Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Optimalizace parametrů obrábění na CNC stroji Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Ing. Vít Novák, Ph.D. Vypracoval: Roman Parys Brno 2014

2

3 Čestné prohlášení: Prohlašuji, že jsem tuto práci: Optimalizace parametrů obrábění na CNC stroji vypracoval samostatně a veškeré použité prameny a informace jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 Autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne: podpis

4 Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat svému vedoucímu práce panu Ing. Vítu Novákovi, Ph.D. za odborné vedení a pomoc při zpracování bakalářské práce a dále také panu doc. Ing. Emilu Svobodovi, CSc. za pomoc při vyhodnocení vzorků přístrojem Talysurf CLI V neposlední řadě bych rád poděkoval své rodině a známým za podporu při studiu na této škole.

5 Jméno: Roman Parys Název bakalářské práce: Optimalizace parametrů obrábění na CNC stroji Abstrakt Bakalářská práce se zabývá hodnocením kvality povrchu vzorků z masivního dřeva ofrézovaných na CNC stroji. První část popisuje samotný proces frézování, metody hodnocení kvality povrchu a použité parametry. V experimentální části práce je uvedena příprava vzorků na CNC stroji a metodika měření za použití přístroje Talysurf CLI Kvalita povrchu je hodnocena na vzorcích smrku a buku, jelikož jsou to naše nejrozšířenější a nejpoužívanější dřeviny. Na závěr je samotné vyhodnocení výsledků drsnosti a vlnitosti a doporučení pro praxi. Klíčová slova: CNC stroj, frézování, kvalita povrchu, drsnost, vlnitost Name: Roman Parys The bachelor thesis title: Optimization of machining parameters on the CNC machine Abstract The bachelor thesis deals with assessing the surface quality of samples from solid wood milling on the CNC machine. The first part describes the process of milling, methods of the surface quality evaluation and used parameters. In the experimental part of the work is presented the preparation of samples on the CNC machine and a measuring methodology using the device Talysurf CLI The surface quality is evaluated on samples from spruce and beech, because they are our the most widespread and most commonly used wood species. In conclusion, there is the actual results of the evaluation of surface roughness and waviness and recommendations for practice. Keywords: CNC machine, milling, surface quality, roughness, waviness

6 SEZNAM ZNAČEK Značky vztahující se k hodnocení povrchu P = parametr vypočítaný ze základního profilu [μm] R = parametr vypočítaný z profilu drsnosti [μm] W = parametr vypočítaný z profilu vlnitosti [μm] l = základní délka [μm] ln = vyhodnocovaná délka [μm] Z(x) = hodnota pořadnice [μm] dz/dx = místní sklon Zp = výška výstupku profilu [μm] Zv = hloubka prohlubně profilu [μm] Zt = výška prvku profilu [μm] Xs = šířka prvku profilu [μm] Pp, Rp, Wp = největší výška výstupku profilu [μm] Pv, Rv, Wv = největší hloubka prohlubně profilu [μm] Pz, Rz, Wz = největší výška profilu [μm] Pc, Rc, Wc = průměrná výška prvků profilu [μm] Pt, Rt, Wt = celková výška profilu [μm] Pa, Ra, Wa = průměrná aritmetická úchylka posuzovaného povrchu [μm] Pq, Rq, Wq = průměrná kvadratická úchylka posuzovaného profilu [μm] PSm, RSm, WSm = průměrná šířka prvků profilu [μm] PΔq, RΔq, WΔq = průměrný kvadratický sklon posuzovaného profilu [μm]

7 Značky vztahující se k obrábění α = úhel hřbetu [ ] β = úhel ostří [ ] γ = úhel čela [ ] h max = maximální tloušťka třísky [mm] h stř = střední tloušťka třísky [mm] l = teoretická délka třísky [mm] a p = hloubka řezu [mm] f z = posuv na jeden břit nástroje [mm] v f = velikost posuvu [m/min] v = řezná rychlost [m/s] n = počet otáček za minutu z = počet břitů nástroje f n = posuv na jednu otáčku nástroje [mm] D = průměr řezné kružnice [mm] R = poloměr řezné kružnice [mm]

8 OBSAH 1 Úvod Cíl práce Literární přehled Obrábění Frézování Způsoby frézování Druhy frézování podle polohy osy otáčení Kinematika frézování Vznik třísky Proces otupování nástroje Metody hodnocení kvality povrchu Vizuální metoda Porovnávací metoda Dotykové metody Bezdotykové metody Základní pojmy Filtry Profily Parametry Materiál a metodika Hodnocené dřeviny Smrk (Picea sp.) Buk (Fagus sylvatica L.) Popis přístroje Talysurf CLI Příprava vzorků Proces vyhodnocení vzorků... 35

9 5 Výsledky měření Smrk A Buk A Vyhodnocení parametrů pro vzorky smrku Vyhodnocení parametrů pro vzorky buku Porovnání průměrných hodnot parametrů u obou dřevin Diskuse Závěr Summary Seznam použité literatury Seznam obrázků Seznam tabulek Přílohy... 55

10 1 ÚVOD Frézování je nejrozšířenější a nejpoužívanější metoda obrábění ve dřevozpracujícím průmyslu i při výrobě nábytku. Na obrobku vznikají po frézování různé nerovnosti, především stopy po rotujícím nástroji, které je potřeba odstranit. Proto po obrábění většinou následuje broušení dílců, které povrch dokonale vyhladí. Tato práce se zabývá hodnocením kvality povrchu ofrézovaných vzorků, přičemž každý vzorek byl frézován s jinými parametry a snahou je, aby byl výsledný povrch natolik kvalitní, aby případné broušení nemuselo být použito. Ve všech průmyslových odvětvích je snaha o efektivní využívání času, což vede k vyšší produktivitě výroby. Možné vynechání procesu broušení obrobených dílců by k tomuto zefektivnění mohlo velmi napomoci. Vždy by se ale muselo jednat o dílce, u kterých není kladen důraz na estetiku. Velkou snahou konstruktérů je v poslední době co nejvíce zvyšovat parametry frézování, jako je počet otáček, řezná rychlost nebo třeba posuv na jeden břit. Tyto změny však nesmí být na úkor kvality povrchu obráběných dílců. Kvalita frézování ovšem nezávisí pouze na nastavení těchto parametrů, ale velký vliv má také ostrost řezných nástrojů, které je třeba vyrábět z nejlepších materiálů odolávajících otupení, dále samotná konstrukce a upevnění stroje i frézovacího nástroje a v neposlední řadě také anatomická stavba dřeva. 10

11 2 CÍL PRÁCE Dílčím cílem této bakalářské práce je objasnit problematiku obrábění, respektive frézování. V práci je vysvětlena kinematika frézování, druhy frézování, vznik třísky při frézování, otupování nástroje, dále pak metody hodnocení kvality povrchu a parametry související s hodnocením povrchu. Hlavním cílem je vyhodnotit kvalitu povrchu vzorků ofrézovaných na CNC stroji. K tomuto experimentu byly vybrány dřeviny buk a smrk, jelikož jsou to nejrozšířenější a nejpoužívanější dřeviny v České republice. Toto vyhodnocení bude provedeno na přístroji Talysurf CLI 1000 na Katedře strojírenství Univerzity obrany v Brně a výsledky budou ve formě 2D a 3D výstupů s příslušnými parametry. 11

12 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Obrábění Obrábění je technologický pochod, jímž vytváříme požadovaný geometrický tvar obrobku v předepsaných rozměrech a v požadované jakosti obrobených ploch. Můžeme rozlišit dva základní způsoby obrábění (Prokeš 1982): a) Nástroj vniká do materiálu, odděluje jeho větší nebo menší části a u dřeva (do značné míry i u hmot na bázi dřeva) narušuje vzájemnou vazbu dřevních vláken. Předpokladem tohoto způsobu obrábění je dělitelnost materiálu obrobku. b) Předpokladem pro obrábění bez narušení vzájemné vazby dřevních vláken (např. ohýbání, lisování) je schopnost trvalé plastické deformace materiálu obrobku, tj. schopnost zachovat vytvořenou deformaci i po skončení působení vnějších sil (Prokeš 1982). Dále se práce bude zabývat již zmíněným prvním způsobem obrábění a to obráběním, kdy nástroj vniká do materiálu a narušuje jeho vzájemnou vazbu dřevních vláken, konkrétně procesem frézování. 3.2 Frézování Frézováním nazýváme obrábění otáčejícím se nástrojem (frézou, frézovací hlavou apod.), kdy se nominální tloušťka třísky mění během záběru od nuly do h max ; posuv je ve směru kolmém k ose otáčení nástroje. Tento způsob obrábění volíme k dosažení hladkého povrchu a přesných rozměrů obrobku (srovnávačkami, tloušťkovačkami) nebo k vytvoření tvarových ploch (spodní frézky, vrchní frézky, třístranky, čtyřstranky) (Prokeš 1982). Princip frézování je založen na využití mnohobřitového nástroje, přičemž jednotlivé břity (zuby) vcházejí při obrábění do záběru postupně a opět ze záběru vycházejí. Z toho vyplývá neustálá cyklická proměnnost výsledné řezné síly nebo momentu na nástroji (Borský 1992) Způsoby frézování Frézování sousměrné (sousledné) Směr otáčení frézy a směr posuvu jsou shodné. Břit zabírá v místě maximálního průřezu odřezávané třísky, který je daný hodnotou posuvu na zub. Záběr začíná silným 12

13 rázem. Během otáčení se tloušťka odřezávané vrstvy zmenšuje a v době výstupu dosahuje nulové hodnoty. Řezná síla působí příznivě na upnutí, obrobek přitlačuje na opěrnou plochu (stůl stroje). Tento způsob však vyžaduje tuhé obráběcí stroje, nejlépe s kuličkovými šrouby, aby byl posuvový mechanizmus bez vůlí, protože složka řezné síly má snahu vtahovat obrobek ve směru posuvu (Mádl, Barcal 2014). Obr. 3.1: Sousledné frézování obrobku (Frézování 2014) Frézování nesousměrné (nesousledné) Směr otáčení frézy a směr posuvu nejsou shodné. Břit vniká do materiálu při teoreticky nulové tloušťce odřezávané vrstvy a z řezu vychází při maximální tloušťce třísky, která je úměrná posuvu na zub. V tomto případě je mechanický ráz na řeznou hranu podstatně menší, ale při vnikání se břit určitou dobu intenzivně tře hřbetní plochou a to až do okamžiku plného zaříznutí, ke kterému dochází až po dosažení minimální tloušťky. Výsledná řezná síla směřuje nahoru a tím nepříznivě ovlivňuje upnutí obrobku (Mádl, Barcal 2014). Obr. 3.2: Nesousledné frézování obrobku (Frézování 2014) 13

14 3.2.2 Druhy frézování podle polohy osy otáčení Podle polohy osy otáčení a podle ploch, které při frézování opisují břity nástroje, rozlišujeme čtyři druhy frézování (Prokeš 1982): a) Válcové osa otáčení nástroje je rovnoběžná s obrobenou plochou, břity opisují válcovou plochu. b) Kuželové osa otáčení nástroje je skloněna pod určitým úhlem k obrobené ploše a břity opisují kuželovou plochu. Princip oddělování třísky je týž jako u válcového frézování. c) Čelní osa otáčení nástroje je kolmá k obrobenému povrchu, břity opisují válcovou plochu. Boční břity pracují na principu válcového frézování, a to přibližně kolmo ke směru dřevních vláken, čelní břity jsou rovnoběžné s obrobeným povrchem. Tento způsob se používá u některých tvarových a stopkových fréz. d) Čelně kuželové osa otáčení je kolmá k obrobenému povrchu, avšak na rozdíl od předchozího způsobu jsou břity skloněny k obrobenému povrchu pod určitým úhlem. Břit může být buď přímý, nebo zaoblený (Prokeš 1982) Kinematika frézování Kinematiku oddělování třísky při frézování znázorňuje obr V praxi se však skutečný průřez třísky může odlišovat od nominálního průřezu vlivem otupení břitu, nepřesnosti chodu vřetena, odchylek břitů od řezné kružnice, nepravidelnosti chodu podávacího zařízení a především vlivem odštipování a nestejnorodosti hmoty obrobku. Dráha břitu obrobku tvoří cykloidu; řezná rychlost je však u větších průměrů frézovacích nástrojů v poměru k rychlosti posuvu velmi vysoká, takže na úseku záběru břitu můžeme s dostatečnou přesností předpokládat, že jeho řezná dráha tvoří kružnici. Břit je během jedné otáčky v záběru na délce oblouku, která přísluší středovému úhlu φ + φ. Úhel φ je velmi malý, proto se při výpočtu délky třísky l většinou uvažuje úhel φ (Prokeš 1982). 14

15 Obr. 3.3: Schéma oddělování třísky při válcovém frézování (Prokeš 1982) D průměr řezné kružnice, R poloměr řezné kružnice, a p hloubka řezu, f z posuv na jeden břit, h stř střední tloušťka třísky, h max maximální tloušťka třísky, v f velikost posuvu Teoretická délka třísky [mm] [3.1] kde: D = průměr řezné kružnice (mm) R = poloměr řezné kružnice (mm) a p = hloubka řezu (mm) f z = posuv na jeden břit frézovacího nástroje (mm) h stř = střední tloušťka třísky (mm) Teoretická střední tloušťka třísky [mm] [3.2] Teoretická maximální tloušťka třísky [mm] [3.3] kde: D = průměr řezné kružnice (mm) a p = hloubka řezu (mm) f z = posuv na jeden břit frézovacího nástroje (mm) l = teoretická délka třísky (mm) n = počet otáček za minutu 15

16 Řezná rychlost z = počet břitů nástroje v f = velikost posuvu (m.min -1 ) [m.s -1 ] [3.4] kde: D = průměr řezné kružnice (mm) n = počet otáček za minutu Posuv na jednu otáčku nástroje [mm] [3.5] Posuv na jeden břit [mm] [3.6] Velikost posuvu [m.min -1 ] [3.7] kde: n = počet otáček za minutu z = počet břitů nástroje (Prokeš 1982) 3.3 Vznik třísky Při prvním styku břitu s obrobkem se hmota obrobku nejprve více nebo méně deformuje (podle své pružnosti, stupně otupení břitu, velikosti úhlů řezu atd.) a po překročení určitého napětí v těsném okolí břitu nastává oddělování hmoty obrobku. V dalším průběhu tvoření třísky lze pozorovat (zejména u nehomogenních, určitým způsobem orientovaných hmot) vznik trhlin. Jejich umístění a směr vzhledem k okamžité poloze a směru pohybu břitu závisí na orientaci stavby obrobku a na dalších vlivech (Prokeš 1982). Na oddělování třísky, její vlastnosti a konečnou formu po odlétnutí od nástroje mají vliv zejména: a) druh obrobku a jeho vlastnosti (např. vlhkost, teplota, objemová hmotnost, mechanické vlastnosti), b) směr dřevních vláken a letokruhů vzhledem ke směru pohybu břitu, c) geometrie a mikrogeometrie nástroje, 16

17 d) řezné podmínky (řezná rychlost, posuv na břit, tloušťka třísky, hloubka záběru), e) způsob obrábění (řezání otevřené nebo zavřené, tloušťka třísky konstantní nebo měnící se od nuly do maxima), f) způsob odvádění třísky z místa jejího oddělení (Prokeš 1982). Podle vzniku a vzhledu můžeme rozlišit několik typů třísek, které jsou zobrazené na obrázku 3.4. Je to páskovitá tříska 2 a točená tříska 3 (mívají v okolí břitu jen velmi mělké trhlinky a jsou výrobkem, nikoli vedlejším produktem), dělená tříska 1 (vzniká při příčném řezání a např. při frézování čepů), trhaná tříska 4 (tříska zabíhá i pod rovinu, v níž se pohybuje břit, takže vzniká drsná obrobená plocha. Trhaná tříska obvykle vzniká při oddělování třísky v tangenciálním směru.), mnohoúhelníková tříska 5 (bývá obvykle 0,1 až 0,2 mm tlustá, její jednotlivé části jsou přibližně stejně dlouhé) (Prokeš 1982). Obr. 3.4: Typy třísek (Prokeš 1982) 3.4 Proces otupování nástroje Otupování je postupná změna mikrogeometrie břitu během řezání, kdy nástroj ztrácí schopnost řezat. Je způsobeno tím, že se z břitu oddělují částečky kovu. Nástroj je tupý tehdy, když břit dospěl do určitého kritického stavu, který je provázen nepřípustným zhoršením jakosti povrchu obrobku, nežádoucím zvýšením řezné síly, pálením a rozměrovými nepřesnostmi obrobku (Prokeš 1982). 17

18 S procesem otupování souvisí ještě dva pojmy, a to: a) Trvanlivost břitu doba, po kterou naostřený břit pracuje. Trvanlivost několikabřitého nástroje závisí na trvanlivosti jednotlivých břitů; předpokladem je ovšem stejnoměrné zatížení jednotlivých břitů. Trvanlivost se tedy vyjadřuje jednotkami času (počítáme pouze dobu, po kterou je břit v záběru) a délkovými jednotkami (řeznou dráhou) (Prokeš 1982). b) Životnost nástroje násobek trvanlivosti ostří a vyjadřuje se tedy délkovými jednotkami a časem. Mezí pro životnost nástroje je ukončení požadované schopnosti plnit svou funkci (Prokeš 1982). Průběh procesu otupování břitu je znázorněn na obrázku 3.5. Tento průběh je platný jak pro břity z nástrojové oceli, tak pro stelity, slinuté karbidy i keramické materiály (Prokeš 1982). Můžeme v něm rozeznat tři výrazná období: V prvním období se u břitů s jehlou, viditelnou pouhým okem nebo při malém zvětšení, jehla ohne nebo odlomí. Je to velmi krátký časový úsek, většinou během prvního záběru břitu. Stejně se může odlomit nebo ohnout jemné ostří, které by se blížilo ostří ideálnímu, zejména u nástrojů s malým úhlem břitu při velkém úhlu řezu (Prokeš 1982). Ve druhém období křivka prudce stoupá, má však degresivní charakter (Prokeš 1982). Ve třetím období je průběh křivky lineární, proces opotřebení se stabilizuje a změny mikrogeometrie probíhají většinou mnohem pomaleji. V některých případech byl zjištěn periodicky nepravidelný průběh otupování, pozorujeme-li otupování pouze na jednom místě břitu (Prokeš 1982). Na obrázku 3.5 je vyobrazené ještě čtvrté období, kde má nárůst otupení regresivní průběh, což ale není experimentálně dokázáno (Varkoček, Rousek, Holopírek 2004). 18

19 Obr. 3.5: Průběh otupování břitu (Varkoček, Rousek, Holopírek 2004) 3.5 Metody hodnocení kvality povrchu Kvalita povrchu se dá hodnotit několika různými způsoby, přičemž každá má své výhody a nevýhody. Metody hodnocení kvality povrchu můžeme rozdělit do čtyř skupin (Novák 2011): a) Vizuální b) Porovnávací c) Dotykové d) Bezdotykové Vizuální metoda Vizuální metoda je nedestruktivní metoda zaměřená na zjišťování a hodnocení vlastností povrchů výrobků pouhým okem, nebo pomocí lupy. Jedná se o velmi jednoduchou metodu. Na povrchu se poté sleduje směr stop po obrábění, vady, trhliny, defekty nebo škrábance (Novák 2011). Obr. 3.6: Vizuální metoda (Svatoš 2009) 19

20 3.5.2 Porovnávací metoda Metoda je založena opět na lidském vnímání. Oproti vizuální metodě je vjem realizován dotykem. Musí však být na každý hodnocený materiál vytvořeny porovnávací stupnice tzv. etalony, podle kterých se hodnotí. Metoda funguje tak, že pouhým dotykem na hodnoceném vzorku a vnímání jeho drsnosti se nalezne na porovnávací stupnici podobný povrch o podobné drsnosti. Je to metoda velmi jednoduchá, která je závislá na lidském faktoru (Svatoš 2009). Obr. 3.7: Porovnávací metoda (Svatoš 2009) Dotykové metody V současnosti patří mezi nejrozšířenější měřící prostředky. Tyto přístroje (drsnoměry) zprostředkovávají přímé měření a hodnoty z nich získané často slouží k porovnání s hodnotami obdrženými jinými metodami. Jejich hlavními výhodami jsou vysoká přesnost, citlivost, reprodukovatelnost měření, možnost převodu analogového signálu do digitální formy a také poskytnutí veškerých parametrů profilu povrchu dle mezinárodních norem. Nicméně použitím těchto přístrojů, jejichž hrot je vyroben z velmi tvrdého materiálu (např. syntetický polykrystalický diamant), může docházet při vyvinutí větší přítlačné síly k částečnému poškození povrchové vrstvy měřené součásti, a tím i ke zkreslení naměřených údajů (Novák 2011). Přístroje se skládají z nějaké posuvové a měřící jednotky, raménka (dokáže se pohybovat vodorovně ve směru posuvu v ose x a výškově v ose z) a různého typu snímače (Svatoš 2009). 20

21 Indukční snímač Pracuje na principu diamantového hrotu, který je na snímacím raménku posouván po povrchu. Vertikální pohyb hrotu při přechodu výstupků a prohlubní je indukčním měřidlem převáděn na elektrický signál. Výhodou je malá měřící síla, což minimalizuje nebezpečí poškození měřeného povrchu. Snímač pracuje ve vysokém rozlišení, tudíž lze měřit s vysokou přesností. S indukčním snímačem je také možno měřit i vnitřní povrchy (Novák 2011) Piezoelektrický snímač Obr. 3.8: Princip činnosti indukčního snímače (Svatoš 2009) Obr. 3.9: Princip činnosti piezoelektrického snímače (Svatoš 2009) Tento druh snímače využívá piezoelektrického jevu. Piezoelektrický jev je schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování. Tento snímač je vhodný pro malé přenosné přístroje, postačuje mu jednoduchá vyhodnocovací elektronika, je ideální pro malý zdvih snímače a má velmi dobrou odezvu na vysokých frekvencích. Má však také několik nevýhod, a to takové, že rozsah snímače je poměrně malý, má nevalnou odezvu na nízkých frekvencích, nevalnou linearitu a je více citlivý na teplotu a vlhkost (Svatoš 2009). 21

22 Interferometrický laserový snímač (PGI) Dnes jeden z nejpřesnějších snímačů. Jako jednotka délky se využívá vlnová délka světla helium neonového laseru 0,633 mikrometru. Světlo se nechá na sledovaném předmětu odrazit zpět a počítají se vlnové délky, které se vejdou do proběhnuté dráhy světla. Vlnové délky se sledují pomocí interference světla. Měřící paprsek vraceným zrcadlem předmětu se nechá v interferometru interferovat s referenčním paprskem odraženým od pevného zrcadla. Vlnové délky měřícího paprsku se v místě interference posouvají a mění fázi k referenčnímu paprsku s frekvencí úměrnou rychlosti předmětu. Snímací fotodioda snímá intenzitu interferovaného světla každé zatmění reprezentuje jednu vlnovou délku. V základním uspořádání s jednofrekvenčním laserem je snímaná frekvence nulová, je-li předmět v klidu. Bez dalších opatření nelze rozpoznat směr pohybu. Kolísání intenzity paprsku je snímáno jako pohyb předmětu. Tento snímač má extrémně vysokou přesnost a linearitu, velký rozsah při vysokém rozlišení, které není závislé na rozsahu snímače (Svatoš 2009). Obr. 3.10: Princip činnosti interferometrického snímače (Svatoš 2009) Bezdotykové metody Jedná se o moderní optická měřící zařízení, v nichž je snímací hrot nahrazen paprskem elektromagnetického záření, čímž je vyloučeno poškození povrchu měřené součásti. Hlavními výhodami těchto zařízení jsou bezkontaktnost, a tím nedestruktivnost, dále možnost kontinuální kontroly, měření větší části povrchu než u metod kontaktních a opakovatelnost procesu. Jejich ústřední nevýhodou ovšem je, že měření topografie povrchu je měření nepřímé. To má za následek nutnost porovnání 22

23 experimentálně získaných výsledků z těchto přístrojů s hodnotami obdrženými kontaktním profilometrem. Dělí se opět podle použitého typu snímače (Novák 2011) Fotometrické hodnocení Spočívá ve snímkování povrchu obrobku CCD kamerou, která je umístěna na stojanu nad snímanými vzorky s možností výškového přenastavení osvětleného snímaného objektu. Princip metody je velmi jednoduchý a funguje tak, že snímaný vzorek se umístí pod kameru, nastaví se osvětlovač a nechá se snímat obraz vzorku. Poté se pomocí softwarového vybavení po nastavení správného digitálního měřítka vyhodnotí vzniklé výsledky. Touto metodou lze pouze vyhodnotit hloubku a šířku vzniklé vlnky (Svatoš 2009) Laserový triangulační snímač (PSD) Snímač pracuje na principu triangulační metody. Úzký laserový svazek generovaný polovodičovým laserem je odražen od objektu zpět. Změna vzdálenosti objektu, a tudíž změna úhlu, pod kterým je svazek odražen zpět, se ve snímači projeví jako změna místa na detektoru, kam svazek dopadne. PSD (Position Sensitive Device) je fotocitlivý prvek, u nějž se protékající proud mění v závislosti na poloze dopadu laserového paprsku. Závislost proudu na místě dopadu světla je silně nelineární. O linearizaci a vyhodnocení polohy se stará mikroprocesor. V tomto uspořádání dosahuje snímač doby odezvy kratší než 1 ms. Tyto údaje jsou vyhodnoceny mikroprocesorem uvnitř snímače. Mezi výhody tohoto snímače patří jeho vysoká rychlost a také jeho poměrně nízká cena. Do nevýhod se řadí proměnlivá velikost bodu, nedokáže snímat zastíněné oblasti a má pouze omezené rozlišení (Svatoš 2009) Konfokální (CLA) snímač Princip činnosti konfokálního snímače spočívá v rozkladu bílého světla. Pak pomocí optiky se spektrální aberací je směrováno na kontrolovaný povrch. Optika rozloží světlo podle vlnových délek a v každém bodě povrchu je zaostřena jen určitá vlnová délka. Světlo odražené z povrchu prochází otvorem, který propustí jen světlo zaostřené vlnové délky. Spektrometr vychýlí světlo na CCD senzor, kde je každému bodu přiřazena prostorová poloha (souřadnice bodu X, Y a výška v dané poloze Z). 23

24 Mezi výhody tohoto snímače patří rychlé snímání ve vysokém rozlišení a vysoká přesnost (Novák 2011). 3.6 Základní pojmy Pro vyhodnocení výsledků měření, ale i pro použití samotných měřících přístrojů je nutné znát některé pojmy, jako jsou různé typy profilů, filtrů a parametrů. Veškeré definice v této kapitole jsou převzaty z norem ČSN EN ISO 4287 a ČSN EN ISO Filtry Filtr profilu: filtr rozdělující profily na dlouhovlnné a krátkovlnné složky Filtr profilu λs: filtr definující rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln přítomnými na povrchu Filtr profilu λc: filtr definující rozhraní mezi složkami drsnosti a vlnitosti Filtr profilu λf: filtr definující rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln přítomnými na povrchu Profily Profil povrchu: profil vzniklý jako průsečnice skutečného povrchu a dané roviny Základní profil: úplný profil po aplikaci krátkovlnného filtru λs Profil drsnosti: profil odvozený ze základního profilu potlačením dlouhovlnných složek použitím filtru profilu λc Profil vlnitosti: profil odvozený postupnou aplikací filtru profilu λf a filtru profilu λc na základní profil, potlačující dlouhovlnné složky filtrem profilu λf a krátkovlnné složky filtrem profilu λc Parametry P-parametr: parametr vypočítaný ze základního profilu R-parametr: parametr vypočítaný z profilu drsnosti W-parametr: parametr vypočítaný z profilu vlnitosti Výstupek profilu: z povrchu ven směřující (z materiálu do okolního prostředí) část posuzovaného profilu spojující dva přilehlé body na průsečíku profilu s osou X Prohlubeň profilu: dovnitř směřující (z okolního prostředí do materiálu) část posuzovaného profilu spojující dva přilehlé body na průsečíku profilu s osou X 24

25 Základní délka lp, lr, lw: délka ve směru osy X, použitá pro rozpoznání nerovností charakterizujících vyhodnocovaný profil Vyhodnocovaná délka ln: délka ve směru osy X, použitá pro posouzení vyhodnocovaného profilu Střední čára profilu drsnosti: čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem profilu λc Střední čára profilu vlnitosti: čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem profilu λf Střední čára základního profilu: čára nejmenších čtverců přiléhající jmenovitému tvaru základního profilu Hodnota pořadnice Z(x): výška posuzovaného profilu v libovolné poloze x Místní sklon dz/dx: sklon posuzovaného profilu v poloze x (i) Výška výstupku profilu Zp: vzdálenost mezi osou x a nejvyšším bodem výstupku profilu Hloubka prohlubně profilu Zv: vzdálenost mezi osou x a nejnižším bodem prohlubně profilu Výška prvku profilu Zt: součet výšky výstupku a hloubky prohlubně prvku profilu Šířka prvku profilu Xs: délka úseku osy x protínající prvek profilu Výškové parametry Největší výška výstupku profilu Pp, Rp, Wp: výška Zp nejvyššího výstupku profilu v rozsahu základní délky Největší hloubka prohlubně profilu Pv, Rv, Wv: hloubka Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu základní délky Největší výška profilu Pz, Rz, Wz: součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu základní délky Obr. 3.11: Zobrazení Rp, Rv a Rz (Olympus 2014) 25

26 Průměrná výška prvků profilu Pc, Rc, Wc: průměrná hodnota výšek Zt prvků profilu v rozsahu základní délky Celková výška profilu Pt, Rt, Wt: součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu vyhodnocované délky Průměrná aritmetická úchylka posuzovaného povrchu Pa, Ra, Wa: aritmetický průměr absolutních hodnot pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky Obr. 3.12: Zobrazení Ra (Olympus 2014) Průměrná kvadratická úchylka posuzovaného profilu Pq, Rq, Wq: kvadratický průměr pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky Délkové parametry Průměrná šířka prvků profilu PSm, RSm, WSm: aritmetický průměr šířek Xs prvků profilu v rozsahu základní délky Tvarové parametry Průměrný kvadratický sklon posuzovaného profilu PΔq, RΔq, WΔq: kvadratický průměr sklonů pořadnic dz/dx v rozsahu základní délky 26

27 4 MATERIÁL A METODIKA 4.1 Hodnocené dřeviny Smrk (Picea sp.) Smrk jako jehličnan má u nás největší plošné zastoupení. Dřevo smrku je po poloměru kmene jednotně zbarveno, nemá vylišeno jádro a běl, u čerstvě skáceného dříví lze makroskopicky vylišit vyzrálé dřevo. Dřevo je žlutobílé až světle žlutohnědé; letokruhy jsou zřetelné s pozvolným přechodem mezi jarním a letním dřevem v rámci letokruhu; pryskyřičné kanálky jsou drobné, patrné pouze na podélných řezech jako svislé tmavší pásky. Dřevo slabě voní, na podélných řezech je slabě lesklé. Patří k měkkým a lehkým dřevům. Je méně trvanlivé a odolné proti biotickým škůdcům, dobře se opracovává, suší, hůře se impregnuje (Šlezingerová, Gandelová 1999). Smrkové dřevo patří mezi naše nejdůležitější užitkové dřevo. Používá se jako stavební a konstrukční dřevo pro nadzemní i podzemní stavby (stožáry, sloupy, střešní a mostní konstrukce, lešení, podlahovina, důlní dříví, atd.), v nábytkářství (nábytek, dýhy, překližky, lišty), na chemické a polochemické zpracování (buničina, dřevovina, dřevovláknité a dřevotřískové desky). Dobře rostlé smrky se souměrnými úzkými letokruhy a bez vad poskytují rezonanční dříví. Výše uvedené znaky složí při výběru dřeva pro výrobu hudebních nástrojů (Šlezingerová, Gandelová 1999). Obr. 4.1: Smrk (Vavrčík a kol. 2002) Buk (Fagus sylvatica L.) Buk je v našich lesích druhou nejvíce zastoupenou listnatou dřevinou a je jednou z nejdůležitějších evropských dřevin. Bukové dřevo nemá vylišeno jádro a běl, 27

28 je narůžovělé, nahnědlé až červenohnědé (pařené dřevo červeně zbarvené), u starých stromů jsou častá nepravá jádra. Je to typické roztroušeně pórovité listnaté dřevo; letokruhy poměrně zřetelné; dřeňové paprsky zřetelné na všech řezech, na příčném řezu tvoří husté pásy probíhající kolmo na letokruhy, na radiálním zřetelná zrcadla, na tangenciálním až 5 mm vysoké svislé tmavší pásky. Bukové dřevo je středně těžké a středně tvrdé, méně trvanlivé a málo odolné proti biotickým činitelům (houbám, hmyzu). Dobře se impregnuje, paří, moří, hůře se suší (má sklon k tvorbě trhlin a borcení) (Šlezingerová, Gandelová 1999). Bukové dřevo se pro svou načervenalou barvu a vlastnosti využívá v nábytkářství, dobře se ohýbá, čehož se využívá pro výrobu ohýbaného nábytku (židle, křesla), je důležitou surovinou pro výrobu dýh, překližek, parket, železničních pražců, pro chemické a polochemické zpracování dřeva (suchá destilace, buničina, k výrobě dřevotřískových a dřevovláknitých desek). Používá se také jako konstrukční materiál, při výrobě dopravních prostředků, dřevěných doplňků strojů, na výrobu drobných předmětů (knoflíky, hračky, cívky, hole) a drobného nářadí, někdy i pažeb k loveckým zbraním (Šlezingerová, Gandelová 1999). Obr. 4.2: Buk (Vavrčík a kol. 2002) 4.2 Popis přístroje Talysurf CLI 1000 Přístroje Talysurf CLI jsou vysoce účinnými měřícími prostředky k provádění rychlého prostorového měření a hodnocení povrchu s vysokým rozlišením. Systém CLI umožňuje měření a analýzy povrchu ve třech osách s využitím dotykové nebo bezdotykové měřící techniky. Snadno ovladatelné a výkonné měřicí přístroje, vhodné i pro kontrolu velkého počtu součástí, jsou připraveny provádět analýzu dat 28

29 při hodnocení struktury povrchu z jednoho profilu řezu 2D i profilu plochy povrchu 3D (Novák 2011). Hlavní předností přístrojů je univerzálnost jejich využití, která vyplývá z možností systému měřit buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem reprezentovaným laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem. Uvedené tři způsoby měření zajišťují prakticky neomezené možnosti měření struktury povrchu z hlediska jakosti, přesnosti a druhu materiálu součásti. Navíc je systém CLI vybaven automatickým posuvem ve všech osách (x, y, z) s rychlostí až do 30 mm/s, což umožňuje rychlé automatické měření. Připravenost přístroje pro kontrolu širokého sortimentu součástí dokumentuje i velikost měřícího prostoru (max. 100 x 100 x 100 mm) a nosnost stolu do 20 kg (Novák 2011). Základem programového vybavení přístrojů Talysurf CLI je firemní program Talymap, který zabezpečuje veškeré řídící, kontrolní, vyhodnocovací i informační služby. Výkonný program pro analýzu dat zahrnuje standardní funkce vyhodnocení struktury povrchu 2D a 3D včetně vyjmutí profilu 2D z povrchu 3D, měření ploch a objemu, výšky a vzdálenosti stupňů, analýzy výstupku, nosného podílu, velikost a hustotu zrn, atd. Významná je vybavenost zařízení pro automatizaci měření. Možnost programování automatického měření dávek součástí zefektivní jejich kontrolu. Použití nabízených měřících postupů nejen urychlí proces analýzy, ale současně zajistí jednotnou formu prezentace výsledků měření. Přístroje Talysurf CLI používají k hodnocení struktury povrchu všeobecně respektované parametry včetně celého souboru pro prostorové hodnocení povrchu a přispívají tak k tomu, že se třetí rozměr stává snadno dostupným a srozumitelným v metrologii povrchu (Novák 2011). Obr. 4.3: Talysurf CLI

30 4.3 Příprava vzorků Kvalita povrchu byla hodnocena na vzorcích našich nejrozšířenějších a nejpoužívanějších dřevin, a to na vzorcích smrku a buku. Frézování samotných vzorků bylo provedeno v dílně v areálu Mendelovy univerzity v Brně na CNC stroji Homag Venture 13M (obr. 4.4). Toto pětiosé CNC obráběcí centrum pro obrábění dřeva a materiálů na bázi dřeva pracuje s hlavním vřetenem o výkonu 15 kw (obr. 4.5), které slouží k uchycení nástrojů, které jsou připraveny k automatické výměně ve 12místném talířovém měniči (obr. 4.6). Maximální celková hmotnost umístěných nástrojů je 60 kg. Kromě řezacího, frézovacího a vrtacího agregátu je zde možno využívat také olepovací agregát na olepování bočních ploch tvarovaných dílců. Obr. 4.4: Homag Venture 13M Tento stroj používá pro řízení software PowerControl PC 85 a software pro pokročilou obsluhu stroje zabezpečuje programový paket WoodWop s rozhraním pro příjem DXF formátů z CAD systémů. 30

31 Obr. 4.5: Hlavní vřeteno Obr. 4.6: 12místný talířový měnič Pro uchycování menších dílců, jako jsou např. naše vzorky, slouží trámcový upínací stůl s vakuovými přísavkami s výkonem vývěvy 100 m 3 /h. Pro větší dílce je k dispozici nestingový stůl, který používá ještě přídavnou vývěvu o výkonu 300 m 3 /h. 31

32 Obr. 4.7: Dílec upnutý pomocí vakuových přísavek Obr. 4.8: Pohled na ovládací počítač 32

33 Pro frézování zkušebních vzorků byla použita stopková fréza (obr. 4.9 a 4.10), jejíž parametry byly následující: délka nástroje: 151 mm průměr nástroje: 19 mm počet břitů: 2 ks úhly břitů: α=35, β=36, γ=19 břity vyrobeny z rychlořezné oceli Obr. 4.9: Stopková fréza Obr. 4.10: Stopková fréza upnutá v upínací hlavě Z poskytnutých desek pro přípravu těchto vzorků bylo podél vláken ofrézováno 150 mm při úběru 1 mm, přičemž vlhkost těchto vzorků byla 10 % a letokruhy svíraly se svislou rovinou frézy úhel přibližně 30 u vzorku smrku a u vzorku buku byly letokruhy na svislou rovinu téměř kolmé. Na každém materiálu byla provedena tři frézování, přičemž každé frézování s jinými parametry. Z takto ofrézovaných materiálů byly na kotoučové pile (obr. 4.11) vyrobeny hotové zkušební vzorky (obr a 4.13) připravené na samotné měření kvality povrchu. Pro větší přehlednost jsou jednotlivé vzorky označeny a spolu s parametry frézování uvedeny v následující tabulce: 33

34 Tab. 4.1: Parametry frézování jednotlivých vzorků Označení vzorku Způsob frézování Počet otáček [ot./min] Velikost posuvu [m/min] Posuv na jeden břit [mm] SM A nesousledné ,2 0,1 SM B sousledné ,2 0,1 SM C nesousledné ,6 0,1 BK A nesousledné ,2 0,1 BK B sousledné ,2 0,1 BK C nesousledné ,6 0,1 Obr. 4.11: Kotoučová pila Obr. 4.12: Vzorky smrku připravené na měření kvality povrchu 34

35 Obr. 4.13: Vzorky buku připravené na měření kvality povrchu 4.4 Proces vyhodnocení vzorků Vyhodnocení kvality povrchu těchto vzorků bylo provedeno na přístroji Talysurf CLI 1000 od firmy Taylor Hobson na Katedře strojírenství Univerzity obrany v Brně. Tento přístroj je popsán v kapitole 4.2. Povrch byl hodnocen pomocí konfokálního CLA snímače. Metodika měření přístrojem Talysurf spočívá v tom, že se plocha vzorku dané velikosti snímá CLA snímačem. Získaný soubor dat pro simulaci povrchu vzorku je uložen v paměti počítače a poté zpracován příslušným softwarem. Ze získaného souboru dat je potom možné vytvořit průběhy až 40 parametrů. Uvedené parametry dostatečně dobře popisují parametry kvality povrchu obrábění. Struktura povrchu je nejčastěji zobrazována ve 2D a 3D grafech (Svatoš 2009). 35

36 5 VÝSLEDKY MĚŘENÍ Na vyhodnocovaných vzorcích byly zjišťovány následující parametry: R-parametr parametr vypočítaný z profilu drsnosti W-parametr parametr vypočítaný z profilu vlnitosti S-parametr amplitudní parametr povrchu Ra, Wa, Sa průměrná aritmetická úchylka profilu Rt, Wt, St celková výška profilu Rz, Wz, Sz největší výška profilu RSm, WSm průměrná šířka prvků profilu Pro následující vyhodnocení všech parametrů byl použit Gaussův filtr 0,8 mm. Hodnoty získané přístrojem Talysurf CLI 1000 byly zpracovány softwarem Talymap. Výstupy z tohoto softwaru jsou pro ukázku zobrazeny v následujících dvou kapitolách. Všechny grafické výstupy i s příslušnými parametry jsou pak v příloze na přiloženém CD. 5.1 Smrk A Parametry frézování: nesousledné frézování otáček/min rychlost posuvu 3,2 m/min posuv na jeden břit 0,1 mm Grafické zobrazení pro hodnoty Ra=2,4 μm, Rt=20,9 μm, Rz=13,7 μm, RSm=0,328 μm, Wa=2,24 μm, Wt=10,5 μm, Wz=4,54 μm, WSm=1,71 μm Obr. 5.1: 2D základní profil 36

37 Obr. 5.2: 2D profil drsnosti Obr. 5.3: 2D profil vlnitosti Obr. 5.4: 3D základní plocha 37

38 Tab. 5.1: Přehled všech parametrů pro smrk Smrk SM A SM B SM C Parametry z profilu drsnosti Průměr Sm. odch. Ra [μm] 2,4 1,76 2,61 1,64 0,987 1,73 1,06 1,26 2,53 1,775 0,585 Rt [μm] 20, ,7 15,6 10,3 13,2 7,72 8,79 23,1 16,701 7,784 Rz [μm] 13,7 8,15 13,9 9,17 4,88 8,64 5,14 6,08 12,6 9,140 3,336 RSm [μm] 0,328 0,469 0,389 0,275 0,345 0,319 0,271 0,366 0,378 0,349 0,058 Parametry z profilu vlnitosti Wa [μm] 2,24 3,7 6,22 1,3 1,08 1,8 1,26 1,63 2,36 2,399 1,546 Wt [μm] 10,5 20,7 30,1 10,1 6,27 9,72 10,6 9, ,700 7,043 Wz [μm] 4,54 7,34 13,2 3,46 2,28 4,62 3,11 3,29 6,94 5,420 3,189 WSm [μm] 1,71 2,09 1,95 1,45 1,5 1,55 1,49 1,74 1,23 1,634 0,251 Parametry ze základní plochy Sa [μm] 9,27 6,17 9,25 8,230 1,457 Sz [μm] 86, ,9 76,233 17,182 St [μm] 87,9 53,8 90,5 77,400 16, Buk A Parametry frézování: nesousledné frézování otáček/min rychlost posuvu 3,2 m/min posuv na jeden břit 0,1 mm Grafické zobrazení pro hodnoty Ra=1,59 μm, Rt=17,9 μm, Rz=8,15 μm, RSm=0,324 μm, Wa=2,39 μm, Wt=14 μm, Wz=5,3 μm, WSm=1,64 μm Obr. 5.5: 2D základní profil 38

39 Obr. 5.6: 2D profil drsnosti Obr. 5.7: 2D profil vlnitosti Obr. 5.8: 3D základní plocha 39

40 Ra [μm] Tab. 5.2: Přehled všech parametrů pro buk Buk BK A BK B BK C Parametry z profilu drsnosti Průměr Sm. odch. Ra [μm] 1,59 1,77 1,54 2,05 1,75 1,95 1,72 1,43 1,94 1,749 0,194 Rt [μm] 17,9 15,4 14,4 20,5 24,9 22,4 17,1 11,8 15,9 17,811 3,891 Rz [μm] 8,15 7,58 7,35 9,87 8,35 11,1 9,53 6,78 9,73 8,716 1,336 RSm [μm] 0,324 0,392 0,325 0,335 0,364 0,303 0,309 0,356 0,322 0,337 0,027 Parametry z profilu vlnitosti Wa [μm] 2,39 5,8 2,61 4,55 2,99 2,09 2,65 5,71 2,57 3,484 1,380 Wt [μm] 14 29,3 14, ,2 16,4 35,9 13,5 21,100 7,863 Wz [μm] 5,3 10,2 5,69 8,8 5,72 6,5 6,87 9,11 6 7,132 1,676 WSm [μm] 1,64 2,9 1,6 1,89 1,61 1,17 1,83 3,31 1,67 1,958 0,649 Parametry ze základní plochy Sa [μm] 7,58 5,36 7,64 6,860 1,061 Sz [μm] 60,7 48,7 62,8 57,400 6,211 St [μm] 61,3 49, ,867 6, Vyhodnocení parametrů pro vzorky smrku 2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5 1,3 1,1 0,9 SM A SM B SM C Označení vzorku Obr. 5.9: Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti 40

41 Wz [μm] Wa [μm] Rz[μm] 14,5 13,5 12,5 11,5 10,5 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 SM A SM B SM C Označení vzorku Obr. 5.10: Největší výška profilu drsnosti 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 SM A SM B SM C Označení vzorku Obr. 5.11: Průměrná aritmetická úchylka profilu vlnitosti SM A SM B SM C Označení vzorku Obr. 5.12: Největší výška profilu vlnitosti 41

42 Wa [μm] Rz [μm] Ra [μm] 5.4 Vyhodnocení parametrů pro vzorky buku 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 BK A BK B BK C Označení vzorku Obr. 5.13: Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti BK A BK B BK C Označení vzorku Obr. 5.14: Největší výška profilu drsnosti 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 BK A BK B BK C Označení vzorku Obr. 5.15: Průměrná aritmetická úchylka profilu vlnitosti 42

43 Rz [μm] Ra [μm] Wz [μm] BK A BK B BK C Označení vzorku Obr. 5.16: Největší výška profilu vlnitosti 5.5 Porovnání průměrných hodnot parametrů u obou dřevin 2,5 2 1,5 1 0,5 Smrk Buk 0 A B C Označení vzorku Obr. 5.17: Porovnání parametru Ra u smrku a buku A B C Označení vzorku Smrk Buk Obr. 5.18: Porovnání parametru Rz u smrku a buku 43

44 Wz [μm] Wa [μm] 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 A B C Označení vzorku Smrk Buk Obr. 5.19: Porovnání parametru Wa u smrku a buku A B C Označení vzorku Smrk Buk Obr. 5.20: Porovnání parametru Wz u smrku a buku 44

45 6 DISKUSE Pro větší přehlednost byla sestavena tabulka 6.1, ve které jsou uvedeny průměrné hodnoty všech parametrů pro jednotlivé vzorky. Také jsou zde navíc uvedeny hodnoty hustoty a tvrdosti pro porovnání vlivu fyzikálních a mechanických vlastností. Tab. 6.1: Přehledný výpis průměrných hodnot parametrů pro jednotlivé vzorky Smrk Buk SM A SM B SM C BK A BK B BK C Parametry z profilu drsnosti Ra [μm] 2,26 1,45 1,62 1,63 1,92 1,70 Rt [μm] 23,87 13,03 13,20 15,90 22,60 14,93 Rz [μm] 11,92 7,56 7,94 7,69 9,77 8,68 RSm [μm] 0,40 0,31 0,34 0,35 0,33 0,33 Parametry z profilu vlnitosti Wa [μm] 4,05 1,39 1,75 3,60 3,21 3,64 Wt [μm] 20,43 8,70 11,97 19,30 22,07 21,93 Wz [μm] 8,36 3,45 4,45 7,06 7,01 7,33 WSm [μm] 1,92 1,50 1,49 2,05 1,56 2,27 Parametry ze základní plochy Sa [μm] 9,27 6,17 9,25 7,58 5,36 7,64 Sz [μm] 86,80 52,00 89,90 60,70 48,70 62,80 St [μm] 87,90 53,80 90,50 61,30 49,30 63,00 Hustota (12%) [kg/m 3 ] Tvrdost [MPa] Všechny získané parametry drsnosti a vlnitosti jednotlivých zkušebních vzorků byly získávány při následujících parametrech frézování: SM A, BK A otáčky min -1, velikost posuvu 3,2 m.min -1, posuv na jeden břit SM B, BK B 0,1 mm, nesousledné frézování otáčky min -1, velikost posuvu 3,2 m.min -1, posuv na jeden břit SM C, BK C 0,1 mm, sousledné frézování otáčky min -1, velikost posuvu 3,6 m.min -1, posuv na jeden břit 0,1 mm, nesousledné frézování 45

46 Stopková fréza byla použita pro všechny vzorky se stejnými parametry; průměr 19 mm se dvěma břity. Z tabulky 6.1 lze na první pohled vyčíst, že některé parametry se v rámci jedné dřeviny výrazně liší. Podle Uhlíře (2010) lze proces frézování, tedy konkrétní nastavené parametry frézování, dobře sledovat pomocí parametrů vlnitosti a na parametrech drsnosti se pak více projevuje samotná anatomická stavba jednotlivých dřevin. Průměrná aritmetická úchylka vlnitosti Wa je u smrku největší u vzorku A (4,05μm) a nejmenší u vzorku B (1,39 μm); u buku je největší u vzorku C (3,64 μm) a nejmenší u vzorku B (3,21 μm). U celkové výšky profilu vlnitosti v rozsahu vyhodnocované délky Wt jsou pozorovatelné větší rozdíly, u smrku je největší hodnota u vzorku A (20,43 μm) a nejmenší hodnota u vzorku B (8,70 μm), u buku je tomu naopak, největší hodnota je u vzorku B (22,07 μm) a nejmenší hodnota u vzorku A (19,30 μm). Největší výška profilu vlnitosti v rozsahu základní délky Wz se výrazněji liší pouze u smrku, a to tak, že největší hodnota je u vzorku A (8,36 μm) a nejmenší je u vzorku B (3,45 μm), co se týče vzorků buku, tam se hodnoty liší pouze v desetinách μm. Neméně důležitá je i průměrná šířka prvků profilu vlnitosti WSm, u které jsou patrné také pouze malé rozdíly. Průměrná aritmetická úchylka drsnosti Ra je největší, co se týče smrku, u vzorku A (2,26 μm) a nejmenší u vzorku B (1,45 μm), u buku je pak největší u vzorku B (1,92 μm) a nejmenší u vzorku A (1,63 μm). Celková výška profilu drsnosti v rozsahu vyhodnocované délky Rt je největší u smrku opět u vzorku A (23,87 μm) a nejmenší opět u vzorku B (13,03 μm), u buku je největší u vzorku B (22,60 μm) a nejmenší u vzorku C (14,93 μm). Největší výška profilu drsnosti v rozsahu základní délky Rz dosahuje u smrku nejvyšší hodnoty u vzorku A (11,92 μm) a nejnižší hodnoty uvzorku B (7,56 μm), u buku je pak nejvyšší hodnota u vzorku B (9,77 μm) a nejnižší hodnota u vzorku A (7,69 μm). Průměrná šířka prvků profilu drsnosti RSm je u smrku největší u vzorku A (0,40 μm) a nejmenší u vzorku B (0,31 μm). U buku se pak tento parametr liší pouze v setinách μm. Podle sestavených grafů je patrné, že na kvalitu povrchu má zajisté vliv způsob frézování, a to frézování sousledné nebo nesousledné, protože ostatní parametry frézování byly u vzorků A i B stejné. Je zde vidět, že u jehličnaté dřeviny (smrk) jsou menší hodnoty parametrů u sousledného frézování, naopak u tvrdšího listnatého buku jsou menší hodnoty u frézování nesousledného. To nám dokazuje také to, že kvalitu povrchu ovlivňuje také samotná anatomická stavba dřeva a fyzikální a mechanické 46

47 vlastnosti. Je ovšem nutné mít na paměti, že vliv fyzikálních a mechanických vlastností by se dal přesněji dokázat až při mnohem větším počtu zkušebních vzorků. Na všech naměřených parametrech se také určitou měrou podílí konstrukce stroje a nástroje, tuhost hřídele nebo samotné otupení nástroje, avšak CNC stroj, na kterém byly vzorky frézovány, je relativně nový, takže tuhost hřídele je vysoká a břity byly dány nové bez otupení. 47

48 7 ZÁVĚR Pro přesnější stanovení vlivu fyzikálních a mechanických vlastností dřeva, anatomické stavby dřeva, ale i různých parametrů frézování na kvalitu povrchu by bylo vhodné připravit a vyhodnotit více vzorků, zejména pak více druhů dřev. Z dosažených výsledků lze pro praxi doporučit pro jehličnaté dřeviny sousledné frézování s otáčkami min -1 a s příslušnými parametry a pro listnaté dřeviny nesousledné frézování s otáčkami min -1 s příslušnými parametry, avšak je nutné brát ohled na vliv otupení nástroje, aby nebyla ovlivněna ekonomičnost obrábění. Jinými slovy bylo by nutné zjistit ještě vliv otupování nástrojů na kvalitu povrchu. Dá se říci, že první fáze, se kterou přichází dřevěný materiál ke kontaktu, je operace řezání a následně frézování. Také z tohoto důvodu je nezbytné věnovat pozornost těmto typům obrábění z hlediska kvality povrchu a následného použití vzniklého polotovaru. Správné nastavení parametrů obrábění může eliminovat nemalé náklady do následujících operací nebo údržby nástrojů. Výsledná kvalita musí být tedy neustále kontrolována a při zjištění rozdílu od stálých parametrů musí být co nejdříve zajištěna příčina a následně odstraněna. 48

49 8 SUMMARY The surface quality of wooden materials depends mainly on the anatomical structure of wood and its physical and mechanical properties. But for more exact determination of these influences would be necessary to prepare and evaluate much more samples. To the expansion of the spatial assessment of surface texture contributes in particular the development of the measuring technique and program equipment of the whole process. Measuring apparatus use rather contactless methods of the surface scanning, primarily optical methods and it causes much more faster scanning of the surface profile and a larger number of data to the evaluation of surface texture. The program equipment deals mainly with the processing and evaluation of measured values. The first phase which comes the wooden material into contact with, is the operation of sawing and milling. The correct setting of machining parameters can eliminate the high costs in the following operations or maintenance of tools. 49

50 9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Literatura BORSKÝ, V., Obráběcí stroje. 1. vyd. Brno, VUT, 216 s., ISBN ČSN EN ISO 3274: Geometrické požadavky na výrobky (GPS) Struktura povrchu: Profilová metoda Jmenovité charakteristiky dotykových (hrotových) přístrojů, ČSN EN ISO 4287: Geometrické požadavky na výrobky (GPS) Struktura povrchu: Profilová metoda Termíny, definice a parametry struktury povrchu, NOVÁK, V., Vysokorychlostní frézování dřeva vliv nástroje a parametrů obrábění na kvalitu obrobené plochy. Disertační práce. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 116 s. PROKEŠ, S., Obrábění dřeva a nových hmot ze dřeva. 3. nezm. vyd. Praha, Státní nakladatelství technické literatury, 584 s. SVATOŠ, M., Kvalita povrchu při frézování. Bakalářská práce. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 49 s. ŠLEZINGEROVÁ, J., GANDELOVÁ, L., Stavba dřeva-cvičení. Brno, Mendelova univerzita v Brně, 129 s., ISBN UHLÍŘ, P., Kvalita povrchu při vysokorychlostním frézování. Diplomová práce. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 86 s. VARKOČEK, J., ROUSEK, M., HOLOPÍREK, J., Dělení, obrábění a tváření materiálů. 2. nezm. vyd. Brno, Mendelova univerzita v Brně, 123 s., ISBN Internetové zdroje Frézování [online] citováno 19. ledna Dostupné na World Wide Web: 50

51 MÁDL, J., BARCAL, J., 2008, Základy technologie II [online] citováno 19. ledna Dostupné na World Wide Web: OLYMPUS, Roughness parameter [online] citováno 19. ledna Dostupné na World Wide Web: VAVRČÍK, H. a kol., 2002, Lexikon domácích dřev [online] citováno 19. ledna Dostupné na World Wide Web: 51