebo jinak nevyvážené obrobky způsobují nadměrné vibrace, které vedou ke zhoršení vlastností obrobeného povrchu a snižují životnost ložisek. Po upnutí obrobku dojde automaticky během cca 10 s k vyvážení rotujících částí vzájemým úhlovým natočením vyvažovacích kroužků. K vyvažování dochází iteracemi postupně. Fixace kroužků je zajištěna elektromagnety. Firma Mazak přišla před časem s myšlenkou kontroly kolize nástroje a obrobku (či upínačů a pod.) formou 3D vizualizace, která běží s malým předstihem před vykonáním příslušného bloku a umožní tak v případě zjištěné kolize stroj bezpečně zastavit (Intelligent Safety Shield). Tuto myšlenku rozvinula firma Mori Seiki ještě dále a do pracovního prostoru umistuje digitální CCD kamery (systém Omni- Obr. 13: ORC - symetrický ohřev vřeteníku (hydrostatické vedení), účinné tlumení vibrací ve dvou směrech Obr. 14: Dovyvážení rotujících částí (obrobku) za provozu (soustruhy) Obr. 15: Vznik modelu pracovního prostoru pomocí kamer, SW 3D interference check Vision). Ty umožní sejmutí aktuálného stavu v pracovním prostoru a digitalizovaná data zasílají do vyhodnocovacího SW (3D interference checking function). Do systému lze jednoduše hrát z webu 3D modely nástrojů i s upínači.

174 172 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Okuma Obdobný systém kontroly kolize nástro - obrobek jako výše zmíněné firmy má i firma Okuma. Neběží ovšem v reálném čase v řídícím systému, ale kontrolu kolize lze provést předem v kanceláři CAD - CAM. Tyto kontroly umožňuje vetšina CAM programů, ovšem firma Okuma deklaruje naprostou vernost běhu NC kódu a simulace pohybů stroje. Příklad screenu programu 3D virtual monitor je vidět na obr. 16 vlevo. Na obr. 16 vpravo je další z užitečných fíglů jak zabránit samobuzenému kmitání při soustružení štíhlých hřídelí. Aby nedošlo k vybuzení rezonance, neobrábí se konstatní rychlostí, ale otáčky se postupně zvyšují a opět snižují. Budící síly jsou tak rozestřené a vznik samobuzených kmitů tak může být potlačen. Obdobně se předchází samobuzeným kmitům i při řezání závitů, kde jsou otáčky svázané s posuvem. Firma Okuma nabízí synchronizovanou změnu otáček s posuvem. Opět jsou pak rozestřeny budící síly. Firma Okuma také jako jedna z mála nabízela obdobu adaptivního řízení řezného procesu a to ve dvou formách. Systém M Navi M-g (g - guidance) snímá externím mikrofonem se směrovou charakteristikou emisi hluku z obráběcícho procesu a pokud dojde k počátku vzniku samobuzeného kmitání upozorní obsluhu a nabídne jí možnou změnu řezných podmínek tak, aby k nadměrným vibracím degradujícícm kvalitu obrobeného povrchu nedocházelo. Naproti tomu systém M Navi M-i (i - inteligence) zpracovává data z akcelerometru (bližší údaje se bohužel nepodařilo zjistit) a v automatickém módu změní otáčky vřetene tak, aby se nadměrné vibrace negenerovaly. Princip obou systémů je patrný z obr. 17. Takto mohou být vybrány optimálně vysoké řezné podmínky. Firma tvrdí, že efektivita obrábění se může zvýšit až o 50%. Systém je efektivní zejména u nástrojů s velkým počtem břitů. Na obr. 18 je znázorněno schema měření nevyváženosti rotačních obrobků typu disk (kladka, polotovary ozubených kol a pod.) Tyto tvarově složité a často nesymetrické součásti se vyrábí na soustružníckých automatech s integrovanými frézovacími vřeteny a ve finále obrábění jsou vzhledm k nesymetrii značně nevyvážené. Aby se součást nemusela uvonit z upnutí a převézt na vyvažovačku, zde Obr. 16: 3D virtual monitor od firmy Okuma, potlačení chatteru při soustružení stíhlých hřídelí Obr. 17: Systémy potlačení samobuzených kmitů při frézování (M Navi M-g - nahoře a M Navi M-i - dole) Obr. 18: Schéma měření tepelné deformace.

175 Inteligentní a mechatronické systémy 173 přemeřit, znovu upnout a odvrtat přebytečný materiál, umožňuje firma Okuma tyto oparace provést za jednoho upnutí na původním stroji. Měření je realizováno v kooperaci s firmou MPM, jejíž přístroj BMT230M zpracovává data z akcelerometru upevněného na vřeteník soustruhu. Data jsou vyhodnocena, je vypočten potřebný odběr materiálu na uživateli navoleném roztečném průměru a je spočítán přislušný úhel (natočení osy c). Stroj již spočte potřebný posuv, napolohuje osu a odvrtá ve vypočteném místě potřebnou hmotu materiálu. Zařízení je využitelné především v sériové výrobě. Předpokladem je dokonale vyvážený vřeteník (bez upnutého obrobku). Screen přístroje BMT230M je zobrazitelný přímo v ŘS, jako další uživatelská obrazovka. Firma Okuma dále prezentovala kompenzaci kvadrantových odchylek. Bohužel neuvedla žádné detaily k tomuto řešení. 3.3 Mazak Firma Mazak vsadila v období světové finanční a hospodářské krize na šetření provozních nákladů stroje. Osvětlení pracovního prostoru je realizováno LED diodami, na panelu řídícího systému je čidlo přítomnosti obsluhy a to kontroluje osvětlení stroje. Při delší době nečinnosti je aktivován stand-by stav stroje. Zůstaly zachovány systémy Active Vibration Control, Intelligent Thermal Shield, Intelligent Safety Shield, Voice Adviser a Intelligent Performance Spindle. 3.4 Sintesi Zajímavě ucelené portfolio mechatronických prvků z hlediska senzoriky a sw přinesla italská firma Sintesi. Schematicky je vše znázorněno na obr. 20. Lasde je laserová měřící hlava pro měření statických deformací, Enlas je laserový enkodér (měření dynamických deformací), Triax je tříosý kapacitní akcelerometr s integrovaným zpracováním dat a vnitřní pamětí, Das je šestiosý kapacitní akcelerometr (tříosý pro lineární pohyb a tříosý pro natočení). LCC je sw pro predikci a organizaci údržby strojů a diagnostiky a Orchestra je otevřený Obr. 20: Ucelená nabídka produktů firmy Sintesi řídící systém, který je schopen údajně řídit složité úlohy a snad dokonce i obráběcí stroj (zda komunikuje s původním ŘS obráběcího stroje a je jakousi nadstavbou a nebo převezme plně úlohu ŘS se bohužel nepodařilo zjistit). Dále firma nabízí poradenství v oboru mechatroniky, mj. i při návrhu komponent z uhlíkových vláken. Protože obsah jednotlivých kapitol se částečně prolíná, doporučujeme čtenáři prolistovat také kapitolu Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření 4 Adaptivní řízení Obr. 19: Omezení kvadrantových chyb; OKUMA - PFCII Nejenže se na výstavě EMO 2009 v Milánu neobjevilo v této oblasti nic nového, ale EMO 2009 se ani nezúčastnili hlavní protagonisté v této oblasti jako jsou firmy OMATIVE systems, Brankamp, Prometec atd. Pouze malým (v podstatě informačním) stánkem se zúčastnila firma Artis, která spojila své aktivity sfirmou Marposs, přičemž italská firma Marposs se sama rovněž neúčastnila s prohlášením, že firma Marposs nic zásadního nového nemá a ostatní konkurenti, že na EMO 2009 nejsou, protože šetří z důvodu světové finanční krize. V adaptivním řízení tedy platí stav, který je popsán ve sborníku z minulé EMO výstavy z Hannoveru.

176 Optimalizace dráhového řízení Řídicí a pohonová technika Nejvíce rozšířené řídicí systémy SIEMENS a HEIDENHAIN nabízí možnost automatického nastavení strojních parametrů. Takové nastavení většinou vyhovuje při uvedení stroje do provozu. Hledání optimálních parametrů však musí probíhat s ohledem na realizovaný způsob obrábění. Nastavení interpolačních a regulačních parametrů má velký vliv na přesnost, rychlost a výsledný čas obrobení. KONTAKT Ing. Jan Veselý, Ph.D. J.Vesely@rcmt.cvut.cz POPIS Optimální nastavení regulačních parametrů není možno provádět bez znalosti frekvenčních mechanických vlastností stroje. Právě ty nejvíce omezují vyšší hodnoty těchto parametrů, a tak snižují přesnost a dynamiku pohybových os. Interpolační parametry jsou nutné z hlediska co nejpřesnější interpretace NC kódu. Vlastnosti interpolace se výrazně projeví při tvarovém obrábění, pro nějž jsou NC data z CAM programů získávána většinou v podobě krátkých lineárních úseků. NC kódy založené na tomto principu jsou velmi dlouhé a musí být řídicím systémem komprimovány tak, aby nedošlo k výraznému snížení přesnosti, a zároveň byl zkrácen čas obrobení. > Export interpolovaných drah z řídicího systému > Porovnání obrobku před a po optimalizaci interpolátoru > Optimalizace dráhového řízení PŘÍNOSY Vhodné nastavení interpolačních a regulačních parametrů může zvláště u tvarového obrábění přinést výraznou úsporu času. Správné naladění regulace přispívá k omezení vibrací pohybových os, a tím ke zvýšení přesnosti. APLIKACE Seřízení uvedených parametrů se vztahuje především na vedlejší pohony obráběcích strojů, které vzájemně interpolují výslednou dráhů nástroje a obrobku. REFERENCE Nastavování probíhá u řady českých výrobců obráběcích strojů zvláště na frézovacích strojích a centrech osazených systémy SIEMENS a HEIDENHAIN: frézovací stroje řady MCV; KOVOSVIT MAS, a.s., stroj SPEEDtec; TOS VARNSDORF a.s., obráběcí centrum FO 80; TOS Kuřim OS, a.s. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii VCSVTT Horská 3, Praha 2

177 175 Virtuální prototypování Matěj Sulitka, Jiří Švéda, Martin Mareš, Otakar Horejš, Tomáš Holkup Abstrakt: Příspěvek přibližuje některé poznatky získané na EMO 2009 v oblasti využití pokročilých výpočetních nástrojů při vývoji strojů a jejich pohonů. S ohledem na menší význam uvedeného tématu v kontextu výstavy EMO byly získány jen některé dílčí informace, které tudíž nemohou dostatečně reprezentovat obecnou úroveň tématu. Při vyhledávání informací byl kladen důraz na otázky virtuálních modelů strojů, pokročilých funkcí řízení pohonů, optimalizace dráhového řízení a simulace řezného procesu. 1 Úvod Výpočetní nástroje založené na metodě konečných prvků (MKP) jsou pro provádění základních analýz statických a frekvenčních vlastností (modální analýza) dnes již běžnou součástí procesu vývoje nových strojů a zařízení. Zvyšující se požadavky na funkční vlastnosti strojů vyvolávají ovšem nutnost podrobovat navrhované konstrukce pokročilejším analýzám, jejichž cílem bývá nejčastěji dosažení co nejlepších dynamických vlastností pohonů, rozhodujících o celkové užitné hodnotě stroje. Zvyšování dynamických vlastností pohonů přímo souvisí s optimalizovaným návrhem nosné struktury stroje (uplatnění postupů parametrické, topologické a tvarové optimalizace) a optimalizací návrhu stavby pohonu. Z dosažených vlastností mechanické stavby stroje přímo vyplývá možnost nastavení parametrů regulátorů řízení. Výsledná kvalita a přesnost obrábění není ovšem projevem pouze celkových dynamických vlastností pohonů stroje, ale také způsobu přípravy NC dat a jejich interpolace řídicím systémem stroje. V posledních zejména deseti letech je pro účely provádění pokročilých analýz stavby rámu stroje a pohonu pozornost věnována intezivnímu vývoji komplexních modelů pohybových os (pro vyšetření dynamických vlastností mechanické stavby pohonu s připojenou strukturou stroje a modelem řízení pohonů), resp. virtuálních modelů. Tyto modely zahrnují i jádro skutečného řídicího systému s jeho interpolátorem a umožňují provádět simulace k získání relevatních odhadů přesnosti dráhového řízení a časů obrábění. Presentace pokročilých výpočetních nástrojů na výstavách strojírenské techniky je ovšem zřejmě velmi vázána na očekávanou možnost získání konkrétních kontaktů v průmyslu. Narozdíl od naposledy navštíveného ročníku EMO 2005 v Hannoveru chybělo na EMO 2009 výraznější zastoupení softwarových firem, nabízejících MKP programové systémy, resp. firem a výzkumných institucí, které se vývojem nástrojů pro pokročilé simulace zabývají. Při návštěvě EMO 2009 se pozornost proto zaměřila na sledování zmínek o využití výpočetních a simulačních nástrojů u firem, které jsou dlouhodobě známy prosazováním nových technik a postupů. Kromě vlastních výpočetních nástrojů byla ve vazbě na dlouhodobý výzkumný záměr VCSVTT sledována také témata pokročilých funkcí řízení pohonů, simulace řezného procesu a přesnosti dráhového řízení. 2 Virtuální modely strojů 2.1 Siemens V oblasti virtuálního modelování pohybových os OS a strojů nebyla fy Siemens na EMO 2009 presentována žádná významná novinka. Pro možnost virtuálního simulování dráhového řízení pohybových os stroje včetně zahrnutí interpolace NC dat řídicím systémem stroje je nabízeno již známé programové řešení Virtual machine pro stroje vybavené CNC systémem Sinumerik. Zahrnuto je virtuální jádro řídicího systému, tzv. virtual NC kernel, VNCK ve spojení s grafickým simulačním systémem (Real NC nebo NX CAM) pro výpočty úběru materiálu a kolizních stavů a uživatelské rozhraní SINUMERIK HMI. Jeho prostřednictvím je uživateli

178 176 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 na obrazovce PC k dispozici klasické ovládací rozhraní řídicího systému, přičemž je možno v systému nastavovat všechny parametry strojních dat jako na skutečném stroji, s výjimkou parametrů pohonu. V základní konfiguraci jsou dynamické vlastnosti stroje v systému Virtual machine reprezentovány pouze hmotami se soustředěnými parametry. Pomocí uživatelsky vytvořených programů, např. v jazyce C++, je ovšem možno ošetřit komunikaci s VNC Serverem a k jádru řídicího systému VNCK připojit vlastní model dynamických vlastností stroje, který může zahrnovat i popis poddajnosti pohybových os. Hlavní předností systému je možnost realistické simulace obráběcího procesu, na jejímž základě lze kontrolovat programovací chyby a kolizní stavy a významně redukovat časy pro přípravu výroby. Propojením jádra skutečného řídicího systému s modelem stroje je možno rovněž získávat relevantní odhady simulovaných časů obrábění. Skutečné rychlosti pohybových os se totiž při odbavení NC kódu v řídicím systému mohou významně lišit od parametrů, které jsou zadávány jako technologicky doporučené v CAM systémech. 2.2 DMG Virtual Machine Obr. 1: Využití jádra řídicího systému VNCK v simulacích virtuálního dráhového řízení Mezi programovými nástroji uváděnými jako doplňková nabídka fy DMG byl presentován software DMG Virtual Machine. Program je podobně jako v případě řešení Siemens založen na propojení jádra řídicího systému (Heidenhain i830) s modelem stroje, poskytujícím simulaci kinematických a dynamických vlastností pohybových os. Dynamické účinky jsou v modelu zahrnuty prostřednictvím hmot se soustředěnými parametry, poddajnost struktury stroje a mechanické stavby pohonu není uvažována. Praktickým účelem využití tohoto programu je provádění simulací odbavení NC kódu a sledovaní kolizních stavů při současné simulaci změny tvaru obrobku v průběhu jeho obrábění. Na základě simulovaného pohybu nástroje je možno přímo z prostředí programu DMG Virtual Machine provádět úpravy NC kódu, přičemž není rozhodující, jestli byl NC program vytvořen v externím CAM programu, nebo přímo v CNC řízení stroje. Obr. 2: Virtual Machine DMG. Graf prezentuje přínos využití DMG Virtual Machine ke zvýšení účinnosti predikce časů jednotlivých úseků procesu přípravy stroje a výrobních časů. V součinnosti s PLC systémem stroje jsou do simulací procesu obrábění zahrnuty i časy na výměnu nástrojů a je tudíž možno získávat velmi relevantní predikce celkových časů obrábění. Podle údajů fy DMG je při stanovení časů obrábění dosahováno shody na 99,9 % se skutečnými časy obrábění. Výpočetní časy simulací probíhají přitom bud v reálném čase, nebo s urychlením, které podle typu úlohy může představovat zkrácení výpočetního času virtuálního obrábění v porovnání se skutečným (predikovaným) časem až o 70 %.

179 Virtuální prototypování EU projekt NEXT Výsledky tematicky velmi obsáhého EU projektu, řešeného v rámci 6. rámcového programu v letech , byly na EMO 2009 presentovány stánkem s hlavní atrakcí v podobě 2D robotu s paralelní kinematikou a dynamickými parametry, které dovolují robot označovat jako nejrychlejší. Robot dosahuje maximálního zrychlení 52 g a rychlosti 12,5 m/s, přičemž je současně jeho nosná struktura 10 x (!) lehčí a tužší než klasický 2D robot. Vývoj robotu byl prováděn výzkumnou institucí FATRONIK-France. Vlastní náplň projektu se dělí do čtyř základních tematických okruhů: Zelené stroje Uživatelsky autonomní stroj Hranice obrábění Nové obchodní koncepty pro obrábění V oblasti Uživatelsky autonomní stroj byla řešena řada velmi zajímavých témat, které s virtuálním modelováním strojů souvisí bud přímo, nebo nepřímo prostřednictvím technik, uplatnitelných v pokročilém řízení pohybových os. 3.1 Optimalizace dráhového řízení Adaptivní řídící modul pro frézovací stroje Firmou FIDIA (IT) byl vyvinut programový modul, který umožňuje v reálném čase sledovat výkonové nároky vřetena a podle výkonnového zatížení upravovat posuvové rychlosti tak, aby byl nástroj chráněn před nerovnoměrností jeho zatížení. Na obr. 3 je schematicky zobrazena fukčnost systému. Zvýšení výkonu vřetena indikuje větší zatížení nástroje např. při zvětšení axiální hloubky řezu. Systém v těchto režimech obrábění automaticky sníží posuvovou rychlost pod naprogramovanou hodnotu Algoritmus pro optimalizaci dráhového řízení 5-osých obráběcích strojů Obr. 3: Adaptivní řízení posuvové rychlosti nástroje podle jeho zatížení Pětiosé obrábění se v posledních letech stává stále populárnější díky zkracování časů obrábění, lepší kvality obrobených povrchů a zvýšené životnosti nástrojů. Rychlost i výsledná kvalita obrábění závisí ovšem významně na množství rotačních pohybů příslušných pohybových os. Na KU Leuven byl vyvinut inteligentní modul pro tvorbu trajektorií pětiosého obrábění, který při zohlednění kinematických a dynamických vlastností (profily rychlostí a zrychlení) stroje umožňuje účinné a rychlé obrábění komplexních ploch. Pomocí vyvinutého modulu je zvýšena jednoduchost a spolehlivost vytváření a vyhlazování žádaných drah nástroje, díky čemuž je možno dosáhnout velmi hladkého průběhu dráhy nástroje. Modul je doplněn i o automatickou detekci kolizí mezi nástrojem a obrobkem a kontrolou maximálních úhlů natočení jednotlivých pohybových os. Na presentovaném přikladu je demostrováno obrobení komplexní plochy v čase o 50 % kratším než v běžném případě, při o 50 % menším kumulativním natočení os stroje. Obr. 4: Zvýšení rychlosti a kvality obrobení při optimalizaci natáčení rotačních os při 5-osém obrábění

180 178 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Adaptivní řídicí a monitorovací systém pro vrtací stroje Záměrem bylo ve spolupráci partnerů WZL (RWTH Aachen, DE) a Bosch (DE) vyvinout systém pro řízení axiální síly vrtání prostřednictím úpravy rychlosti posuvu. Systém provádí on-line indentifikaci řízené dráhy nástroje, stanovuje parametry regulátoru s využitím modelu a zaručuje stabilitu procesu. V rámci řešení tématu byly vyvinuty a verifikovány 3D simulační MKP modely, jejichž prostřednictvím je predikována řezná vrtací síla a dynamické chování nástroje predikována tvorba otřepů provedeno naladění modelů pro aplikace obrábění v automobilovém průmyslu. Obr. 5: Simulační model vrtání a jeho aplikace při adaptivním řízení vrtání 3.2 Pokročilé funkce řízení pohonů Výsledkem spolupráce několika partnerů projektu NEXT jsou některé velmi zajímavé doplňkové pokročilé funkcí pro řízení pohonů Kinematické měření (CYCLE996) Měřicí cyklus CYCLE996 je v řídicích sytémech SINUMERIK 840D nabízena již jako uživatelsky dostupná funkce. Algortimus byl vyvinut pro rychlou kalibraci vzájemné orientace rotačních os 5-osých obráběních strojů. Ke kalibraci je použita pouze kalibrační koule a sonda, jejichž prostřednictvím je možno měření a kalibraci kinematiky rotačních os provést během cca 10 min. Běžným postupem prováděné kalibrace vyžadují i jeden den práce Auto servo tuning Obr. 6: Kalibrační měření CYCLE996 Optimální naladění parametrů regulátorů řízení pohonů je jedním z důležitých faktorů, které rozhodují o vhodném využití dynamických vlastností stroje. V dosavadní praxi jsou parametry kaskádní regulace nastavovány postupem zkoušek přímo na stroji, což je proces časově značně zdlouhavý. Nastavení dosažené tímto postupem může být pro určité spektrum technologického využití stroje vyhovující, nemusí se ovšem jednat o nastavení optimální, které by umožňovalo využít plně kapacity stroje. Ve spolupráci partnerů WZL (RWTH Aachen, DE), Emco (IT), Correa Annayak (ES) a Siemens (DE) byl vyvinut modul pro automatické naladění parametrů polohového regulátoru, rychlostního regulátoru a rychlostního feedforwardu in prostředí Sinumerik Operate. Po úvodní inicializaci vybrané pohybové osy a startu optimalizační úlohy provede pohybová osa sadu pohybů, na jejichž základě je provedena identifikace dynamických vlastností. Automaticky je následně odvozeno optimální nastavení parametrů regulátorů Kompenzace pasivních odporů K potlačení vlivu jednotlivých komponent stroje na obráběcí proces je vyvinut ve spolupráci WZL a Siemens model pro kompenzaci tření. Navržený algoritmus je založen na identifikaci třecích a akceleračních sil prostřednictvím definovaných pohybů pohybové osy stroje. Pomocí funkce Trace v řídicím systému Sinumerik 840D je sledován průběh momentotvorného proudu. Přiřazením jednotlivých částí průběhu

181 Virtuální prototypování 179 proudu úsekům definovaného pohybu se zrychlením, nebo konstantní rychlostí je možno od sebe oddělit příspěvky třecích a akceleračních sil. Na základě vyhodnoceného průběhu složky třecích sil je provedena identifikace odpovídajícího modelu pasivních odporů. Identifikované průběhy pasivních sil a sil zrychlení jsou podkladem pro výpočet korigovaného momentotvorného proudu v rámci kaskádního schématu regulace pohonu. Metodika byla aplikována na obráběcích strojích Chiron FZ22S a EMCO E900, přičemž byl zjištěn velmi dobrý soulad simulovaného a měřeného průběhu proudu. 4 Simulace řezných sil V oblasti simulace řezných sil a navazující optimalizace dráhového řízení představuje AdvantEdge Production Modul nástroj s jedinečnými vlastnostmi. V programu lze plně definovat geometrickou konfiguraci stroje i jeho dynamické vlastnosti, typ nástroje, vlastnosti obráběného materiálu, CAD/CAM data obrobku a parametry řezného procesu. Nástoj je kromě specifikace jeho geometrie popsán uživatelsky voleným počtem axiálně a radiálně rozložených bodů. Program umožňuje výpočetně velmi rychlou simulaci úběru obráběného materiálu a výpočet řezných sil, které jsou zobrazovány v uživatelsky zvoleném časovém kroku. Ve VCSVTT jsou v současné době prováděny zkušební simulace v rámci testovací licence. Ukazuje se, že řezné síly jsou počítány v každém výpočetním kroku a zohledňují skutečný aktuální průniku břitu nástroje s obráběným materiálem. Výpočet sil není tudíž zřejmě prováděn jako středěný přes delší časové úseky s využitím knihovních dat řezných sil. Ve verzi 5.7, která byla uvolněna v listopadu 2009, je mezi několika funkčními novinkami programu zajímavá zejména možnost programování na střed nástroje, import stabilitních dat z měřicího systému MetalMAX, zahrnutí časů na výměnu nástrojů nebo import dráhy nástroje z programu Vericut (možnosti využití programu Vericut pro optimalizace NC dat dráhového řízení jsou zmíněny v kapitole CAD, CAM, CIM systémy). 5 Komerční výpočetní kanceláře 5.1 Sintesi Obr. 7: Schéma řízení pohonu s kompenzací pasivních odporů Obr. 8: Pracovní obrazovka Production Module se zobrazením obrobku a grafů silového zatížení nástroje a množství odebíraného metriálu Sintesi je mladou firmou, která vznikla oddělením se od italského výzkumného centra Fiat CNR. Zaměřuje se především na poskytování mechatronických řešení pro řízení deformací, řízení a tlumení vibrací, řízení pohonů a redundantní řízení. Pro uvedené aplikace využívá vlastních snímačů zrychlení a laseorvých encoderů. V oblasti pokročilých konstrukcí pro mechatronické aplikace jsou firmou Sintesi používány kompozitové materiály, jejichž využití bylo na stánku na EMO 2009 demonstrováno portálovou frézkou s kompozitovým vřeteníkem. S vývojem mechatronických řešení úzce souvisí nutnost využívání pokročilých výpočetních nástrojů. V rámci programu Mechatronic Design se firma Sintesi zabývá mj. vývojem simulačních modelů a virtuálních prototypů a jejich verifikací. Zvláštní zřetel je přitom věnován zejména výpočetním modelům kompozitových materiálů. Standardně jsou řešeny úlohy výpočtu strukturálních vlastností, topologické, tvarové a rozměrové optimalizace. Pro analýzy výrobních a provozních nákladů nabízí firma Sintesi vlastní program LCC (Life Cycle Cost). Program je založen na specificky vyvinuté metodice LCCA a RAM (Reliability, Availability, Maintainability),

182 180 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 jejichž kombinací je možno efektivně provádět návrhy nabídky a plánování vývoje a výroby a následného servisu. Analýza RAM využívá mj. simulační algoritmus Monte Carlo pro výpočty spolehlivosti v určitém čase, výrobní prostoje, dostupnost a náklady výrobku, systému a jeho součástí. Pomocí LCC simulací jsou prováděny odhady celkových nákladů, které připadají na pořízení, provoz a údržbu výrobků a systémů. Prostřednictvím těchto výpočtů je možno jednoznačně určit oblasti s potenciálem pro snižování ztrát souvisejích s údržbou výrobků a zajištěním náhradních dílů. 5.2 Roschiwal + Partner Engineerig Samostatným výstavním stánkem se presentovala konstrukční kancelář Roschiwal + Partner Engineering se sídlem v Augsburgu (Německo). Kancelář s dalšími zastoupeními v Berlíně a Temešváru poskytuje komplexní konstukční a vývojové práce od tvorby koncepčních studií až po zhotovení prototypů. V řetězci vývojových prací nabízí kancelář Roschiwal + Partner Engineering jako samozřejmou součást mj. i MKP analýzy navrhovaných konstrukcí a výpočty výrobních nákladů. MKP výpočty jsou kanceláří poskytovány od konce 90. let. Rozsah prováděných typů MKP výpočetních úloh zahrnuje výpočty strukturálních statických i nelineárních analýz (deformace, napětí), výpočty tuhostí navrhovaných konstrukcí, kontaktní úlohy, frekvenční (modální) analýzy, teplotní analýzy (deformace vlivem teplotního pole), výpočty kontaktních úloh a úlohy optimalizační (optimalizace se změnou vybraných geometrických parametrů) a výpočty topologických analýz. Zajímavý je přehled programů, které jsou kanceláří pro různé typy konstruktérských výpočtů používány: Kisssoft-Hirnware ( program pro návrh čelních ozubených kol (vnější, vniřní), kuželových kol, pastorků a ozubených tyčí, nosníků, valivých ložisek, kluzných ložisek, řemenových převodů SIDIM (software fy Siemens; SIemens DIMensioning): program pro podporu výběru servomotorů pohybových os ve spojení s pohony Sinamics S120 nebo Simodrive 611U/D Cymex (software fy Wittenstein, dříve Alpha; program pro návrhy konfigurací pohybových os ME-Design: výpočty pro dimenzování čelních ozubených kol, kuželových kol, pastorků a ozubených tyčí, válečkových ložisek, kluzných ložisek, řemenových převodů Bechtle: výpočty čelních ozubených kol MathCAD Program fy FAG pro výběr valivých ložisek. V referencích kanceláře Roschiwal + Partner Engineering je uváděno několik desítek evropských významných výrobců z dopravní i výrobní techniky. V oblasti výrobních strojů a jejich komponent patří mezi zákazníky kanceláře např. mj. firmy Bharat Fritz Werner, DMG, Emco, Franz Kessler, Hermle, HIWIN, Hüller Hille, SEW Eurodrive, Siemens, SKF, THK, Trumpf nebo Waldrich Coburg. 6 Shrnutí a závěr Příspěvek podává stručný náhled některých poznatků získaných na EMO 2009 o využití pokročilých výpočetních nástrojů při návrhu strojů. Presentace firem na EMO 2009 ovšem tuto problematiku samy nezdůrazňovaly a proto jsou popisované poznatky jen velmi neúplným přehledem. Tvorba komplexních modelů pohybových os a analýza dynamických vlastností řízení pohonů ve spojení s mechanickou stavbou pohonu a připojenou strukturou stroje není již zřejmě natolik novým tématem, které by opravňovalo k zvýrazněným ukázkám možného využití. Pomalu se ovšem rozšiřuje nabídka systémů virtuálních strojů (Siemens VNCK, Heidenhain VirtualTNC, Virtual Machine DMG), v nichž se spojuje jádro skutečného řídicího systému s modelem řízení pohonů a dynamických vlastností mechanické stavby stroje. Systémy virtuálních strojů nabízených komerčně se zaměřují především na možnosti praktického využití pro kontrolu a opravy NC programů, detekci kolizních stavů a predikce realitě velmi blízkých časů obrábění. Pro uživatelské využití se u těchto systémů nepředpokládá sledování přesnosti dráhového řízení a přesnosti obrobeného povrchu, nebot systémy nezahrnují výpočty řezných sil. Pro simulace řezného procesu jsou vyvíjeny samostatné programy, které ovšem prozatím nenabízejí možnost vložení detailního modelu dynamických vlastností mechanické stavby pohonu a stroje.

183 181 CAD, CAM, CIM systémy Petr Vavruška, Jaroslav Rybín, Matěj Sulitka Abstrakt: Článek je zaměřen na přiblížení současné situace na trhu v oblasti CAD/CAM systémů. Není zde uveden vyčerpávající přehled všech výrobců těchto systémů, ale důraz je kladen především na zajímavé funkce, které jsou pro uživatele k dispozici při vytváření NC programů, či při jejich verifikaci před skutečným obráběním na stroji. 1 Úvod Používání CAD/CAM systémů se stalo běžnou samozřejmostí a v drtivé většině přídadů produkce by si již technologové - programátoři CNC strojů tvorbu technologické přípravy dat neuměli představit bez ulehčení práce, jaké tyto systémy bezpochyby nabízejí. Spektrum výrobců systémů CAD, CAM, či celkových řešení v podobě systémů CAD/CAM se však neustále rozrůstá a orientace ve výhodách jednotlivých systémů je stále složitější. Je samozřejmostí, že mezi jednotlivými výrobci je neustálý konkurenční boj o zákazníky. V této době, která není pro průmysl obecně příliš příznivá, však můžeme zaznamenat trend v podobě uzavírání partnerství mezi některými výrobci CAM systémů. Výrobci se mezi sebou domluví tak, aby byl daný CAM systém specializovaný na určitou oblast produkce. Nová taktika skrývá ten účel, že si partnerské společnosti svými produkty vzájemně nekonkurují. Jako příklad lze uvést společnost Planit, která zahrnuje poskytování podpory ze strany systémů EdgeCAM, AlphaCAM, Radan, Jobshop a Cabinet Vision. Programový systém EdgeCAM je doporučován převážně pro účely obrábění kovů (frézování i soustružení), AlphaCAM především pro obrábění dřeva a pro zhotovování kamenných výrobků a Radan je SW určený pro produkci plechových výrobků (vystřihování, ohýbání, atd.). Doplňující SW Jobshop slouží pro ekonomické záznamy a výpočty a SW Cabinet Vision pro návrhy a tvorbu konstrukce, či designu nábytku ze dřeva. Na strojírenském veletrhu EMO 2009 bylo z této oblasti k vidění velké množství prezentujících firem, ale převážná část se k vystavování postavila pasivně a jejich poutače byly pouze doprovázeny promítaným videem. Pokud však návštěvník projevil určitý zájem a položil i určité konkrétní otázky, bylo mu poté v některých případech umožněno nahlédnutí do monitoru připraveného PC a s asistencí odborníka byly předvedeny ukázky funkcí daného systému. Nutno je však dodat, že v některých případech byl návštěvník pouze odkázán na zastupení firmy v daném státě, či mu bylo sděleno, že bude kontaktován v brzké době po výstavě. Výjimkou byly firmy, které byly domluveny s výrobci obráběcích strojů a přitahovaly návštěvníky živými ukázkami obrábění, či tzv. obráběním na sucho (bez úběru materiálu) přímo na strojích. Tím přilákaly mnoho návštěvníků a dokázaly tak vyvolat zájem oproti konkurenci. 2 CAD/CAM systémy Obr. 1: Příklad simulace obrábění v PowerMILL V současné době je na trhu v této oblasti patrná určitá stagnace v inovacích týkajících se přímo funkcí pro generování dráhy nástroje pro dokončovací operace. Je to způsobeno prudkým nástupem CAM systémů pro víceosé obrábění v minulosti, které dosud obsahují postačující funkce pro tvorbu řídicích NC programů pro standardní případy obrábění. Výrobci CAM systémů se nyní spíše zaměřují na tvorbu komfotních uživatelských prostředí, tedy různých vylepšení ovládání daného SW a efektivního využití hardware v daném PC. Dále je možné zaznamenat určitý sklon ke tvorbě maker, usnadňujících nástrojové hospodářství, doplňování knihoven s nástroji a vylepšování simulace obrábění se strojem (viz např. obr. 1).

184 182 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Tím však není řečeno, že by se vývoj funkcí pro obrábění zastavil a už v žádném případě není pravda, že by již nebylo co inovovat. Zaznamenat můžeme určitý vývoj funkcí pro hrubovací operace, např. funkce pro pětiosé hrubování, nebo hrubovací strategie pro vysokorychlostní obrábění. Zároveň se také dostávají do podvědomí CAM systémy, určené pro programování robotů. Tyto systémy se v základu neliší od standardních CAM systémů, jelikož musí také generovat dráhy pro různě složité prostorové řízení nástroje. CAM systémy pro roboty však musí být vybaveny modulem, který umožní nastavit různé technologické hlavice a zpřístupní modifikaci dráhy nástroje (nájezdy a výjezdy), podle funkce daného robota (ohraňovací, řezací, svářecí, frézovací, lakovací, brousící, tryskací, atd.). Další funkcí potom bývá i vizualizace soustavy robot a obrobek při kontrole vytvořené dráhy nástroje viz např. v SW Robotmaster (kapitola 2.3 na str. 183.) 2.1 GibbsCAM a Cimatron Prostřednictvím systému GibbsCAM společnost Gibbs and Associates prezentovala možnost práce v kombinovaném prostředí, v němž je možno sledovat jednotlivé fáze procesu tvorby NC programu souběžně. Na obr. 2 je vidět nastavené pracovní prostředí v systému Gibbs CAM, kde v pravé části probíhá simulace obrábění s modelem stroje (ladění možných kolizních stavů), v levé horní části je zároveň zobrazen detail frézování (pro sledování dané operace obrábění) a v levé dolní části je Obr. 2: Možnost práce v kombinovaném prostředí v SW GibbsCAM zobrazen finální tvar součásti (v modeláři). Mezi novými funkcemi systému lze nabídnout například pětiosé hrubovací operace zapichováním, nové funkce pro kontrolu podřezání ploch součásti, či přebývajícího materiálu, atd. Společně na stánku byl prezentován i CAM systém Cimatron stejnojmenné společnosti. Tento produkt disponuje podobnými funkcemi jako systém GibbsCAM a také pracovní prostředí včetně dialogových oken je koncipováno podobně. 2.2 MasterCAM Společnost CNC-Software, která je výrobcem systému MasterCAM uvolnila do prodeje další verzi. Nová verze systému, vydaná pod označením MasterCAM X4 podporuje např. novou funkci dynamické dráhy nástroje, což je strategie tvorby drah nástrojů (High Speed Toolpath) pro vysokorychlostní obrábění. Při generování dráhy nástroje je využita jeho celá řezná část a tím je krácen strojní čas. Adekvátní zatížení nástroje je poté kompenzováno malými plynulými (téměř spirálovitými) záběry ve směru posuvu. Obr. 3: Dynamické dráhy nástroje Obr. 4: Paralelní zpracování tří úloh najednou (Multi-threading) Další novinkou v systému je funkce umožňující rozdělení složitých úloh pro zpracování pomocí procesorů s více jádry (Multi-threading). Tato funkce je dostupná v režimu frézování při generování určitých typů drah. Průběh současně zpracovávaných úloh je možné sledovat pomocí funkce Multi-Threading Manager (viz obr. 4).

185 CAD, CAM, CIM systémy Robotmaster Tento CAD/CAM systém od společnosti Jabez Technologies je nadstavbou pro systém MasterCAM. Předností systému je jeho jednoduchost, nebot programování strategií drah nástrojů se odehrává ve standardním prostředí systému MasterCAM, z nějž jsou následně převzaty pomocí systému Robotmaster. V tomto systému se definují ostatní náležitosti jako použitý typ pracovní hlavice robota (dle technologie) a umožněna je také simulace výroby s modelem robota a s modely ostatních komponent, použitých při výrobě. Odladění vzniklých kolizí je poté jednoduchou záležitostí, jelikož má uživatel možnost změnit dráhu nástroje v systému MasterCAM a následně opět dráhy převést pomocí systému Robotmaster, v němž se opět zkontrolují kolizní stavy. Obr. 5: Simulace obrábění s robotem Motoman HP NX CAM Společnost UGS, která nyní patří pod velký koncern Siemens, představila novou verzi svého systému NX. Systém NX 7.0 nyní obsahuje funkci HD3D, což je funkce pro zobrazení a práci s informacemi o výrobcích a procesech přímo ve 3D prostředí. Rozšířena byla tzv. synchronní technologie, která byla uvedena již ve verzi NX 6. Synchronní technologie propojuje přístupy vazbami řízeného modelování s modelováním bez historie. Po konzultaci se zástupci společnosti na veletrhu EMO 2009 bylo zjištěno, že uvedené novinky v systému nejsou jediné, které byly vyvinuty. Většinu speciálních funkcí ale společnost řeší přímo se spolupracující firmou, která daný problém navrhla k řešení. Speciální funkce je poté k dispozici pouze této firmě a nebude přidána do systému NX CAM ve verzi dostupné v běžném prodeji. Společnost Siemens také prezentovala výhody, které jsou pro zákazníka dostupné, pokud si zvolí stroj s jejich řídicím systémem a CAD/CAM systém NX. Poté může mít k dispozici postprocesor plně přizpůsobený výrobě (kombinaci CAM systém a CNC stroj), to znamená maximální využití všech funkcí, nabízených řídicím systémem a tedy efektivní využití CNC stroje při výrobě. Uživatel CAM systému se tedy nemusí starat o tak velké množství činitelů, které je nutné obvykle zahrnout do procesu tvorby NC programu. 2.5 EdgeCAM a Alphacam Jak již bylo řečeno v úvodu článku, byly tyto dva systémy na veletrhu prezentovány pod jedinou společností Planit, v rámci jednoho stánku. Vývojáři systému EdgeCAM se zaměřili na vylepšení funkcí pro nástrojové hospodářství a do knihovny nástrojů byla přidána závitovací fréza. Frézovací operace byly doplněny o funkci hrubování odvrtáváním (tzv. plunge milling ) a také byl doplněn nový cyklus pro závitování. V modulu konstruktér postprocesorů byly rozšířeny funkce o tzv. adaptivní šablony postprocesorů pro řídicí systémy Sinumerik 840 společnosti Siemens. Vytvoření postprocesoru pro stroj s tímto typem řídicího systému je poté jednodušší a uživateli zbývá správně zadat kinematiku obráběcího Obr. 6: Pracovní prostředí AlphaCAM stroje a odladit použití podporovaných funkcí daného CNC stroje. V systému AlphaCAM bylo především změněno pracovní prostředí (viz obr. 6), které nyní působí velmi přívětivě a podobá se pracovnímu prostředí systému EdgeCAM. Systém AlphaCAM je vybaven následujícími moduly: Frézování, Soustružení, Router (výrobky ze dřeva), Řezání kamene, Profilování a Řezání drátem (elektroerozivní obrábění). Kromě toho jsou ještě k dispozici dva přídavné moduly pro usnadnění práce při

186 184 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 přípravě výroby dveří a oken. Jsou zde samozřejmě dostupné i funkce pro souvislé pětiosé obrábění (v modulech Frézování, Řezání kamene i Router), ale je nutné zakoupení licence typ profesionál. 2.6 HyperMILL Funkce CAM systému HyperMILL, který je produktem společnosti Open Mind byly prezentovány na výrobě motokrosové helmy firmy Daishin (obr. 8) ze slitiny hliníku na stroji DMU 60 P duoblock. Helma obsahovala řadu tvarově složitých prvků, které bylo nutné vyrábět souvislým pětiosým řízením nástroje. Systém HyperMILL disponuje celou škálou funkcí pro tvorbu operací potřebných při výrobě velmi složitých součástí jako jsou různá radiální kompresorová kola, či lopatky axiálních turbínových kol, atd. Pro tvorbu hrubovacích operací lze zmínit např. funkci souvislého pětiosého hrubování (viz obr. 7). Využití této funkce je na uvážení programátora CNC stroje, zda hrubování s použitím rotačních os přináší časovou úsporu či nikoliv. Je totiž nutné zvážit, zda bude efektivnější několik po sobě následujících tříosých hrubovacích operací při tzv. polohováním rotačních os nahradit právě hrubovací operací se souvislým řízením pěti strojních os. V některých případech obrábění způsobují rotační strojní osy zpomalování, jelikož řídicí systém rozkládá rychlosti v jednotlivých strojních osách tak, aby se do koncového bodu interpolace dostaly všechny ve stejném okamžiku. Častým případem ale právě je, že právě pohyby v rotačních osách trvají nejdéle a ostatní strojní osy musí být zpomaleny. Proto je na technologovi - programátorovi CNC stroje, aby uvážil, jaké hrubovací operace v daném konkrétním případě použít. 2.7 PowerMILL Obr. 9: Příklad pětiosé hrubovací operace - PowerMILL CAM systém od společnosti DelCAM je určen převážně pro potřeby víceosého obrábění, tedy pro náročnější případy výroby tvarově složitých součástí. Společnost nabízí ještě další CAM (resp. CAD) systémy, určené vždy pro konkrétní oblast využití, např.: FeatureCAM - pro produkční frézování mimo víceosých operací; SwissCAM - specializovaný pro programování dlouhotočných soustruhů; PowerSHAPE - CAD spojující objemové, plošné i trianglové modelování; ArtCAM - zaměřený na potřeby obrábění uměleckých předmětů. V CAM systém PowerMILL byly prezentovány funkce pro tvorbu pětiosých hrubovacích operací (příklad uveden na obr. 9). Využití takovéto funkce pro hrubování tvarově složitých součástí je nutné vždy zvážit pro konkrétní případ součásti, tak jak bylo vysvětleno v kapitole 2.6 na str Od verze 10 patří mezi přednosti tohoto systému funkce, která zajišt uje využití vícejádrových procesorů. Pokud je k dispozici na použitém PC procesor s více jádry, rozdělí se výpočet dráhy nástroje mezi jednotlivá jádra tak, aby byl výpočet co nejrychlejší. Rozdělení výpočtu dráhy nástroje v případě využití čtyřjádrového procesoru je zachyceno na obr. 10. Urychlení výpočtu dráhy nástroje je praktické při ladění NC programů na součásti, kdy technolog - programátor musí nastavit dráhy nástrojů tak, aby čas potřebný k výrobě součásti byl minimální a přitom aby bylo dosaženo kvalitativních parametrů, kladených na součást. U sériové či hromadné výroby tak finanční úsporu představuje každá ušetřená sekunda ze strojních časů pro výrobu jedné součásti. U tvarově složitých Obr. 7: Souvislé pětiosé hrubování Obr. 8: Helma Daishin obrobená pomocí HyperMILL Obr. 10: Využití čtyřjádrového procesoru při genrování dráhy nástroje dílů trvá generování dráhy nástroje některých operací velmi dlouho a tento proces generování je nutné podstoupit vždy znovu při změně jakéhokoliv parametru v nastavení výpočtu dráhy nástroje.

187 CAD, CAM, CIM systémy SurfCAM Společnost Surfware, která je výrobcem systému SurfCAM opět předváděla na stroji firmy Haas hrubovací operaci, pro kterou byly dráhy nástroje vytvořeny pomocí funkce Truemill. Výhody funkce Truemill jsou založeny na skutečnosti, že dráha nástroje je tvořena tak, aby bylo dodrženo konstantní opásání nástroje v celém jejím průběhu. Tím je dosaženo konstantního zatížení nástroje a nástroj se méně a rovnoměrněji opotřebovává. Po dokončení obrábění bylo možné se nástroje dotknout, nástroj byl téměř studený. Funkce je tudíž vhodná především pro generování drah nástroje pro vysokorychlostní obrábění. 2.9 HSMWorks Tento CAM systém je určen zejména pro součásti, kde je zapotřebí 2,5 a 3-osého řízení dráhy nástroje a je podporován CAD systémem SolidWorks. Ze zajímavých funkcí lze uvést například generování dráhy nástroje pro hrubovací operace s respektováním plynulého zatěžování nástroje. Takto vytvořené dráhy je možné využít například při vysokorychlostním obrábění. V systému jsou tyto funkce nazývané jako adaptivní dráhy. Porovnání se standardní dráhou na obr. 11 pro hrubování kapsy je patrné níže na obr. 12. Obr. 11: Standardní dráha nástroje pro hrubovací operaci 3 Systémy pro vizualizaci obrábění Většina CAM systémů ve standardních verzích neumožňuje simulovat proces obrábění přímo s modelem stroje a odladit tak možné kolize obrobku a nástroje s částmi stroje, či s různými přípravky, upínkami, atd. Pokud chce zákazník tyto vhodné funkce využívat, musí si bud to dokoupit příslušné moduly systému, nebo dokoupit další SW. V následujících podkapitolách budou zmíněny produkty, které umožňují simulovat proces obrábění na základě NC programu. 3.1 MachineWorks Obr. 12: Upravená dráha vzhledem k plynulému zatěžování nástroje (adaptivní dráha) Společnost MachineWorks, která je výrobcem stejnojmenného produktu, nabízí široké možnosti pro verifikaci výrobního procesu. Prostřednictvím jejich produktu může být simulováno: Elektroerozivní obrábění (EDM), frézování, soustružení, broušení, nebo také kombinace těchto úloh. V systému je umožněno nejen simulovat již vytvořené dráhy nástroje s úběrem materiálu, ale i dovytvářet, případně upravovat a nově generovat dráhy nástrojů pro všechny základní operace (dvou, tří, čtyř i pětiosého obrábění). K dispozici je i modul, ve kterém je možné načítat modely dílčích komponent strojů (formát STL), definovat kinematiku výrobního stroje Obr. 13: Ukázka simulace obrábění s modelem a výsledek je uložen do souboru XML. Toto pětiosého CNC stroje výrazně usnadňuje proces vytváření modelu obráběcího stroje pro uvedenou simulaci výroby. Lze také zobrazovat textury na povrchu součástí a pomocí

188 186 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 funkce z graficého jádra OpenGL je nově umožněno používat kovového vzhledu (tzv. metallic effect ) součástí při plynulé simulaci obrábění se strojem. 3.2 Vericut Tento produkt od společnosti CGTech je již velmi dobře známý. Obsahuje např. i funkce pro simulování obrábění na strojích s paralelními kinematikami. Dále je možné využívat např. funkci OptiPath, která přepočítává posuvovou rychlost podél dráhy nástroje. Standardně v CAM systémech není možné v průběhu dráhy nástroje měnit posuvovou rychlost (mimo nájezdů a výjezdů). Při simulaci obrábění v systému Vericut je uvažováno množství odebíraného materiálu v každém bloku NC programu (počítá se s předchozími dráhami nástroje). Pomocí funkce OptiPath je automaticky přepočítávána posuvová rychlost nástroje vzhledem k odebíranému množství materiálu a do NC programu je vždy v příslušném bloku generována vypočtená posuvová rychlost. Vše je názorně zaznamenáno na obr. 14, kde v horní části je naznačena standardní situace (konstantní posuv v NC programu) a v dolní části obrázku je naznačeno průběžné rozložení posuvové rychlosti podél dráhy nástroje pomocí funkce OptiPath. Lze konstatovat, že je uživateli nabídnuto jiné řešení problematiky zatěžování nástroje při obrábění, než např. pomocí již zmíněných funkcí (Truemill-SurfCAM, dynamické řízení dráhy-mastercam, či adaptivní dráhy- HSMWorks) převážně pro hrubovací operace při vysokorychlostním obrábění. Obr. 14: Rozložení posuvové rychlosti podél dráhy nástroje - funkce OptiPath 4 Shrnutí a závěr Účelem tohoto článku nebylo seznámení čtenáře se všemi novinkami z oblasti CAD/CAM systémů, ale podat náhled do současné situace. K tomuto záměru nebylo využito jen poznatků ze strojírenského veletrhu EMO 2009 v Miláně, ale i z průběžného sledování situace na trhu. Vystavovatelé se též nezaměřovali na novinky v aktuálních verzích CAD/CAM systémů, ale na ucelený produkt. Článek neobsahuje ani plný výčet výrobců těchto systémů, kterých je nepřeberné množství. Novinky se týkají především efektivního využití hardware použitého PC, tvorby komfortních uživatelských prostředí a vylepšování hrubovacích strategiích (převážně pro 2,5D vysokorychlostní obrábění). Ze situace vyplývá určitá stagnace CAM systémů, které bývaly na vrcholu v této oblasti a určovaly trend. Bylo však možné zaznamenat snižování rozdílů mezi CAM systémy, které se řadily do střední a horní řady podle výkonnosti.

189 187 Technologie obrábění Pavel Zeman Abstrakt: V třískovém obráběním jsou současnými nejvýraznějšími trendy především suché, resp. málo mazané obrábění, obrábění tvrdých a těžkoobrobitelných materiálů a obrábění vysokými rychlostmi (řeznými i posuvovými). Tyto technologie mají společný směr dalšího vývoje ve vztahu k maximalizaci odebíraného objemu za jednotkový čas, minimalizaci výrobních nákladů nebo snižování ekologických zátěží životního prostředí. Neustálý pokrok a aplikace nových přístupů a metod při řešení konkrétních technologických zadání jsou dány především vývojem v oblastech řezných nástrojů, obráběcích strojů a softwarů pro tvorbu NC programů. Tyto oblasti pak také tvoří hlavní omezující podmínky technologií třískového obrábění. 1 Úvod S ohledem na ostatní příspěvky v rámci tohoto sborníku bude tento příspěvek zaměřen především na představení řezných nástrojů, řezných podmínek pro jejich nasazení či konkrétních aplikací. Přes omezené množství vystavovatelů na výstavě EMO 2009 v Miláně, především z řad předních výrobců řezných nástrojů, můžeme spatřovat silný trend v dalším zdokonalování výše zmíněných způsobů obrábění. Jak totiž trefně charakterizoval jeden přední výrobce řezných nástrojů, právě při zhoršených podmínkách obrábění jako je obrábění vysokými rychlostmi, obrábění bez chlazení nebo obrábění tvrdých a těžkoobrobitelných materiálů se pozná opravdová kvalita toho konkrétního výrobce. Vývoj a zdokonalování řezných nástrojů jde neustále kupředu a proto na stále širší spektrum obráběných materiálů a řezných parametrů můžeme aplikovat suché nebo málo mazané (kvazisuché) obrábění, tvrdé obrábění nástrojem s definovanou geometrií břitu nebo obrábění při vysokých řezných a posuvových rychlostech. Uvedené technologie se ovšem velmi často vzájemně prolínají. Suché obrábění bývá spojeno s vysokými rychlostmi, stejně jako s tvrdým obráběním. 2 Moderní technologie obrábění 2.1 Obrábění slitin lehkých kovů, grafitu a kompozitů Vývoj v oblasti obrábění této skupiny materiálů má jednoznačně za cíl zvyšování produktivity obrábění. Volba řezných materiálů na bázi diamantu (či diamantových povlaků) zde totiž umožňuje vysokorychlostní obrábění často v kombinaci s využitím obrábění za sucha při relativně malém opotřebení břitu a velké životnosti nástroje. Diamantové nástroje s definovanou geometrií břitu, které řadíme k supertvrdých řezným materiálům, přitom nalézají uplatnění tam, kde již karbidy pracují na hraně svých možností. Výhoda nasazení diamantových nástrojů se přitom násobí především v hromadných a velkosériových výrobách, konkrétněji v automobilovém a leteckém průmyslu. Vystavovatel firma BECKER představil sice ne úplnou novinku, ale v oblasti supertvrdých řezných nástrojů poměrně unikátní věc - tvorbu utvařečů na CVD diamantových nástrojích (obr. 1). Utvařeče je možné vytvořit jak na soustružnických, tak i frézovacích nástrojích. Nespornou výhodou nástrojů je pak dosažení vhodných tvarů třísek a snižování řezných sil, což dovoluje další zvyšování řezných podmínek. Vyměnitelné břitové destičky s těmito utvařeči mohou být čtvercové, kosočtvercové, trojúhelníkové, ale i kruhové. CVD diamant je přitom označení pro silnou diamantovou vrstvu o tloušt ce 0,8 až 1,2 mm, která je připravena speciální laserovou technologií. V tomto případě nelze hovořit o diamantovém povlaku vzhledem k metodě přípravy vrstvy a její tloušt ce. Tato vrstva je tvořena jen čistým diamantem (bez pojiva či jiné vazby). V porovnání s ostatními diamantovými materiály vzrostla jak tvrdost CVD materiálu (o 60% oproti klasickém polykrystalickému diamantu), tak i houževnatost tohoto materiálu. Při vysokorychlostním frézování

190 188 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 zmiňovanými nástroji můžeme využít řezné rychlosti u hliníku až 5000 m/min, mědi až 6000 m/min, grafitu až 2500 m/min a kompozitních materiálů až 4000 m/min. Posuvy se pak pohybují od 0,03-0,15 mm/zub, u kompozitů nebo kulových nástrojů až do 0,8 mm/zub. Na příkladu porovnání výkonu nástroje z CVD a polykrystalického diamantu s karbidovou výztuhou (PCD-S) při frézování slitiny hliníku A380 (9% Si) narostla při identických podmínkách trvanlivost břitu o 540%. a b Monokrystal CVD Polykrysta - fine Polykrysta - standard Obr. 1: (a) Porovnání možných diamantových struktur řezných nástrojů; (b) diamantová fréza s utvařečem třísek na břitu. CVD diamantové nástroje jsou jako novinka představeny také u firmy MAPAL, která však tyto materiály nenabízí v kombinaci s utvařeči třísek. Konkrétní aplikaci pro ekonomické použití diamantových nástrojů představil CERATIZIT. Nástrojem na obr. 2 bylo realizováno HSC frézování skříní převodovek z hliníkové slitiny AS7. Podmínkou bylo dosažení drsnosti Ra=6 m při nízkých nákladech na výrobu. Byla použita duplexní frézovací hlava (ocel - vnější kroužek, hliník - střed nástroje) s 12 břity osazenými diamantem. Uvedený nástroj o průměru 100 mm umožnil frézovat řeznou rychlostí 4712 m/min při pracovním posuvu 25,2 m/min. Oproti stávající technologii byla dosažena úspora nákladů 30% při drsnosti povrchu Ra=4,42 m. Těchto výsledků bylo dosaženo také díky přesnému axiálnímu Obr. 2: Frézovací hlava pro vysokorychlostní obrábění hliníku nastavení jednotlivých VBD nebo nižším řezným silám oproti konvenčním nástrojům a řezným podmínkám. Podobný nástroj jako Ceratizit na vysokorychlostní obrábění hliníku představila i firma LMT. Frézovací hlava s břity z PCD umožňuje opět přesné nastavitelné axiální vyložení jednotlivých břitů (pro průměr 100 mm a 12 břitů). Otáčky, které lze u tohoto nástroje nasadit jsou až /min. Tělo nástroje je z oceli. Diamantové nástroje nebo alespoň diamantové povlaky na EMO představily samozřejmě i další firmy jako např. GUHRING, KORLOY, LMT nebo PLATIT. Nasazení supertvrdých řezných materiálů na bázi diamantu je stále více rozšířené a co uživatele zajímá nejvíce, v řadě případů i ekonomicky výhodnější v porovnání s ostatními materiály (např. karbidy se standardními povlaky). Neustále jsou navíc vylepšovány vlastnosti nástrojů a způsob přípravy těchto řezných materiálů. 2.2 Obrábění litin a kalených materiálů Trendy v oblasti obrábění těchto materiálů jsou zastoupeny jak dalším vývojem slinutých karbidů a povlaků, tak i dalších supertvrdých materiálů, jako jsou kubický nitrid boru (PCBN) a řezná keramika. Opět se s cílem větších minutových úběrů a zefektivnění výroby dostáváme do oblasti obrábění vysokými řeznými a posuvovými rychlostmi a suchého nebo kvazisuchého obrábění. U kalených materiálů (tvrdé obrábění) je takto využíváno efektu měknutí obráběného materiálu před břitem nástroje, a tedy výrazného snižování silového zatížení stroje a nástroje. Podmínkou takového obrábění je však řezný materiál nebo povlak, který

191 Technologie obrábění 189 vzniklé vysoké teploty v řezu vydrží. S obráběním těchto materiálů se setkáváme především v automobilovém průmyslu nebo při výrobě forem a zápustek. Jednu z novinek pro tvrdé obrábění představila i firma KORLOY, kdy zařadila do sortimentu PCBN rotační mikronástroje nástroje v rozsahu průměrů 0,3 až 4 mm pro ekonomické dokončování kalených materiálů. Firma MAPAL představila kruhovou soustružnickou destičku z PCBN, která je opatřena tvarovými prvky pro pohodlné indexování. To umožňuje maximální využití břitu těchto destiček (obr. 3). Součástí tohoto zajímavého řešení je také vyměnitelná podložka pod VBD se dvěma kolíky, která je vyrobena ze slinutého karbidu. Firma BECKER, výrobce již zmíněných diamantových břitů představuje i jednoho z vedoucích výrobců nástrojů z PCBN. V oblasti soustružení rozšířil v poslední době portfolio svých výrobků i o tzv. sendvičové materiály, kdy jsou funkční plochy právě z PCBN. Sendvičové destičky pro soustružení jsou připravovány v různých tvarech, které se již velmi blíží karbidovým destičkám. PCBN nástroje jsou již standardně také v nabídce dalších firem jako například GUHRING nebo SUMITOMO, která se mimo Obr. 3: Indexování destičky z PCBN. jiné vydává i cestou povlakování PCBN řezného materiálu. Obr. 4: Nástroj s tangenciálně upnutými destičkami z řezné keramiky. umožňuje suché vysokorychlostní frézování litin rychlostmi až 1400 m/min. Stejná firma pak představila ještě rozšíření řady keramických řezných materiálů o materiál s označením SN 600 (na bázi Si 3 N 4 ) - svými vlastnostmi ležící mezi SN 400 (hrubování litiny, přerušovaný řez) a SN 800 (vysokorychlostní hrubování inconelu a žáropevných slitin). Pro produktivní soustružení litiny lze nasadit také další zajímavý nástroj, a to C-Clamp od CERATIZITU. Přestože již nejde o horkou novinku, je řešení nekonvenční. Upínací prvek pro upnutí VBD na soustružnickému noži je totiž vyroben ze slinutého karbidu (obr. 5). Jelikož se u této části nástroje zvýší odolnost proti otěru od odcházejících třísek, lze dosáhnout 20 až 50 násobné zvýšení jeho životnosti. Nezanedbatelný je také přínos pro tlumení Pokrok v oblasti obrábění nástroji z řezné keramiky, které se uplatňují zejména při obrábění šedé nebo tvárné litiny, je především v dalším rozšiřování sortimentu keramických nástrojů, a to nejen soustružnických, ale i frézovacích. Můžeme proto již využít keramické břitové destičky, které jsou na nástroji upnuty tangenciálně (obr. 4). Toto upnutí již samo o sobě předurčuje potřebu výroby složitého tvaru těchto VBD. Jak ukázala firma SSANGYONG je neoxidická keramika v těchto tvarech využitelná v kombinaci s pozitivní geometrií, což slinutý karbid Obr. 5: Nástroj s upínacím prvkem ze slinutého karbidu. vibrací. Nejvýhodnější je nasazení tohoto nástroje při obrábění řeznou keramikou (především neoxidickou), případně PCBN. Současným stropem nasazení karbidových nástrojů z hlediska tvrdosti obráběných materiálů je tvrdost 70 HRC (tvrdost samotného karbidu je cca 75 HRC). Případy při obrábění kalených materiálů nad 60 HRC jsou proto velmi citlivé především na správnou geometrii nástroje, povlak nástroje a stanovení řezných podmínek. Výrobci řezných nástrojů nebo povlaků standardně garantují obrábění do tvrdosti 60 až 63 HRC. KORLOY u jedné řady svých monolitních fréz ze slinutého karbidu s označením H-MAX garantuje možnost frézování kalených ocelí až do 70 HRC, a to díky inovované geometrii břitu vedoucí ke zpevnění břitu a nově vyvinutému povlaku odolnému vůči oxidaci za vyšších teplot a difúzi. Ovšem případný ekonomický přínos frézování takto tvrdých materiálů v porovnání s jejich možným broušením bude silně závislý na typu konkrétních aplikací. Inovované nástroje ze slinutého karbidu pro tvrdé obrábění (do 60 HRC) představila firma GUHRING. Jde o nástroje s proměnným úhlem stoupání šroubovice. Toto řešení zvyšuje plynulost chodu nástroje, snižují se rázy (špičky řezných sil) při obrábění se všemi svými důsledky (vibrace, vyštipování břitu atd.) a snižuje se možnost výskytu samobuzeného kmitání při obrábění.

192 190 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Firma SMICUT představila operaci tvrdého závitování do plechů z otěruvzdorných materiálů Hardox 500 a Hardox 600 s tvrdostí 500, resp. 600 HB (obr. 6). Unikátní na této operaci je především speciální tvar karbidových nástrojů pro frézování závitů, který je vytvarován pro výrobu závitu a odhrotování závitu v jedné Obr. 6: Operace frézování a odhrotování závitu v jedné operaci. operaci. Běžné rychlosti pro závitování těžkoobrobitelných materiálu si přitom nezadají s rychlostmi jejich obrábění vrtáním nebo frézováním (titan a jeho slitiny m/min, nikl a jeho slitiny m/min). U tvrdých materiálů je však rychlost závitování výrazně nižší (oceli do 65 HRC m/min a Hardox 50 m/min). Aplikace tvrdého vrtání a závitování až do tvrdostí 70 HRC umožňuje prostřednictvím svých nástrojů také firma WEXO. 2.3 Obrábění těžkoobrobitelných materiálů Mezi těžkoobrobitelné materiály řadí výrobci nástrojů a dodavatelé technologií především korozivzdorné oceli, titan, nikl, kobalt a jejich slitiny. Tyto materiály se sice vyznačují unikátními mechanickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi, které jsou využívány v leteckém, potravinářském nebo v poslední době prudce se rozvíjejícím medicínském průmyslu, ovšem na druhé straně se při obrábění uvedených materiálů výrazně zvyšuje mechanické a tepelné zatížení břitů. Podle nastíněných oblastí použití se také velmi liší požadavky na konkrétní technologie, obráběcí stroje, řezné podmínky, nástroje a povlaky. Vývoj z hlediska nástrojů směřuje především k dalším úpravám geometrií břitu (utvařeče a modifikace upnutí u soustružnických a vrtacích nástrojů, proměnná šroubovice u monolitních frézovacích nástrojů, nerovnoměrná rozteč zubů), k novým modifikacím karbidových řezných materiálů a speciálním povlakům. Alternativu nového řezného materiálu představil KORLOY - karbid NC9025. Je vhodný pro korozivzdorné a měkké oceli, ale s využitím i pro těžkoobrobitelné materiály. Inovace materiálu spočívá ve zvýšení houževnatosti (větší odolnosti proti křehkému porušení) materiálu a v kombinaci s hladším povlakem poskytuje větší ochranu před tvorbou nárůstku a usnadňuje odchod třísky. Pro soustružení a frézování bylo vytvořeno několik dalších nových modifikací materiálů a povlaků. Obr. 7: Dvojité upnutí vyměnitelných segmentů. K dalším novinkám patří inovované utvařeče a tvary VBD na nástrojích, jak soustružnických, frézovacích, tak i vrtacích. Zajímavostí také je, že KORLOY při vývoji nástrojů používá simulační program pro predikci teplot, silového zatížení břitu a tvar utvářené třísky. Podobně jako Sandvik Coromant přichází KORLOY s tryskou pro vedení chladícího média k místu řezu vnitřkem nástroje, zde konkrétně pro vyvrtávání. Nové dvojité upnutí podložky a VBD (obr. 7) pro soustružení poskytuje zase tuhé upnutí pro těžké podmínky obrábění i v kombinaci s přerušovaným řezem. Již zmíněné závitníky firmy WEXO jsou v jedné své řadě vyráběny také z práškové rychlořezné oceli. Takto připravené řezné materiály poskytují oproti klasickým rychlořezným ocelím jak nárůst houževnatosti, tak i tvrdosti. Jak je ukázáno, lze tuto ocel použít nejen pro frézovací nástroje (ekonomická varianta například při obrábění titanových slitin v leteckém průmyslu), ale také pro závitovací nástroje. Novinky představené firmou LMT se i v oblasti obrábění těžkoobrobitelných materiálů soustředí na vývoj nových utvařečů, které optimalizují utváření třísky, rozšiřují diagramy vhodného utváření třísek a vedou ke snížení sil a teplot při obrábění. Mezi unikátní karbidové nástroje patří jistě i mikronástroje (cca do průměru 2 mm). Typickou

193 Technologie obrábění 191 aplikaci použití monolitních fréz předvedla firma FRANKEN, kdy jsou tyto frézy (povlakované i nepovlakované) nasazovány při výrobě zubních náhrad a implantátů, at již ze ZrO 2 nebo z těžkoobrobitelné slitiny kobaltu. Zajímavostí také je informace vystavovatele, že z cenového hlediska bývá pro zákazníka nevýhodné takto malé nástroje přebrušovat a přepovlakovávat, ale na konci trvanlivosti se vyplatí koupit nástroj nový. Mikronástroje jsou v sortimentu řady nástrojařských firem s nejmenšími průměry od 0,2 mm. Výjimečně lze nalézt i nástroje o menším průměru (jen 0,02 mm), které jsou používány například pro opravy tištěných spojů nebo pro tvorbu speciálních povrchů a textur ve formách. Nasazení takových nástrojů však vyžaduje zároveň použití adekvátních strojů. Několik zajímavých inovací prodělaly také vrtáky. Prvním je NPD cartridge od firmy KORLOY, kdy lze jedním nástrojem s vnější kartridží měnit průměr vrtané díry až o 5 mm (obr. 8). Toto řešení je používané pro větší nástroje o průměru 61 až 100 mm. Nástroj je mimo jiné použitelný i pro korozivzdorné oceli. Druhou zajímavostí je precizní a tuhé upínání vyměnitelných hlavic u vrtáků TPD prostřednictvím dvou šroubů ve směru osy vrtáku. 2.4 Povlaky pro řezné nástroje Obr. 8: Vrták s možností nastavení průměru. Trendy v technologiích povlakování řezných nástrojů jsou zejména ve vytváření nových a odolnějších vrstev se zlepšenými vlastnostmi. Je tedy stále rozšiřováno spektrum nabízených povlaků o zcela nové nebo modifikované povlaky. Kombinace různých vrstev nebo dokonce i různých metod povlakování (PVD a CVD) v rámci jednoho povlaku umožňuje další silnou specializaci povlaků na konkrétní technologie, čímž je dosahováno zvyšování užitných vlastností povlaků. Přední výrobce povlaků a povlakovacích zařízení PLATIT potvrdil, že vývoj v této oblasti uhání vpřed mílovými kroky. Vedle klasických povlaků na bázi TiN, TiCN, AlTiN nebo CrAlSiN lze komerčními povlakovacími zařízeními připravit až 34 různých modifikací povlaků, kdy je patrná již zmiňovaná stále výraznější specializace jednotlivých modifikací povlaků na konkrétní technologie výroby. K nejnovějším modifikacím potom patří možnost tvorby oxidických (Al,Cr) 2 O 3 nebo oxidicko-nitridových (Al,Cr)(O,N) vrstev, které vykazují výbornou odolnost proti oxidaci (zabraňuje difuzi kyslíku) a jsou proto vhodné jako jedna z vrstev na nástrojích pracujících za vysokých teplot (do 1000 C) při suchém obrábění. Novým povlakem je také druhá generace DLC (diamond like carbon) povlaku. Tento povlak je při obrábění primárně využíván pro aplikace vyžadující obrábění superslitin, niklových slitin a jeho jiné modifikace pak pro obrábění hliníkových a titanových slitin. Zajímavostí je také příprava ostří před a po povlakování. Příprava nepovlakovaných nástrojů spočívá ve vyhlazení a zaoblení ostří (obr. 9). Výsledkem je zpevnění břitu, lepší přilnavost povlaku, zlepšení jakosti obrobeného povrchu, čímž se až několikanásobně prodlužuje trvanlivost břitu. Ovšem úpravu břitu je třeba citlivě přizpůsobit obráběnému materiálu. Úpravou břitu po povlakování se vytváří zaoblení ostří (se všemi výše uvedenými výhodami), stejně jako lze předcházet vylamování břitu ve větším objemu v důsledku velkých napětí na ostří břitu. Zařízení pro úpravu břitu nástrojů (před a po povlakování) podobným způsobem jako v předchozím případě nabízí také PD2i. Takto upravovat je možné soustružnické, frézovací a vrtací nástroje, stejně jako např. závitníky nebo odvalovací frézy. Úprava břitu po povlakování je přitom nejvýznamnější především u vrtáků. Jednu z novinek představila také firma CERATIZIT. Jde o novou řadu povlaku Hypercoat pro obrábění exotických materiálů, ke kterým řadí korozivzdorné oceli, titan a jeho slitiny a niklové slitiny. Jiné informace o povlaku než jeho obchodní název se však nepodařilo získat. Dle jeho stříbrné barvy však lze předpokládat, že půjde o povlak na bázi chromu.

194 192 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 a b Obr. 9: (a) Detail ostří břitu připraveného různými způsoby - vlevo broušený; vpravo broušený a leštěný. (b) Rozdíl v opotřebení nástrojů v závislosti na úpravě břitu. 2.5 Nekonvenční způsoby chlazení řezného procesu Suché (neupravený nebo upravený vzduch - tlakový, chlazený), nebo tzv. kvazisuché obrábění (mazání místa řezu minimálním množstvím maziva) jsou technologie, které kromě vývoje vhodných nástrojů a povlaků iniciují také neustálý vývoj jednotek pro přípravu těchto řezných prostředí. Z postřehů na EMO 2009 se jeví, že vývoj v této oblasti není tak dynamický jako v ostatních zmiňovaných oblastech, nicméně některé zajímavé novinky se vyskytují i zde. Zejména pro dokončování forem je předurčen nástroj LaserMill od firmy KORLOY. Nejedná se sice o úplnou novinku, nicméně byla dále rozšířena nabídka tvarů a geometrií těchto rotačních nástrojů s předlisovanými kanálky pro vedení chladícího média nejlépe aerosolu vzduchu a oleje (obr. 11). V jednom nástroji tak lze použít 6 různých typů frézovacích VBD, včetně srážeče hran. Druhou zajímavost týkající se způsobu dodávání procesních kapalin do místa řezu ukázala firma SGS. Snaha o optimalizaci způsobu dodávání chladiva do místa řezu, zde však spíše klasické procesní kapaliny, dospěla k návrhu monolitní frézy na obr. 10. Standardní způsob dodávání média středem nástrojů prostřednictvím kanálků je zde nahrazen lineárně orientovanými drážkami pro vedení kapaliny, umístěnými po obvodu nástroje. Nakolik jde o smysluplnou inovaci či jen o marketingový tah v něčem se odlišit od ostatních výrobců však není možné určit bez nezávislého a důkladného posouzení účinků kapaliny obou zmiňovaných způsobů chlazení. Standardní rozvody pro mazání místa řezu u řezných nástrojů vnějšími tryskami (soustružení, frézování, vrtání, vyvrtávání) a interními kanálky (soustružení, frézování, vyvrtávání, vrtání a závitování) zařazuje do svých programů stále více výrobců řezných nástrojů. Výrobci Obr. 10: Nástroj s lineárními axiálními kanálky pro vedení procesní kapaliny. a dodavatelé strojů pak začínají ve větší míře nabízet jednotky pro MQL mazání spolu se svými stroji. Jak dokazuje firma HAAS, vývoj se nezastavil ani v této oblasti. HAAS nabízí speciální trysku pro vedení proudu vzduchu nasměrovanou přímo do místa řezu pro možnost suchého obrábění s efektem odstraňování třísek. Druhá paralelní tryska se směšovací komorou vzduchu a oleje na svém konci umožňuje mazání místa řezu aerosolem vzduchu a oleje. Výhodou této konfigurace jsou především minimální ztráty mazacích schopností média v důsledku krátkého vedení aerosolu a ovládání těchto způsobů chlazení M funkcí v řídícím systému. Tedy podobně jako je tomu u konvenčního chlazení.

195 Technologie obrábění 193 Samostatnou kapitolou jsou prostředky pro přípravu a dodávání chlazeného nebo mraženého vzduchu do místa řezu, jak při frézování, tak i při broušení nebo soustružení. Jde o tzv. vírové trubice. Princip funkce trubic byl sice objeven již dávno, ale možnosti průmyslového využití těchto zařízení se stále rozšiřují, a to nejen v oblasti třískového obrábění. Protože má vzduch obecně menší tepelnou kapacitu než kapalina, jsou operace s chlazeným nebo mraženým vzduchem nasazovány tam, kde chlazení kapalinou způsobuje teplotní šoky a tím i nežádoucí opotřebení nástroje. Nasazovány jsou také v případech, kdy může nastat nežádoucí reakce řezné kapaliny s obráběným materiálem (obrábění mědi). V neposlední řadě může být také aplikací chlazení řezného procesu při obrábění dřeva, které poměrně špatně odvádí teplo z místa řezu. Také z těchto důvodů má ve svém programu vírovou trubici FRANKEN. Poměrně subtilní zařízení spíše ve formě jednoduché trysky dokáže ochladit vzduch standardního tlaku 6,9 bar až na -46 C. V neposlední řadě je zde třeba zmínit také princip tzv. vysokotlakého nebo velkoobjemového chlazení, kdy je v současné době procesní kapalina do místa řezu dodávána při tlacích nejčastěji bar. Cílem těchto tlaků je lepší proniknutí kapaliny mezi styková místa nástroje a obrobku a účinnější odstraňování třísek zobrobku. 2.6 Technologie broušení Obr. 11: Nástroj s předlisovanými kanálky pro vedení procesní kapaliny. Na základě postřehů z výstavy EMO 2009 si v oblasti brousících technologií nelze nevšimnout dvou hlavních trendů. Prvním je masivní nástup dodávek brousících kotoučů (korundových, diamantových, CBN) z Číny. Druhým výrazným trendem je pak orientace na další zvyšování řezných rychlostí kotoučů a s tím spojených minutových úběrů materiálu. S možností zvyšování řezných rychlostí při broušení však musí jít ruku v ruce i vývoj strojů a brousících kotoučů. Mimo jiné je třeba řešit i nebezpečí havárie kotouče vlivem nárůstu odstředivých sil. Ve smyslu zvyšování řezných rychlostí připravila firma MACH ROTEC kotouč s tělem z uhlíkového kompozitu (obr. 12) s brusivem z CBN, který umožňuje tzv. Mach grinding. Je to broušení rychlostmi až za hranicí 200 m/s (testováno až při 350 m/s). Oproti CBN kotoučům s ocelovým tělem umožňují tyto kotouče další výrazné zvýšení řezné rychlosti. Cílem zvyšování rychlosti je jednak deklarované zvýšení jakosti povrchu obrobku a na druhé straně také zvýšení produktivity broušení. Tyto kotouče mohou být použity například pro broušení rotačních součástí z inconelu, kdy mohla být rychlost kotouče zvýšena z 80 na 180 m/s. Kotouč s podobnými parametry, tedy s tělem z uhlíkových vláken, pracující až do řezné rychlosti 250 m/s vyvinula také firma MOLEMAB. Zdůrazňují přitom, že takový kotouč je velmi lehký a vysoce odolný proti rázům.

196 194 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 a Obr. 12: Brousící kotouče s tělem z uhlíkových kompozitů: (a) Mach disc; (b) Molemab. Druhým výrazným směrem ve vývoji technologií broušení je zdokonalování broušení slitin na bázi titanu nebo niklu. Tyto slitiny totiž svojí nízkou tepelnou vodivostí vyžadují velmi citlivé nastavení řezných podmínek, často s velmi intenzivním chlazením místa řezu. V opačném případě totiž dochází k takovému nárůstu teploty povrchu, kdy je materiál tohoto typu na kotouč silně nalepován a broušení je obtížné. Nicméně i technologie broušení uvedených materiálů je již zvládnutá na dobré úrovni a lze se setkat s doporučením jak keramických, tak i CBN kotoučů - viz. BLOHM. Stejnou problematikou se zabývala také firma TYROLIT a vyvinula kotouč Strato ultra. Ten má v porovnání se starším typem kotouče větší pórovitost, ovšem při současné větší pevnosti pojiva (o 100%). Větší pórovitost umožňuje lepší absorpci chladícího média a odbroušených špon do kotouče. To resultuje ve zvýšeném účinku chlazení a kvalitě broušeného povrchu z pohledu větší přesnosti a také menšího tepelného ovlivnění. Proto se tímto kotoučem dají lépe brousit niklové a titanové slitiny (aplikace na dílech pro letecký průmysl). Tento kotouč může rovněž nahradit klasický korundový kotouč (aluminium oxid), který je "agresivní" vůči orovnávači především ve vztahu k narůstajícímu opotřebení diamantu. 3 Shrnutí a závěr b Přestože na výstavě EMO 2009 nebyly v oblasti technologie obrábění zaznamenány žádné převratné novinky, lze vysledovat určité trendy. Firmy zabývající se výrobou a dodáváním řezných nástrojů se soustředí zejména na rozšiřování portfolia výrobků pro jednotlivé aplikace (utvařeče, specializace nástrojů pro jednotlivé skupiny materiálů) a doplňování velikostních řad jednotlivých nástrojů. Výrobci nástrojů se soustředí také na zvyšování užitných vlastností nástrojů a povlaků (možnost dalšího zvyšování řezných podmínek, minutových úběrů a obrábění za zhoršených podmínek). V neposlední řadě lze pozorovat další miniaturizaci výroby a tedy i řezných nástrojů. Tyto směry posléze silně ovlivňují také trendy v celé oblasti třískového obrábění. Je proto patrná orientace technologií obrábění na zvyšování aplikačních možností suchého, tvrdého a rychlostního obrábění a obrábění těžkoobrobitelných materiálů a na využívání alternativních způsobů chlazení.

197 195 Nástroje a nástrojové soustavy Petr Borovan, Petr Kolář Abstrakt: Současné vývojové trendy jednotlivých skupin oboru řezných a upínacích nástrojů a jejich dokladování exponáty veletrhu EMO Nástroje z pohledu účelu, výkonu, životnosti, obráběných materiálů a oblastí použití. Ekonomické přínosy nových nástrojů uživatelům. Zastoupení předních výrobců na veletrhu a představení novinek jednotlivými vystavovateli. 1 Úvod Přesto, že se veletrhu EMO 2009 nezúčastnily špičkové firmy v oboru (Sandvik Coromant, Seco, Walter, Mitsubishi Carbide a další) - dle soukromých diskuzí vedených při jiných příležitostech je údajným důvodem snaha šetřit a disponibilní prostředky směrovat tam, kde přinesou větší efekt - bylo možno jak z expozic výrobců kteří se zúčastnili, tak z novinek pro rok 2009 a 2010 avizovaných těmi, kteří přítomni nebyli či z odborné literatury, vysledovat několik základních trendů. V prvé řadě je nutno konstatovat, že se neobjevila nějaká zásadní a převratná novinka. Vystavované či avizované novinky představují rozšíření stávající nabídky ve směru velikosti. Lze zde zaznamenat stálé zlepšování užitných vlastností stávajících nástrojů bu vyšší produktivitou dosahovanou novými modifikacemi, zvětšením oblasti možného použití směrem rozšíření spektra opracovávaných materiálů jedním nástrojem, či podstatně vyšší životností. Je snaha nabízet kompexní sortiment nástrojů pro opracování neortodoxních materiálů - titanu a jeho slitin, nerezové oceli, vysocelegovaných slitin, kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny a pod. Při opracování lehkých slitin (ale nejen těch) je kladen důraz na nástroje schopné nejvyššího úběru za jednotku času. Dále se oblast užití rozšiřuje do medicinských aplikací (např. opracování obecných ploch kloubních náhrad). Miniaturizace nástrojů dovoluje opracovávat takové subtilní struktury jako jsou opticky aktivní plochy dutin forem na stříkání plastů, nebo opravy tištěných spojů. Tahounem inovace po snížené poptávce automobilového průmyslu se stává letecký průmysl a kosmonautika, což má za následek tlak na ekonomické opracování dílců i v malých sériích a snahu více využívat víceprofesní centra. Výsledné slučování operací na jednom stroji je důvodem, že rozšiřuje spektrum nástrojů vynucených tímto vývojem MTC i nástrojů poháněných, které rozšiřují technologické možnosti strojů, na nichž jsou nasazeny. Snaha po zvýšení produktivity vyvolává nové materiály i polotovary nástrojů. Výše uvedené trendy lze ilustrovat na příkladech popsaných v následujících kapitolách. 2 Vybrané zajímavosti v oblasti nástrojových systémů 2.1 Polotovary ze slinutého karbidu a materiály pro vstřikovací formy Pokrok ve výrobě polotovarů z SK pro monolitní stopkové nástroje lze nejlépe ilustrovat na nabídce společnosti Gühring. V jejím berlínském provoze se vyrábí ročně cca 1000 tun polotovarů v celkem 11 jakostech, které se liší tvrdostí od 1500 do 1920 HV30, velikostí zrna od 0,2 do 1,2 m a různým zastoupením dotujících prvků. Standartní délka polotovaru obnáší 330 mm a nejmenší dodávaný průměr v této délce je 1,2 mm. O technologických možnostech svědčí fakt, že např. pro stopkové nástroje s vnitřním přívodem chladiva lze dodat polotovar o průměru 3,3 mm, opatřený dvěma průchozími otvory průměr 0,4 mm ve spirále o stoupání 30 a s roztečí 1,6 mm. Rozvoj nástrojařských ocelí lze zaznamenat v nabídce materiálů pro vstřikovací formy pro vstřikování plastů. Moderní materiály pro tyto účely se musí vyznačovat odolností proti opotřebení, dobrou obrobitelností (čas pro obrobení velké dutiny ovlivňuje dodací lhůtu formy), velmi dobrou tepelnou vodivostí která určuje cyklus formy, dobrou leštitelností, rozměrovou stálostí atd. V řadě případů jsou již dodávány tepelně zpracované na a nebo je doporučováno konečné tepelné

198 196 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 zpracování ve smluvních zařízeních výrobce, aby byly zaručeny deklarované vlastnosti. Jako alternativu k běžným ocelím a dodává švédský výrobce SSAB Oxelösund AB nízkouhlíkové oceli Toolox 33 a 44, které se vyznačují vynikající obrobitelností, vysokou houževnatostí, pevností v tahu 1080 MPa (1400 MPa), minimálním zbytkovým napětím a tepelnou vodivostí 37 W/mK (34W/mK), což je vyšší než vykazují oceli srovnatelné. Jsou tepelně zpracované na tvrdost 30 (45) HRc. Další švédská společnost Uddeholm nabízí speciálně pro formy vystavené korozivním účinkům nerezovou ocel Ramax LH, vyvinutou pro optimální obrobitelnost a vyrovnanou tvrdost ve všech směrech. Vyznačuje se vysokou korozivzdorností a velmi dobrou rozměrovou stabilitou. Specializovaný materiál SDC s obsahem 5% Cr, zaručující vyšší životnost zejména velkých forem pro tlakové lití lehkých slitin, nabízí společnost Auber&Duval. Materiál se vyznačuje odolností proti únavovým poruchám a tepelným rázům. 2.2 Řezné nástroje - řezné materiály, geometrie, seřízení axiální a radiální polohy VBD Výsledky výzkumě-vývojových úkolů z poslední doby umožňují vyrábět surogáty z vysoce jemnozrnného slinutého karbidu, které ve spojení se současnými High-Tech povlaky docilují vysoké houževnatosti a tvrdosti resp. odolnosti proti opotřebení. Vizuálně lze tento trend nejlépe znázornit na známém grafu, kde na svislé ose je otěruvzdornost a na vodorovné houževnatost. Oblast použití se stále rozšiřuje, materiály se stávají univerzálnější a dosahují vysoké životnosti i při přerušovaných řezech a nestabilních podmínkách obrábění (obr. 1). Tohoto výsledku se dosahuje snížením teplot nanášení povlaku (postupy MT-CVD či PVD), zvyšováním přilnavosti povlaku k substrátu a vytvářením vrstev zajiš ujících růst žádoucí -modifikace Al 2 O 3, která je vynikajícím tepelným izolantem a zabraňuje vysokoteplotní oxidaci. Houževnatost spolu s velkou Obr. 1: Příklad diagramu otěruvzdornost vůči houževnatosti (soustružnické materiály Pramet) Obr. 2: Příklady volby struktury a povlaků SK pro specifické aplikace (soustružnické VBD Pramet)

199 Nástroje a nástrojové soustavy 197 otěruvzdorností dovoluje nabízet výměnné břitové destičky či monolitní nástroje s vysocepozitivní geometrií řezné hrany a tím přispívat ke snižování řezných sil. Povrchové vrstvy povlaku jsou voleny tak, aby se zlepšily tribochemické vlastnosti povlaku, zabránilo se vzniku nárůstků a usnadnil se odchod třísky (obr. 2). V řadě případů má barevně odlišní svrchní vrstva povlaku za úkol indikovat míru opotřebení VBD (Walter, Pramet). Dalším aspektem, zvyšujícím výkon a životnost řezného materiálu, resp.nástroje, je jeho konečná preparace. Nejde jen o perfektní mikrogeometrii řezné hrany zahrnující detailní rozměry fásky a její geometrie, ale především o cílenou eliminaci tahových napětí, které v řezné hraně vznikají při povlakování. Kartáčováním či přesně definovaným otryskáním se docílí nejen definovaného zaoblení řezné hrany, ale do řezné hrany jsou současně vnášena i tlaková napětí, která zabraňují vzniku trhlin a tím i předčasnému vylamování hrany. Otázka preparace je však stále předmětem intenzivního výzkumu zejména na vysokých školách (TU Dortmund, TU Hannover), protože dosud nelze zcela bezpečně predikovat a zaručit výsledky pro všechny typy nástrojů. Obecný trend vývoje upínání VBD jde cestou zvyšování tuhosti a bezpečnosti upnutí. Snaha po zvyšování produktivity a kvality výroby se projevuje i v několika zdánlivě okrajových vývojvých směrech. Nutnost plně využít celou řeznou hranu kruhových VD zejména s PCBN vede k destičkám, které díky jsou opatřeny polohovacími prvky, takže po opotřebení části kruhové řezné hrany se destička pootočí o definovaný úhel a řeznou hranu lze optimálně využít (Iscar, Mapal). Možnost mikroseřízení řezné hrany se využívá pro dosažení přesných rozměrů u výstružníků a komplexních vyvrtávacích nástrojů; přesné axiální seřízení břitů řezných destiček čelních fréz pro opracování lehkých slitin se využívá pro dosažení excelentní jakosti obrobeného povrchu. Příkladem jsou kotoučové frézy Ceratizit HPC mm, kde lze VBD axiálně seřídit s přesností 5 m v rozsahu 0,1 mm. U přesných výstružníků, opatřených břity PCBN nebo PKD se pro přesné seřízení průměru používá rozpínání pracovní části zatahováním vnitřního kužele. Rozsah rozepnutí na průměru do 40 mm obnáší 0,05mm a výsledná radiální házivost je < 3 m (Mapal, výstružníky Monoream 300). Zajímavou konstrukci rozpínaného výstružníku přináší italská firma S.C.A.M.I., kde se vnitřním kuželem rozepíná celá tvrdokovový věnec s vytvořenými řeznými hranami (obr. 3). Požadavek maximálního úběru za jednotku času při maximální kvalitě obrobené plochy při opracování lehkých slitin vede k čelním frézovacím hlavám s maximálním možným počtem břitů, které je nutno axiálně seřídit ve velmi úzké toleranci, aby obrobenou plochu nepoškodil vyčnívající břit. Řešením jsou hlavy osazené tvarově komplikovanými kazetami, které v sobě integrují břit i třískový prostor. Kazety jsou axiálně seřiditelné v rozsahu několika m. Frézovací hlavy FeedJet firmy Kieninger jsou na průměru 100 mm osazeny 16 axiálně seřiditelnými kazetami s PKD. Frézovací hlavy Gühring řady PF1000 (obr. 4) pro práce v režimu HSC, především pro opracování lehkých slitin se dodávají se v průměrech do 250 mm, při němž je na obvodu umístěno 20 kazet. Jsou vybaveny vyvažovacími šrouby a patentovaným axiálním seřizováním kazet pomocí klínu. Firma Gühring nabízí rovněž pro vrtací nástroje jemné seřízení polohy VD pomocí klínu bu v provedení posuvném napříč k VBD s radiálním rozsahem seřízení 0,05 mm, nebo příložném, které má vyšší tuhost a rozsah seřízení až 0,3 mm, ale vyžaduje vyšší zástavbový prostor. Obr. 3: Rozpínatelný výstružník S.C.A.M.I. Obr. 4: Hlava Gühring PF Vyvrtávací hlavy Zájem o klasické ručně stavitelné vyvrtávací hlavy pomalu upadá s tím, jak se rozšiřují obráběcí a víceprofesní centra, která umí zhotovit libovolný průměr jinak než nástrojem, který je na požadovaný průměr pevně

200 198 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 nastaven. Tomu odpovídá i pokles nabídky. Švýcarská firma Kaiser nabízí přesně stavitelné jedno, či dvoubřité hlavy s vnitřním vyvažováním a přesností nastavení až 0,002 mm. Hlavy se dodávají jakou součást modulární soustavy, pokrývající určitý rozsah průměrů. Soustavy se skládají z upínače (HSK, ISO kužel a další), prodlužovacích členů, kompatibilních typů hlav, nástavců pro práci v hlubokých dutinách a vlastních řezných nástrojů (obr. 5). Jiní dodavatelé, jako italská D Andrea nebo německý Mapal či Komet, se soustře ují na hlavy elektronicky stavitelné, řízené vlastním řídicím modulem či napojitelné na CNC systém stroje. Tyto hlavy jsou koncipované tak, že je lze osadit do zásobníku stroje a tak představují další řízenou osu stroje. Při opracování nerotujícího obrobku jimi lze obrobit otvory s měnícím se průměrem či vnější tvarovnané rotační plochy (obr. 6, obr. 7). Pracovní průměr řezného nástroje se mění bu pohybem příčných saní, do nichž je nástroj upnut, nebo vzájemným pohybem dvou excentrických vložek, z nichž jedna nástroj nese. Změna pracovního průměru je možná i během práce, konstrukce hlavy dovoluje přívod chladiva k nástroji. V závislosti na konkrétním typu může či nemusí být pohon přestavovacího mechanizmu integrální součástí hlavy; udávaná směrná přesnost obrobeného otvoru je H7. Obr. 5: Soustava Kaiser CKB/CKS 7 pro průměry mm Obr. 6: Řízená hlava TA-Center D Andrea Obr. 7: Řízená nástrojová hlava MAPAL Tooltronic

201 Nástroje a nástrojové soustavy Poháněné nástroje Nabídka poháněných nástrojů je poměrně rozsáhlá, protože každý z nich levně a podstatným způsobem rozšiřuje pracovní možnosti stroje. Na požadavek obrábění miniaturních součástí, které vyžadují vysoké otáčky vřetena stroje, odpovídá nabídka zrychlovacích hlav. Jejich představitelem je nabídka řady hlav SlimLine a Turboflex italské společnosti Alberti (obr. 8), které dosahují otáček až ot./min, jsou v přímém či úhlovém provedení, mohou být umístěny v zásobníku nástrojů a nasazovány v rámci automatické výměny. Pohon je bu stlačeným vzduchem, nebo prostřednictvím vřetena stroje udávaná radiální házivost je pod 0,002 mm. Rozsáhlé modulární systémy poháněných nástrojů nabízejí německé firmy Mimatic a Benz Werkzeugsysteme. V nabídce firmy Mimatic pro soustružnická obráběcí centra předních výrobců jsou poháněné nástavce přímé, úhlové a s přesazenou osou s jedním nebo více vřeteny. Do vřetena nástavce lze rychloupínacím systémem Mimatic mi upnout vložku pro upnutí vrtáku, stopkové či čelní frézy pomocí kleštiny, kužele, hydraulicky rozpínatelného pouzdra apod.; deklarovaná házivost je menší než 3 m. Obr. 8: Úhlová zrychlovací hlava Alberti Obr. 9: Sestava úhlové hlavy Benz Poháněné nástavce pro obráběcí centra jsou vybaveny upínáním CAT/ISO, BT nebo HSK, vyráběny jsou opět jako přímé, úhlové, jedno-či vícevřetenové či s přesazenými osami a je možno použít vnitřní chlazení tlakem 60 až 80 bar. Firma Benz Werkzeugsysteme nabízí pro frézovací centra rozsáhlý soubor poháněných nástavců, které se v zásadě skládají ze tří skupin: vlastní náhon nástavce pomocí HSK, jednotka přenosu krouticího momentu a konečně vlastní úhlová hlava (obr. 9). Úhlová hlava může být v provedením přímém, pravoúhlá, s obecným úhlem či měnitelným úhlem; jedno či oboustranná, vybavená jedním či vícevřeteny, nebo provedena jako zrychlovací. Dle přání zákazníka mohou mít hlavy různě velké vyložení resp. konstrukci přizpůsobenou práci v omezených prostorech. Vlastní upnutí nástroje do hlavy se děje pomocí adaptéru, který je na straně hlavy opatřen metrickým kuželem a na straně nástroje kleštinovým upínačem, čepem pro upnutí frézy či HSK rozhraním. Konstrukčně jsou poháněné nástavce Benz přizpůsobeny pro automatickou výměnu a dle přání s vnitřním nebo vnějším přívodem chladicí kapaliny. V nabídce poháněných nástrojů firmy Benz je i nástavec na obrážení drážek o šířce až 10 mm s deklarovanou symetrií +/-0,02 mm v kvalitě IT8. Zdvih nože obnáší 30 mm, při zpětném pohybu je nůž odlehčen. Zvláštní skupinu poháněných nástrojů tvoří nástroje pro manipulaci s obrobky, nabízené oběma zmiňovanými výrobci. Firma Mazak prezentovala na svých vertikálních frézovacích centrech úhlové nástrojové hlavy. Hlavy se vyrábějí ve dvou velikostních provedeních (obr. 10). V obou případech mají opěrné zpevňovací body (malá má jeden, velká tři), které zvětšují ohybovou Obr. 10: Úhlové nástrojové hlavy Mazak tuhost celé soustavy přímým připojením na vřeteník stroje. Hlavy se mohou vysunout ve vertikálním směru a následně mohou být polohovány hlavním

202 200 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 vřetenem stroje po devadesáti stupních. Tímto způsobem je možno rozšířit technologické možnosti stroje s vertikálním vřetenem pro obrábění bočních ploch obrobků ze čtyř stran. 2.5 Měření Stoupající nároky a požadavky na řezné nástroje si vynucují jejich přesné provedení a tudíž i specifické postupy. Stojí za to některé, které byly na EMO Milán prezentované zde blíže popsat. Firma Walter Maschinenbau ve své řadě nástrojových brusek Helitronic používá mimo systémy běžné u klasických obráběcích strojů automatické měřicí senzory, nebo automatický měřicí skener pro vyhodnocení polohy broušného nástroje. Získané hodnoty tvoří vstup pro systém IMS - Internal Measurement System, který měří nejdůležitější parametry broušení (dva vnější průměry a průměr jádra, úhel stoupání a rozteč šroubovice) a automaticky je v průběhu procesu kompenzuje, je-li třeba. Frekvence měření je volitelná, všechny měřené parametry se zobrazují na dotykové obrazovce. Zcela specifické jsou způsoby měření povlaků a výměnných řezných destiček. Kontrolní systém firmy Platit zahrnuje mikroskopickou analýzu zkušebních destiček a povlakovaných nástrojů, kalotesty na kontrolních destičkách i reálných nástrojích, které dají informace o tlouštce povlaku a jeho vrstev vyhodnocení přilnavosti povlaku vrypem na testeru Rockwell, vyhodnocení kvality povrchu povlaku. Pro kontrolu mikrogeometrie řezné hrany a její drsnosti a rádiusu špičky nástroje se užívají optické 3D měřicí přístroje MikroCAD Light německé firmy GFM Messtechnik. Ty porovnávají emitovaný světelný paprsek s paprskem odraženým a rozdíl vyhodnocuje měřicí CCD čip. Jmenované přístroje jsou určeny pro práci v měrovém středisku a jsou vhodné pro kontrolu již vyrobené dávky resp. seřízení parametrů výrobních zařízení. Novinkou je automatický optický 3D měřicí přístroj EdgeMaster rakouské firmy Alicona, který je navržen pro práci přímo ve výrobní lince (obr. 11). Pracuje na principu změny ohniskové vzdálenosti optické soustavy, při každém měření se vyhodnocuje více než 1 milion 3D měřicích bodů. Nepotřebuje žádnou předchozí přípravu měřené destičky s vyjímkou jejího vložení do pracovního držáku. Nejmenší měřený rádius je 1 m, vertikální rozlišení 10 nm, vodorovné rozlišení 0,4 m, měřená kvalita povrchu Ra > 15 nm; měří úhly v různých rovinách, drsnost řezné hrany a může proměřit tvar utvařeče třísky. Není citliví na pracovní prostředí, nepotřebuje speciální stínění cizího světla. Měřicí cyklus trvá sekund a výstupem může být grafika na obrazovce, tištěný protokol nebo dvojkový signál, který lze využit řídicím systémem výrobní linky. 2.6 Upínání nástrojů Od systému upínání nástrojů se požaduje vysoká tuhost, minimální Obr. 11: EdgeMaster fy Alicona házivost a to nejen v jedné vzdálenosti od příruby, rychlost upnutí, bezpečnost a v neposlední řadě i možnost pracovat s nástrojem při dostatečném vyložení v dutině obrobku tak, aby nedošlo ke kolizi s konturami dutiny. Rychlost a bezpečnost upnutí lze ilustrovat na upínacím systému, vyvinutém ve spolupráci společností Mapal a Röhm a určeném pro bezpečné upnutí při vysokých otáčkách. Systém se stává ze samosvorného uzlu SuperLock, kde je eliminován jinak nutný svazek talířových pružin a nahrazen samosvornými elementy obsluhovanými tahovou tyčí systému Clamp by Wire, jehož jádrem je lineární motor. Výsledkem je bezpečný upínací systém, který zaručuje upnutí během 50 sec a umožňuje regulaci upínací síly a detekci nečistot na upínacích plochách. Firma Haimer se prezentovala upínacím systémem SafeLock, který zabraňuje vytažení stopky nástroje z pouzdra axiální složkou řezné síly. V tomto případě tvoří bezpečnostní elementy kuličky, zapadající do šroubové drážky ve stopce nástroje (obr. 12). Příkladem upínače určeného pro stopkové nástroje, pracující v hloubce dutiny obrobku, kde je tepelně smrštitelné pouzdro, jsou uvedené na trh firmou Haimer (obr. 13). Firma Schunk pro podobné aplikace prezentovala jako novinku prodlužovací nástavec Tendo (obr. 14). Nástavec je zatím dostupný pro průměry 12 a 20 mm. Firmy také věnují velkou pozornost pevnému a spolehlivému upnutí hrubovacích nástrojů s velkou upínací silou. V tomto směru prezentovala firma Haimer zesílené tepelně-smrštitelné držáky (obr. 15), které mají tvarové odlehčení v dutině, aby nedošlo k poškození držáku kvůli pnutí v materiálu v důsledku velkého

203 Nástroje a nástrojové soustavy 201 teplotního gradientu. Firma Mapal vystavovala modifikovaný hydraulický držák s větší upínací silou. Na obr. 16 jsou na horním grafu porovnány přenositelné krouticí momenty, na dolním grafu statická tuhost v ohybu. Firma SwissTool předvedla vlastní způsob upínání pro silově náročné aplikace na principu přesné kleštiny (obr. 17). Obr. 12: Upínaní nástrojů systémem SafeLock (Haimer) Obr. 13: Prodloužený nástrojový držák Haimer Obr. 14: Prodlužovací nástravce Tendo (Schunk) Obr. 15: Zesílené tepelné držáky od firmy Haimer Obr. 16: Nástrojový držák firmy Mapal se zesíleným upnutím Obr. 17: Nástrojový držák firmy SwissTool pro velké upínací síly Pro přesnou práci soustružnickým nástrojem je klíčové ustavení polohy jeho špičky. V souvislosti s nárůstem výrobních aplikací, které jsou prováděny multifunkčními centry, vzrostl také požadavek na přesnost upnutí nerotačních nástrojů do frézovacích vřeten. Toto upnutí musí zajistit úhlově definovanou polohu nástroje, protože poloha špičky nástroje je na ní závislá. Racionalizace správy nástrojů pro multifunkční centra

204 202 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 (především na bázi soustruhů) si vynucuje sjednocení nástrojového rozhraní pro nástroje upínané ze zásobníku do frézovacího vřetena a pro nástroje upínané do spodní revolverové hlavy. Sjednocení rozhraní zrychluje a zjednodušuje osazení stroje nástroji při přípravě nové technologie. Z tohoto důvodu se začalo ve frézovacích vřetenech rozšiřovat rozhraní Capto, které bylo tradičně určeno především pro upnutí nerotačních nástrojů. Dosednutí na dvě plochy (čelní a kuželovou) zaručuje tuhé spojení, trojboký profil umožňuje přenášet i velké krouticí momenty. Na EMO Miláno byla vidět nová konkurence tomuto rozhraní - rozhraní HSK-T. To se od běžného rozhraní HSK-A odlišuje větší šířkou unášecích kamenů ve vřeteni a menší šířkou unášecí drážky v nástroji (obr. 18). Protože mezi drážkou a kamenem zůstává minimální vůle, je rozhraní vhodné i pro upínání soustružnických nástrojů, které vyžadují zajištění nástroje proti pootočení. Rozhraní HSK-T je plně kompatibilní s běžným rozhraním HSK-A - do vřetena HSK-T lze upnout nástroj HSK-A a obráceně. Nové rozhraní je výrazně podporováno širokou skupinou především německých výrobců strojů a nástrojových systémů sdružených v tzv. "Arbeitskreis HSK-T". Z výrobců strojů a jejich komponent lze uvést např. firmy DMG (soustružnické stroje), Sauter (revolverové hlavy), Ott-Jakob Spanntechnik (obr. 19), Röhm, Haimer (stacionární i rotační rozhraní a systémy pro upínání nástrojů). Výrobci nástrojových držáků z uvedeného sdružení již na EMO nabízeli jako katalogové výrobky s držáky velikostí 63 a 100 s tím, že další velikosti budou uvedeny v příštím roce. Velikosti 40 a 50 nabízí již nyní např. firmy Mapal a Swiss Tool System. Tato masivní podpora standardu HSK-T by mohla pomoci jeho prosazení, protože pro soustružnické nástroje bylo již na EMO vidět množství řešení různých adaptérů (přímých, úhlových, zdvojených apod.) do revolverových hlav a nabídka držáků frézovacích nástrojů ve standardu HSK-A je již nyní velmi široká. Bude zajímavé sledovat, jak se tento trend sjednocování nástrojových rozhraní bude vyvíjet dále a zda se výrobci strojů přikloní k rozhraní HSK a kam dále se posune používání rozhraní Capto. Obr. 18: Porovnání tolerancí na unášecích kamenech rozhraní HSK-A a HSK-T Obr. 19: Upínací jednotky CCS s rozhraním HSK-T pro stacionární i rotační nástroje (Ott-Jakob Spanntechnik) 3 Shrnutí a závěr Přesto, že na veletrhu EMO 2009 se v oblasti nástrojů neobjevily zásadní a převratné novinky, je nutno konstatovat, že v každé skupině nástrojů lze vidět soustavné zlepšování. Prezentace se děje především pomocí deklarování přínosu pro zákazníka - vyšší životnost, vyšší produktivita, vyšší univerzalita a úspora výrobních nákladů. HPC (vysoce produktivní obrábění) jak se zdá, nahrazuje již běžný HSC, nebo cílem je minimalizace nákladů respektive optimální úběr materiálu za minutu a toho lze docílit i jinak, než vysokou řeznou rychlostí. Pokud nástroj umožní vysokou řeznou rychlost, pak je užita jen v případech, kdy se tím šetří náklady. Sestavy nástrojů jsou představovány jako cesta ke snížení skladových nákladů. Drahé řezné povlaky se prosadí jen tehdy, když je jejich cena více než eliminována životností a tedy snížením nákladů za nástroje na obrobek. Bohužel řada špičkových firem rovněž dospěla k závěru, že je pro ně finančně efektivnější veletrh v Moskvě, Sao Paulu, Šanghaji či Bangalore, protože tam trh ještě není rozdělen, a proto jsme je v Miláně neviděli. Uvidíme, jaké trendy v tomto směru přinese EMO Hannover 2011.

205 203 Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření David Burian, Pavel Bach, Otakar Horejš, Petr Chvojka, Jiří Vyroubal Abstrakt: Článek popisuje novinky v oboru meření na obráběcích strojích. Jedná se zejména o měření deformací, jak statických tak i dynamických, Způsobených termálními vlivy, mechanickým zatížením stroje a pod. Dále jsou zde uvedeny senzory pro měření polohy a vibrací. Zvláštní kapitla je věnována měření přesnosti a ustavování obráběcích strojů. 1 Úvod Měřičským firmám byl na veletrhu vyhrazen pavilon č. 9. Snad i pro nezájem těchto výrobců senzorů, přístrojové techniky a diagnostiky o účast na veletrhu byly zařazeny v pavilonu společně s CAD-CAM firmami a i tak působil pavilon poloprázdně. Letošní ročník byl jednoznačně ve znamení útlumu expozic. Tento fakt byl obecně pozorovatelný u velkých firem produkujících stroje i nástroje a to to spíše u firem zabývajících se výrobou komponent. Následující kapitoly popisují zajímavosti se kterými se bylo možno na veletrhu setkat a to nejen v expozici pavilonu č Měření statických, dynamických a tepelných deformací a teplot 2.1 Aicon Fima Aikon představila na veletrhu svůj přístroj na měření deformací způsobených statickým i dynamickým (crash testy, rázové zkoušky) zatížením, teplotními vlivy (sváření, nerovnoměrné tuhnutí výkovků a pod.) na principu setu až čtyř digitálních kamer s CCD čipy, (obr. 1 vlevo). Set je dodáván ve dvou variantách a to: s důrazem na rozlišení snímků s důrazem na rychlost snímání snímků Široké využití vidí výrobci hlavně v automobilovém průmyslu. Nejde v podstatě o zařízení využitelné v produkční výrobě, ale např. ve fázi zkoušek prototypu, rozbíhání linek a pod. (častou aplikací je např. sledování změn lícování karoserie po bodovém sváření). Také využití v experimentech s deformacemi nosných prvků obráběcích strojů při teplotních šocích či statickém zatížení je jednou z možností aplikace setu. Firma prodává přístroj i s vyhodnocovacím SW, který vizualizuje průběh deformací v čase (obr. 1 vpravo). Kamery sledují a sw vyhodnocuje pohyb specifických bodů (hran, otvorů a pod.) na zkoumaném objektu a nebo se na ní nalepí speciální adhezní terčíky. SW umožňuje nastavení mezních hodnot vibrací v jednotlivých místech a po jejich překročení jsou pak tyto barevně odlišeny. Pro kařdý bod lze získat tři grafy znázorňující jeho prostorové deformace. Obr. 1: Laserové hlavy (vlevo) a citlivé dopadové plochy (vpravo).

206 204 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 V tab. 1 jsou uvedeny technické parametry obou provedení CCD kamer. Tab. 1: CCD kamery firmy Aicon vlastnosti MoveInspect HF MoveInspect HR vyobrazení typ snímání vysokou frekvencí snímání s vysokým rozlišením rozlišení CCD čipu 1,3 Mpx 2; 5 Mpx rychlost snímání do 490 Hz do 5 Hz přesnost ±0,1mm pro kvádr 1x1x0,5 m ±0,05 mm pro kvádr 1x1x0,5 m rozměry 1000x100x100 mm 1000x100x100 mm hmotnost 7 kg 8,5 kg 2.2 GOM Firma GOM vyvinula novou řadu přesných 3D digitizérů ATOS III (obr. 2). Přístroj umožňuje rychlou digitalizaci tvaru složitých součástek (formy, lopatková kola turbínek, prototypy a pod.), namísto pracného scanování na 3D souřadnicovém stroji. Zpracovávající SW je schopen převést součást do CAD dat, namešováním jeho povrchu polygonální sítí. Dále je schopen porovnat přesnost výroby součástí s dokumentací a vyznačí místa s největšími odchylkami. Přístroj se skládá ze dvou kamer, které současně snímají měřený objekt a oba pohledy se SW zpracovávají a vytváří se souřadnocově nezávislý 3D Obr. 2: S3D digitizér ATOS III firmy GOM obraz objektu ze 4 milionů bodů nasnímanaých během 2 s. Poté co je objekt z jednoho pohledu nasnímán se bud kamerou nebo objektem pohne tak, aby byly v záběru dosud nezobrazovaná místa objektu. SW automaticky transformuje souřadnice a doplní digitalizovaná model součásti. Velikost součásti je omezena rozměry 150 x 2000 x 2000 mm Dále firma vyrábí i přístroje ARAMIS pro 3D deformační měření, obdobu výše uvedeného přístroje MoveInspect od Aiconu ve vícero provedeních. Opět s velkým rozlišením a menší snímací frekvencí a naopak. Dosahují však při rozlišení 1280 x 1024 bodů (tedy 1,3 Mpx) rychlosti snímání až do 8 khz (Aramis HS) (tab. 2).

207 Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření 205 Tab. 2: CCD kamery GOM vlastnosti Aramis 4M Aramis 5M Aramis HS vyobrazení typ snímání vysokým rozlišením snímání vysokým rozlišením snímání vysokou frekvencí rozlišení CCD čipu 4Mpx 5Mpx 1,3Mpx rychlost snímání od60hz do 480Hz od15hz do 30Hz 500Hz až 8kHz přesnost 0,01% 0,01% 0,01% rozměry 510x230x200mm 510x230x200mm 510x230x200mm hmotnost 3kg 3kg 3kg 2.3 AMO Firma AMO představila na veletrhu novinku pro měření polohy. Snímač pracuje na principu magnetické indukce (princip iduktosynu). Skládá se ze dvou částí, měřící hlavy a ocelového měřítka (obr. 3 vpravo dole). Ve snímací hlavě je foto-litografickou technikou napařena soustava cívek s přesnou roztečí (obr. 3 vlevo). Ocelové měřítko s obdelníkovými otvory s pravidelnou roztečí svým pohybem podél měřící hlavy indukuje napětí v cívkách (střídavě sin. a cos.). Vznikají tak dva signály sin. a cos. (2x sin posunutý o 90 ). Z těchto signálů lze vytvořit při vhodném zobrazení kružnici, jejíž přesnost deklaruje výrobce 0,1%. Takovýto signál jde dále interpolovat a dosáhnout tak finální předsnosti ±5 m/m a rozlišení až 0,125 m. Rychlost pohybu je omezena do 10 m/s při přesnosti±5 m/m a do 30 m/s při přesnosti ±10 m/m u lineárních měřítek. Ocelové měřítko lze ale také upevnit např. na válcové plochy (obr. 3 vpravo nahoře) a vytvořit tak snímač natočení (360 nebo jen segmenty). Zde se přesnost úhlového natočení odvíjí od průměru válcové plochy (např. ±3 při průměru 652 mm). Výhodou snímače je jeho odolnost vůči prašnému a vlhkému prostředí (krytí IP67). Obr. 3: Schéma měření tepelné deformace. Tyto měřítka zřejmě vzhledm k přesnosti a stálosti (ocelové měřítko) nebudou konkurovat inkrementálním optickým měřítkům (např. Heidenhain), ale jsou jistě nízkonákladovou variantou pro méně náročné aplikace. U nás lze také zakoupit podobné senzory od konkurenční firmy RLS vyrábějící lineární magneické enkodery, v ČR jsou distribuovány firmou Renishaw.

208 206 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano SINTESI Obr. 4: Schéma měření tepelné deformace. Firma Sintesi představila na veletrhu novinku pro měření deformací strojních struktur vlivem tepla. Základním stavebním kamenem je i v tomto případě měření vzdálenosti laserem. Systém je tvořen laserovým emitorem na jedné straně a optickým odražečem na straně druhé. Tato dvojice tvoří jeden měřící vektor a je schopna samostatně fungovat a sledovat průběh deformace konstrukce mezi oběma prvky v reálném čase. Vektory je možné libovolně napojovat do série a také tvořit celou měřící sít ve 2D i 3D prostoru. Napojování vektorů je realizováno v uzlech. Uzel může tvořit teoreticky libovolný počet vektorů. Navázání jednoho vektoru na druhý do série pro měření v jedné přímce je řešeno pouhým umístěním laserového emitoru druhého vektoru těsně za optický odražeč prvního vektoru. Speciální výpočetní software pak dle zadané sítě vypočítává v reálném čase deformaci v žádaném místě. Nevýhodou tohoto kompletu je maximální dosah paprsku 2 metry. Pro sledování větších celků narůstá počet instalovaných vektorů. I přes tento fakt výrobce prozatím neuvažuje o zvětšení dosahu. Podrobnější informace o prezentovaném systému výrobce neuvádí ani na svých webových stránkách. Na veletrhu byl systém předveden v živém stavu, kdy byla sledována deformace testovací pinoly zatěžované z jedné strany instalovanými tepelnými zdroji. Průběh deformace ve směru Y a Z Obr. 5: Laserové hlavy (vlevo) a citlivé dopadové plochy (vpravo). byl během veletrhu pro ověření sledován i standardním laserem firmy API. Vzájemný rozdíl obou systémů se pohyboval mezi 10 a 20-ti mikrometry v obou osách. Udávaná přesnost systému Lasde činí ± (0,000005xL) [mm]. L je délka měřícího paprsku. Tab. 3: laserové snímače firmy Sintesi snímač vlastnosti obr. LASDE laserový systém pro měření deformací (statických) max. měřící vzdálenost: 2 m měřící rozsah: ±5 mm rozlišení: 0,5 m max. rychlost měřeného předmětu: 4 mm/s přesnost: ±(0,005xL) m rozměry: 80x50x40 mm hmotnost 100 g komunikace RS 485, RS232, TTL ENLAS laserový systém pro měření rychlosti (dynamických) enkoder max. měřící vzdálenost: 1,5 m rozlišení: 0,6 m max. rychlost měřeného předmětu: 100 mm/s přesnost: ±(0,005xL) m rozměry: 80x50x40 mm hmotnost 100 g komunikace RS 485, RS232, TTL

209 Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření Měření hlučnosti a vibrací Na výstavách EMO je tato problematika tradičně velmi málo zastoupená. Lze ji vystopovat v některých aplikacích inovačně vedoucích firem jako je Mazak, Okuma, Mori Seiki a pod. Primární výrobci přístrojů a senzoriky pro měření vibrací a hluku nebývají zastoupeni téměř nikdy. Vyskytují se zde firmy aplikující tyto přístroje pro inprocesní měření, vyvažování, adaptivní řízení a mechatroniku. Sem patří především firmy Marposs, Artis, IFM, Prometec, MPM, OMATIVE systems, Brankamp atd. Z těchto firem se výstavy EMO 2009 účastnily pouze první dvě jmenované (které jsou již delší dobu finančně porpojeny). Jejich expozice nepřinesla nic nového. Firma Marposs vydávala leták se seznamem aplikací jejich výrobků na strojích vystavovaných na EMO. Šlo však o systémy známé již z předešlých výstav. Firma Okuma vystavovala systém automatizovaného vyvažování obrobků typu kotouč na svých soustruzích. Vibrace byly měřeny akcelerometrem na vřeteníku a integrovaný vyvažovací SW spočetl množství a lokaci odebraného materiálu pro dovyvážení kotouče. Více viz kap. Inteligentní a mechatronické systémy. 3.1 SINTESI Již zmíněná firma Sintesi prezentovala dva akcelerometry na princimu MEMS (kapacitní). Svojí přesností se sice nevyrovnají piezoelektrickým akcelerometrům používaným v diagnostice, ale jako nízkonákladová varianta jsou více než zdařeným pokusem. Zejména model Triax s interním zpracováním dat je velice kompaktní. Výhodou je, že mohou sloužit nejen jako senzory pro monitoring, ale jsou uzpůsobeny i komunikaci přes ethernet a mohou tak fungovat jako vstupy do zpětné vazby řízení pohonu a eliminovat tak vibrace stroje, které jsou přenášeny a zesilovány právě pohony stroje. (více tab. 4). Tab. 4: Akcelerometry firmy Sintesi snímač vlastnosti obr. DAS kapacitní tříosý akcelerometr lineární + tříosý akcelerometr natočení TRIAX kapacitní tříosý akcelerometr + procesor a logger collision check frekvenční rozsah: do 100 Hz amplitudový rozsah ±6 g práh šumu: 0,3g, 0,065 ad/s příčná citlivost: ±0,1% rozměry: 80x80x20 mm, hmotnost 400 g komunikace: ethernet datový tok: max. 3 khz frekvenční rozsah: do 100; 500 Hz, 2; 3; 5 khz, amplitudový rozsah ±2; 6; 18; 70 g práh šumu: 0,002 g přesnost: ±0,005 (pro 2 g) až 1 g (pro 70 g) rozměry: 30x30x25 mm; 56x56x32 mm hmotnost 400 g komunikace: RS 485, ethernet datový tok: max. 5; 12 khz digitální vstup i výstup (alarmy) FFT, peak, pamět 4 Měření přesnosti obráběcích strojů Z pohledu měření a analýzy přesnosti obráběcích strojů nebyla výstava EMO 2009 příliš přínosná. Oproti předchozím ročníkům konaným v Hannoveru, bylo možné zřetelně zazamenat nezájem vystavovatelů. Tradiční producenti přesných měřidel a přípravků pro analýzu přesnosti obráběcích strojů nebyli přítomni. At už jde o výrobce přesných elektronických libel, firmu Wyler, nebo výrobce přesných interferometrů, trackerů a přenosných CMM, firmu API. Podobný stav panoval také mezi výrobci snímačů a komunálních měřidel. Lze se domnívat, že tento stav je způsoben jednak všudepřítomnou krizí a jednak obecně menším zájmem návštěvníků i vystavovatelů o veletrhy mimo průmyslově zaměřené Německo. Na veletrhu byly zaznamenány pouze tři firmy, které si zaslouží pozornost v oblasti měření přesnosti obráběcích strojů. Prvním vystavovatelem je americká firma Hamar se svým systémem pro ustavování strojů Hamar Laser, který byl představen již na EMO Druhým zajímavým vystavovatelem je firma Etalon AG, která představila poměrně převratnou novinku mezi interferometrickými měřidly - Laser Tracer. Od firmy Renishaw měl světovou premiéru vylepšený systém pro měření kruhové interpolace - QC20-W.

210 208 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano Hamar Laser pro ustavení strojů a měření jejich geometrických vlastností Obr. 6: Triple Scan laserová hlava. Jeden ze dvou zajímavých přístrojů představuje měřící souprava Hamar Laser od stejnojmené firmy Hamar Laser. Tento systém je velmi univerzální. Dovoluje měřit mnoho geometrických parametrů stejně tak, jako je možné pomocí tohoto systému ustavovat stroje. Není náhodou, že tento systém bude uveden jako etalon v připravované revizi normy ISO Princip využití laseru spočívá v patentovaném systému emise laserového paprsku pomocí neustále rotujícího optického hranolu. Tím je zaručen pohyb paprsku v ustavené rovině a zároveň okrývá celou tuto rovinu až do vzdálenosti maximálního dosahu paprsku. Ten po opuštění zdrojové hlavy dopadá na cílovou plochu, tvořenou citlivou vrstvou s vysokým rozlišením (zvanou target ). Paprsek se tedy nevrací zpět do vyzařovací hlavy. Vzhledem k neustálé rotaci paprsků a vyhodnocování odchylky dopadajícího paprsku na target v reálném čase, je tento nástroj velmi vhodný pro ustavování strojů. Každá změna nastavení geometrie stroje je ihned zaznamenána a vyhodnocena. Velkou výhodou tohoto měřidla je jeho modulárnost. V základní verzi je sestava nabízena s jedním rotujícím paprskem a třemi targety. Touto sestavou je možné měřit například rovinnost sledované plochy. Na opačném konci žebříčku vybavenosti je Triple Scan laserová hlava. Tato hlava je unikátní v tom, že je osazena třemi rotujícími paprsky. Generovaný paprsek je pomocí speciálního pentaprismatického optického hranolu rozdělen a vyzařuje ve třech rovinách, které svírají vzájemný úhel přesně 90. Tento efekt tvoří základní kámen vysoké hodnoty celého systému. Díky tomu je možné analyzovat kolmost mezi sledovanými rovinami na stroji na jedno upnutí laserové hlavy. Dosah paprsku pro relevantní měření je 30,5 m. Laserovou hlavu je možné umístit nejen přímo na stroj, ale také mimo konstrukci na stavitelnou trojnožku. Targety jsou vybaveny bezdrátovým přenosem dat, odpadá tedy nepříjemný jev množství kabelů, zejména při pohybu částí stroje. Data mohou být stažena do přenosného PDA nebo do měřícího softwaru v počítači. PDA dovoluje zobrazit naráz hodnoty z až 4 targetů. Reciever pro počítač je pak schopen stáhnout naráz údaje z 99 targetů a předat je ke zpracování. Drobnou nevýhodou přenosu dat se ve světle dnešní konkurence jeví využití rádiového přenosu, i když je možné si Obr. 7: Hamar Laser. Laserová hlava na stojánku (vlevo) a Target (vpravo). vybrat mezi frekvencí 900 MHz a 2,4 GHz. Vzhledem k jednotnému mezinárodně definovaném standardu dnes výrobci měřidel přechází více k využití přenosu signálu přes Bluetooth. Velmi výhodným efektem celého měřícího postupu je poměrně výrazná úspora času pro analýzu geometrie stroje. Výrobce uvádí čas 90 minut pro kompletní analýzu geometrie 3-osého stroje.

211 Měření vlastností obráběcích strojů, metody a přístroje pro měření LaserTracer - řádový posun v měření přesnosti obráběcích strojů Německá firma Etalon AG představila velmi zajímavou novinku. Tou je LaserTRACER (neplést s laser tracker) pro kalibraci strojů i CMM. Lze provádět testy polohování a měření geometrických veličin stroje. Vše v současné době pro lineární i rotační osy. V principu jde o laserový interferometr, který dokáže automaticky sledovat zacílený odražeč paprsku i při jeho obecném pohybu v prostoru. Základním principem přístroje je unikátní konstrukce natáčecí hlavy, ze které vychází laserový paprsek. Hlava se otáčí v patentovaném mechanismu, jehož základ tvoří velmi přesná referenční koule s odchylkou od ideální koule menší než 50 nm. Paprsek po opuštění hlavy dopadá na odražeč, tvořený dvěma Obr. 8: Řez natáčení hlavou. kulovými povrchy. Tím je dosaženo velmi velkého zorného úhlů. Po odrazu dopadá paprsek zpět do natáčecí hlavy, kde je rozdělen na dvě části. Každá část dopadá do vlastního kamerového systému, kde je paprsek zpracován. Díky tomuto systému spolu s vysokou tepelnou stabilitou je dosaženo přibližně o řád vyšší přesnosti určení polohy, než je tomu u stávajících laser trackerů. Pro ilustraci je zde uvedena nejistota změřeného výsledku: U 95 = 02 m + 03 m/m Díky takto vysoké přesnosti se jedná o pravděpodobně nejpřesnější přístroj současnosti pro komplexní kalibraci strojů a CMM. Technické podrobnosti o pohonech hlavy, zpracování paprsku a konstrukci obražece jsou přísně chráněny. Takto vysoce přesných výsledků je dosaženo mimo jiné sofistikovaným řešením pro tepelnou stabilizaci celé rotační hlavy. Narozdíl od laser trackerů, kde je zdroj laserového paprsku umístěn přímo v hlavě, je zde použito řešení s externím zdrojem. Paprsek je generován mimo vlastní hlavu, do které je poté přiveden optickým vláknem. Nedochází tak k tepelné deformaci vlastní měřící hlavy a jejich měřících a pohonných prvků díky generování paprsku. Proto je spolu s další, již klasickou, kompenzací teploty, vlhkosti a tlaku vzduchu v měřeném prostoru, možné dosáhnout prezentovaných výsledků. Systém je neustále vyvíjen a jsou implementovány další funkce. Na EMO 2009 byla představena druhá vývojová varianta s vylepšenou optikou v natáčení hlavě a zejména došlo k výrazné úpravě odražeče paprsku. Původní hmotnost odražeče 360 g byla zredukována na pouhých 60 g a zároveň došlo ke změnšení celého prvku o jednu třetinu. Při těchto parametrech již nemusí být brát velký zřetel na Obr. 9: Systém LaserTRACER. ovlivnění geometrie stroje instalací odražeče. Zejména u subtilních CMM. Současný dosah měřícího paprsku je 15 metrů. Hlavu je možné upevnit přímo na pracovní stůl, nebo využít tepelně stabilní trojnožky z uhlíkového kompozitu pro umístění mimo stroj. Velkou výhodou těchto systému je to, že není nutné přístroj ustavil naprosto přesně před začátkem měření. Díky matematickým algoritmům a neustálého sledování odražeče hlavou je nepřesnost počátečního ustavení při vyhodnocování parametrů potlačena. 4.3 QC20-W - nová vylepšení měření kruhové interpolace Posledním zajímavým přístrojem bylo představení horké novinky od firmy Renishaw. Jde o podstatné vylepšení již letitého a velmi populárního měřidla Ballbar QC10 pro měření kruhové interpolace.

212 210 Seminář SpOS a VCSVTT: Obráběcí stroje a technologie na EMO Milano 2009 Obr. 10: Měřící rameno z Bluetooth adaptérem pro bezdrátový přenos dat. Na základě častých žádostí uživatelů byl konečně odstraněn z měřícího ramínka signálový kabel a nahrazen bezdrátovým přenosem dat pomocí Bluetooth. Bluetooth byl upřednostněn před rádiovým přenosem díky jednotné homologaci ve všech zemích. Tato výměna tvoří jeden ze dvou důležitých zlepšení aparatury. Odpadá tím nebezpečí zamotání kabelu během měření, což mohlo negativně ovlivnit výsledek, pokud by se kabel namotal na měřící ramínko, což byl poměrně častý jev. Dále již nehrozí nebezpečí zapadení kabelu mezi pohybující se části stroje. Tam hrozilo jeho fatální mechanické poškození. Zároveň toto řešení přináší výhodu v tom, že již nemusí být počítač s potřebným softwarem blízko místa měření. Garantovaný dosah přenosu dat je 10 metrů i skrze kryty stroje. Druhu výraznou změnou je implementace nové vyhodnocovací funkce. Stávající klasická měření byla rozšířena o nová volumetrická měření. Díky modifikované magnetické základně je ted možné provést měření ve všech třech rovinách při jednom upnutí základny. Základní rovina je změřena v celém rozsahu 360. Další dvě ortogonální roviny lze změřit v rozsahu přibližně 220. Jsou tak postihnuty i chyby na kvadrantových přechodech těchto rovin. Díky jednomu upnutí základny je ze zjištěného souboru dat provedena volumetrická analýza stroje. Výsledkem je číselné vyhodnocení minima a maxima kulovitosti v měřeném části pracovního prostoru. Že jde o velmi očekávaná vylepšení značí i fakt, že po uvedení na trh byla téměř okamžitě vyčerpána výrobní kapacita na rok dopředu. Obr. 11: Nové měřící schopnosti aparatury Renishaw Ballbar QC20-W. 5 Závěr Jak již bylo řečeno v úvodu, veletrh EMO 2009 Milano nebyl z pohledu měřící techniky příliš přínosný. V porovnání s předchozími ročníky byl zaznamenán znatelný úbytek vystavovatelů. Předváděné přístroje byly z části již známé a nových výrobků bylo poměrně málo. I tak ale byla představena některá měřidla, která posunula kvalitu měření dále. To se týká například uvedených zařízení pro měření přesnosti obráběcích strojů. Ucelený souhrn poznatků o aktuálním stavu měřící techniky si však lze udělat pouze obtížně, protože mnoho významných firem nebylo přítomno.