BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJŮ, SYSTÉMŮ A ROBOTIKY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJŮ, SYSTÉMŮ A ROBOTIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF PRODUCTION MACHINES, SYSTEMS AND ROBOTICS VELKÁ SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA LARGE TURNING CENTRES BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR IRENA NÁBĚLKOVÁ doc. Ing. PETR BLECHA, Ph.D. BRNO 20

2

3 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky Akademický rok: 200/20 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Irena Nábělková který/která studuje v bakalářském studijním rogramu obor: Strojní inženýrství (230R06) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č./998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské ráce: v anglickém jazyce: Velká soustružnická centra Large Turning Centres Stručná charakteristika roblematiky úkolu: Rešerše a ois velkých soustružnických center současné rodukce. Výočtový návrh vybrané komonenty velkého soustružnického stroje. Cíle bakalářské ráce: Provést rešerši, ois a roztřídění velkých soustružnických center. Provést výočtový návrh zvolené komonenty velkého soustružnického stroje.

4 Seznam odborné literatury: Marek, J. a kol.; Konstrukce CNC obráběcích strojů, 2. rozšířené vydání, ISBN Borský, V.; Obráběcí stroje, ISBN Borský, V.; Základy stavby obráběcích strojů, VUT Brno www stránky výrobců soustružnických strojů Vedoucí bakalářské ráce: doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské ráce je stanoven časovým lánem akademického roku 200/20. V Brně, dne L.S. doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D. Ředitel ústavu rof. RNDr. Miroslav Douovec, CSc. Děkan fakulty

5 Abstrakt Tato bakalářská ráce se zabývá velkými soustružnickými centry. První část ráce je tvořena rešerší, kde jsou rozdělena a osána velká soustružnická centra. U jednotlivých obráběcích center jsou uvedeny možnosti jejich využití ři obrábění. V části druhé je řešen výočtový návrh vybrané komonenty velkého soustružnického stroje. Touto komonentou je ohon vřetene. Výočtový návrh obsahuje výočet řezné síly, výkonu, celkové účinnosti, užitečné ráce a energie. Klíčová slova Soustružnický stroj, obráběcí centrum, soustružení, obrábění, vřeteno, lože Abstract This bachelor's thesis is dedicated to large turning centres. The first art thesis is the summary of large turning centres, their descrition and tyes. Usage ossibilities of different large turning centres in cutting oerations are mentioned too. In the second art, the calculating roosition of a chosen comonent of large turning centre is solved. This comonent is sindle-drive. Calculating roosition contains calculation of cutting force, ower, total efficiency, utile work and energy. Keywords Turning machine, machining centre, turning, machining, sindle, lathe-bed

6 Bibliografická citace NÁBĚLKOVÁ, I. Velká soustružnická centra. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské ráce doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D..

7 Tímto rohlašuji, že jsem bakalářskou ráci vyracovala samostatně od vedením doc. Ing. Petra Blechy Ph.D., s oužitím odborných zdrojů, které jsem všechny uvedla v seznamu oužité literatury. Brno, duben 20

8 Chtěla bych oděkovat doc. Ing. Petru Blechovi, Ph.D. za oskytnuté rady ři saní bakalářské ráce. Dále bych chtěla oděkovat rodině za odoru ři celém studiu na Vysokém učení technickém.

9 Str. 9 OBSAH: ÚVOD ROZDĚLENÍ OBRÁBĚCÍCH CENTER.... OBRÁBĚCÍ CENTRA....2 ROZDĚLENÍ OBRÁBĚCÍCH CENTER OBRÁBĚCÍ CENTRA JEDNOVŘETENOVÁ PRO ROTAČNÍ SOUČÁSTI OBRÁBĚCÍ CENTRA JEDNOVŘETENOVÁ PRO NEROTAČNÍ SOUČÁSTI 2 2. ZÁKLADNÍ ČÁSTI CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ CNC SOUSTRUŽNICKÉ STROJE SOUSTRUŽNICKÉ CENTRA S VODOROVNOU OSOU JEDNOOSÁ SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA S VODOROVNOU OSOU VÍCEOSÁ SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA S VODOROVNOU OSOU VÍCEVŘETENOVÉ AUTOMATY SOUSTRUŽNICKÉ STROJE SE SVISLOU OSOU UNIVERZÁLNÍ STROJE MULTIFUNKČNÍ STROJE MULTIFUNKČNÍ CENTRA S VODOROVNOU OSOU OBROBKU MULTIFUNKČNÍ CENTRA SE SVISLOU OSOU OBROBKU SPECIÁLNÍ STROJE VŘETENA SOUSTRUŽNICKÉHO STROJE POHONY VŘETENE POHONY VÝKON HLAVNÍHO ŘEZNÉHO POHYBU SLOŽKA ŘEZNÉ SÍLY JMENOVITÝ VÝKON POTŘEBNÝ VÝKON SÍLA POTŘEBNÁ PRO POHYB SANÍ CELKOVÁ ÚČINNOST CELÉHO OBRÁBĚCÍHO STROJE CELKOVÁ ÚČINNOST ÚSTROJÍ ELEKTRICKÁ ÚČINNOST MECHANICKÁ ÚČINNOST UŽITEČNÁ PRÁCE ENERGIE ODPOVÍDAJÍCÍ UŽITEČNÉ PRÁCI ENERGIE PŘIVEDENÁ V URČITÉ DOBĚ ENERGIE POTŘEBNÁ K CHODU NAPRÁZDNO CELKOVÁ ENERGIE ZÁVĚR LITERATURA SEZNAM SYMBOLŮ SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK PŘÍLOHY... 40

10 Str. 0 ÚVOD Obrábění atří mezi nejoužívanější výrobní rocesy ve strojírenství. Z tohoto důvodu jsou na obráběcí rocesy kladeny vysoké ožadavky jako je nař.: řesnost, dobrá jakost, rychlost a dnes ředevším nízká cena. Kvůli těmto ožadavkům jsou stále vyvíjeny nové obráběcí stroje, kam atří i soustružnická obráběcí centra. Soustružnické centrum je číslicově řízený obráběcí stroj, který rovádí automatickou výměnu nástroje, automatickou výměnu obrobku, řídí rychlost osuvů a otáček. Obráběcí centra umožňují rovádět více oerací na jedno unutí, čímž dochází ke zkrácení strojních časů. Cílem této ráce je rešerše velkých soustružnických center. V ráci bude uvedeno dělení obráběcích center, a ois jednotlivých strojů. Dalším bodem této ráce bude výočetní návrh vybrané komonenty velkého soustružnického stroje.

11 Str.. ROZDĚLENÍ OBRÁBĚCÍCH CENTER. OBRÁBĚCÍ CENTRA Obráběcí centra vznikla z NC obráběcích strojů (NC - Numerical Control), které lze rozdělit do několika vývojových generací:. Vývojová generace do této skuiny atří NC stroje, které mohou vykonávat různé druhy oerací a racovat v automatickém cyklu. 2. Vývojová generace stroje, které jsou vybaveny automatickou výměnou nástroje. U některých strojů jsou doravníky třísek (ředevším u soustružnických strojů). 3. Vývojová generace vyznačují se automatickou výměnou obrobku. Zásobníky nástrojů mají vyšší kaacitu. 4. Vývojová generace stroje mají lně automatickou výměnu nástrojů a obrobků. Na těchto strojích lze racovat v třísměnném rovozu. 5. Vývojová generace stroje, které umí během obrábění měřit úchylky a rozměry obrobků. 6. Vývojová generace tato vývojová generace obsahuje vše z ředešlých generací s těmito charakteristickými vlastnostmi: snižování času výměny nástrojů a obrobků vysokorychlostní, víceosé a suché obrábění obrábění s řesností desetin mikrometru Rychlost obrábění není závislá jen na možnostech stroje, ale i na materiálu řezného nástroje. Mezi řezné materiály, které řinesly možnost zvýšení řezných rychlostí atří nař.: rychlořezná ocel, slinuté karbidy, řezná keramika, cermety, kubický nitrid boru, olykrystalický diamant aj. Řezné nástroje jsou často oatřeny tzv. ovlaky, které zlešují jejich vlastnosti. Dále se klade důraz na leší řesnost obrábění, což má za následek zvýšení kvality, trvanlivosti a solehlivosti vyráběných součástí. Zvětšuje se hosodárnost a zároveň snižuje negativní doad na životní rostředí. Dále jsou rozvíjeny stroje s různými stuni automatizace. Automatická výměna obrobku a nástroje umožňuje stroji racovat v bezobslužném rovozu. Podle očtu funkcí, které je schono obráběcí centrum vykonávat je zařazeno do některé z generací (viz rozdělení výše).

12 Str. 2.2 ROZDĚLENÍ OBRÁBĚCÍCH CENTER Obráběcí centra mohou být rozděleny odle druhu obráběných součástí na:.2. OBRÁBĚCÍ CENTRA JEDNOVŘETENOVÁ PRO ROTAČNÍ SOUČÁSTI (SOUSTRUŽNICKÁ) Jsou to jednovřetenová soustružnická obráběcí centra ro rotační součásti, které dělíme odle olohy racovního vřetene: s vodorovnou osou vřetene stroje určeny ro soustružení tyčových materiálů. U těchto soustružnických obráběcích center bývají zásobníky tyčí s hydraulickým odávacím zařízením. Obr.. Stroj s vodorovnou osou vřetene se svislou osou vřetene tyto stroje jsou určeny ro soustružení řírubových součástí. Jsou schony obrábět součásti s mnohem většími růměry než stroje s vodorovnou osou vřetene. Obr..2 Stroj se svislou osou vřetene.2.2 OBRÁBĚCÍ CENTRA JEDNOVŘETENOVÁ PRO NEROTAČNÍ SOUČÁSTI Tyto centra mohou být skříňovité nebo loché. Dále je můžeme rozdělit odle olohy racovního vřetene na:

13 Str. 3 s vodorovnou osou vřetene tento stroj je určen řevážně ro soustružení lochých (deskových) součástí. Obr..3 Stroj s vodorovnou osou vřetene se svislou osou vřetene stroj ro soustružení skříňovitých součástí. Obr..4 Stroj se svislou osou vřetene Oba tyy strojů mohou obsahovat víceosé nakláěcí stoly. Více o těchto obráběcích centrech bude nasáno v další kaitole.

14 Str ZÁKLADNÍ ČÁSTI CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ Základní nosnou částí stroje jsou lože. Jejich úkolem je zaručit vysokou tuhost, které jde docílit zvolením vhodného řievnění na tvrdý betonový základ s říslušnými základovými šrouby. Důležité je vhodně zvolit tvar lože. Lože, které jsou odlévány nebo svařovány jsou ro zvýšení evnosti vyztuženy žebry. Výhodou litých loží jsou výborné tlumící účinky, ale oroti ložím svařovaným jsou dražší na výrobu (výroba forem). U loží se také klade důraz na dobrý odvod třísek. U některých strojů se oužívají lože, které jsou odlity z betonu. Jejich výhodou jsou dobré tlumící vlastnosti. Další hlavní částí stroje je vřeteník. Vřeteník má zřetelný vliv na kvalitu stroje. Měl by být evně sojen s loži a bezečně řenášet radiální i axiální síly. Ve vřeteníku je omocí ložisek uloženo vřeteno. Při ukládání vřetene je velmi důležité, aby házení bylo co nejmenší, rotože házení vřetene má velký vliv na celkovou řesnost obrábění. Ve vřetenu je uloženo sklíčidlo, do kterého se une olotovar. Suort slouží k vedení vedlejších ohybů. Skládá se zravidla z odélného, říčného a nožového suortu. Suort zachycuje síly, které vznikají ři obrábění.. Základ stroje 2. Lože 3. Vedení 4. Vřeteník 5. Revolverová hlava 6. Suort 7. Protivřeteno Obr. 2. Soustružnické centrum s rotivřetenem [3] Na obrázku 2.2 je zobrazeno soustružnické centrum s rotivřetenem, které je zakrytováno ochrannými kryty. Tyto kryty slouží k ochraně racovníků řed odlétávající třískou, stříkající chladící kaalinou, říadně hlukem. Nedílnou součástí tohoto stroje je řídící systém, který tvoří růmyslový očítač. Na obrázku 2.2 je vidět doravník třísky, který se vyrábí v mnoha rovedeních.

15 Str. 5. Řídící systém 2. Doravník třísky 3. Kontejner na třísky 4. Krytování stroje Obr. 2.2 Soustružnické centrum s rotivřetenem [3]

16 Str CNC SOUSTRUŽNICKÉ STROJE Soustružnická obráběcí centra vznikla z NC soustruhů. Jsou to stroje, na kterých lze na jedno unutí obrábět různé součásti rotačního tvaru. Na soustružnických centrech můžeme rovádět mnoho oerací jako naříklad: soustružení vnějších i vnitřních rotačních loch, soustružení kuželů (zaichovacím zůsobem, natočením nožového suortu nebo vyosením koníku ro malou kuželovitost), vrtání, vyhrubování, vystružování, broušení, řezání závitů a také frézování čelních oříadě bočních loch. Soustružnická centra mohou být řízena ve dvou nebo více osách. Soustružnické stroje můžeme rozdělit odle očtu vřeten na jednovřetenové a vícevřetenové. Tyto stroje mohou mít jednu nebo více nožových hlav, a jsou vybaveny zásobníkem nástrojů. Zásobníky nástrojů mohou mít různá konstrukční rovedení. Mezi běžně oužívané zásobníky atří zásobníky: řetězové, bubnové, revolverové aj. Usořádání nástrojů v zásobníku může být libovolné nebo může odovídat technologickému ostuu. Nástroje ro CNC stroje mají takřka vždy stavebnicovou konstrukci. Soustružnické stroje můžeme rozdělit na stroje:. S vodorovnou osou rodukční soustruhy a obráběcí centra vícevřetenové automaty 2. Se svislou osou karusely a obráběcí centra inverzní karusely 3. Univerzální stroje s vodorovnou osou se svislou osou 4. Multifunkční stroje s vodorovnou osou se svislou osou 5. Seciální stroje jednoúčelové soustruhy

17 Str SOUSTRUŽNICKÉ CENTRA S VODOROVNOU OSOU 3.. JEDNOOSÁ SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA S VODOROVNOU OSOU Tyickým výrobcem jednoosých soustružnických center s vodorovnou osou je firma Mori Seiki, která má ve výrobě soustružnických center více jak třicetiětiletou zkušenost. Firma Mori Seiki vyrábí soustružnická centra od označením NL. Centra jsou odstuňovány odle velikosti na: NL 500, NL 2000, NL 2500, NL 3000 (stručný řehled je uveden v tab. 3.). Stroje mají mimořádně vysokou tuhost a řesnost. Osa Y má zdvih ±50 a ±60 mm (vzhledem k největšímu modelu). Na těchto soustružnických centrech lze obrábět olotovary o různých růměrech (odle velikosti stroje). Pro snadnější odvod třísky bývá rám stroje nakloněn od úhlem. Soustružnická obráběcí centra jsou konstruovány tak, aby se ztrátové telo eliminovalo a nemělo negativní vliv na řesnost ráce stroje. Obr. 3. Soustružnické obráběcí centrum s vodorovnou osou [4] Tab. 3. Technické arametry obráběcího centra NL Ty stroje Max. růměr soustružení Standardní růměr soustružení Maximální soustružená délka Maximální otáčky vřetena NL mm 260 mm 55 mm (8 000) min NL mm 27 mm 50 mm min NL mm 27 mm 705 mm min NL mm 358 mm 73 mm min

18 Str VÍCEOSÁ SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA S VODOROVNOU OSOU Firma Mori Seiki vyrábí i víceosá soustružnická centra s vodorovnou osou, od označením NZ. Vyrábí se v rovedení NZ 500 a NZ Tyto centra mohou mít tři revolvérové hlavy. Jejich hlavní ředností jsou výborné tlumící vlastnosti, kterých se dosahuje omocí olejového mazání a kluzných klínů, které vymezují vůli. Tyto soustružnické obráběcí centra mají šikmé lože, omocí kterého můžeme dosáhnout několika obměn výsledného usořádání stroje. Další výhodou stroje je snadný řístu k částím, které musejí být kontrolovány a udržovány. Tab. 3.2 Technické arametry obráběcího centra NZ Ty stroje Průměr Maximální Maximální Průchod tyčí soustružení soustružená délka otáčky vřetena NZ 500 T3 Y2 37,5 mm 63,5 mm 807,7 mm min NZ 2000 T3 Y3 200 mm 65 mm 80 mm min Obr. 3.2 Víceosé soustružnické obráběcí centrum s vodorovnou osou [4] 3..3 VÍCEVŘETENOVÉ AUTOMATY Tyto stroje mají obvykle šest, osm nebo dvanáct vřeten. Vícevřetenové automaty nacházejí ulatnění ředevším v sériové výrobě malých rotačních dílců. Tyickým ředstavitelem vícevřetenového automatu je stroj GM 20/6 od firmy MDG, který je na obrázku 3.3. Jedná se o šestivřetenový automat ro vysoce řesné obrábění obrobků za minimální časový úsek. Tento stroj je určen ro obrábění tyčového materiálu. Vyrábí se v rovedení GM 6/6, GM 20/6, GM 35/6 a GM 42/6.

19 Str. 9 Obr. 3.3 Vícevřetenový automat GM 20/6 [5] Tab. 3.3 Technické arametry vícevřetenových automatů GM Ty stroje Maximální růřez tyče kruhový čtvercový šestihranný Podávání tyčového materiálu Maximální otáčky vřetena GM 6/6 6 mm mm 4 mm 80 mm min GM 20/6 20 (25) mm 4 mm 7 mm 00 (25) mm min GM 35/6 35 mm 24 mm 30 mm 40 mm min GM 42/6 42 mm 29 mm 36 mm 40 mm min Dalším ředstavitelem této skuiny strojů je osmivřetenový vačkový automat MORI-SAY 832 od firmy TAJMAC-ZPS. Tento stroj je nejúsěšnějším rerezentantem této kategorie. Jeho hlavními výhodami je vysoká tuhost a řesnost ři obrábění. Vyznačuje se také dobrou teelnou a dynamickou stabilitou. Vyrábí se v několika rovedení, některé tyy jsou uvedeny v tabulce 3.4. Obr. 3.4 Vícevřetenový automat MORI-SAY 832 [6]

20 Str. 20 Tab. 3.4 Technické arametry vícevřetenových automatů Ty stroje Maximální růřez tyče kruhový šestihranný Maximální délka tyčového materiálu Rozsah otáček vřeten MORI-SAY 620AC 20 mm 7 mm mm min MORI-SAY 620SAC 20 mm 7 mm mm min MORI-SAY TM626AC 26 mm 22 mm mm min MORI-SAY TM626CNC 26 mm - - max min MORI-SAY 632AC 32 mm 27 mm min MORI-SAY 642AC 42 mm 36 mm min MORI-SAY TMZ642CBC 5 mm 45 mm mm min MORI-SAY 657AC 57 mm 50 mm mm min MORI-SAY 657SAC 57 mm 50 mm mm min MORI-SAY 667AC 67 mm 58 mm mm min MORI-SAY mm 27 mm mm min MORI-SAY mm 27 mm mm min MORI-SAY TMZ867CNC max. 67 mm mm min 3.2 SOUSTRUŽNICKÉ STROJE SE SVISLOU OSOU Tyto soustružnická centra jsou často označovány jako Karusely. Jsou určeny k obrábění velkých a těžkých součástí. Stejně jako u strojů osaných výše lze na jedno unutí rovádět více oerací. Svislé soustružnické obráběcí centrum má jeden nebo dva stojany, na kterých je umístěn říčník. Podle očtu stojanů se dělí na jednostojanové a dvoustojanové. Uínací desky dělíme také do dvou skuin. Do rvní skuiny atří uínací desky do růměru mm. Tyto desky bývají celistvé. V druhé skuině se vyskytují uínací desky, které mají růměr nad mm. Tyto desky bývají zravidla děleny. Obr. 3.5 Jednostojanový a dvoustojanový svislý soustruh [7, s. 6 ]

21 Str. 2 Na obrázku 3.6 je zobrazeno svislé soustružnické centrum s deskou stolu uevněnou na loži a základě. Tento stroj byl vyroben firmou Mori Seiki od označením NVL 350T. Toto soustružnické obráběcí centrum má revolverovou hlavu, která odstatně snižuje dobu výměny nástroje. Tento stroj má dva ostraní doravníky třísek, které zajišťují jejich dobrý odvod. Obr. 3.6 Soustružnické obráběcí centrum se svislou osou [4] Tab. 3.5 Technické arametry obráběcího centra NVL Ty stroje Maximální růměr Maximální výška Maximální otáčky soustružení obrobku vřetena NVL 350T 600 mm 500 mm 400 min NVL 350MC 600 mm 00 mm 400 min 3.3 UNIVERZÁLNÍ STROJE Tyto stroje se oužívají ro obrábění větších součástí, které mají složitější tvar. Obrábět je možné z ěti stran. Jedná se o sloučení dvou technologií soustružení a frézování. Některé univerzální soustružnické stroje jsou vybaveny technologiemi vrtání, broušení, obrážení aj. Tento stroj je svojí konstrukcí odobný karuselovým strojům. Na obrázku 3.7 je zobrazen dvoustojanový univerzální soustružnický stroj DMC 340 od firmy DMG. Tento stroj dosahuje větší flexibility a řesnějších výsledků.

22 Str. 22 Obr. 3.7 Univerzální soustružnický stroj DMC 340 [] Obráběcí centra DMC od firmy DMG mohou být horizontální, vertikální a univerzální. V následujících tabulkách jsou uvedeny jejich tyy. Tab. 3.6 Technické arametry vertikálních obráběcích center Ty stroje Maximální růměr Maximální délka Maximální nástroje nástroje rychlost vřetena DMC 635 V 80 mm 300 mm min DMC 835 V 80 mm 300 mm min DMC 035 V 80 mm 300 mm min Tab. 3.7 Technické arametry horizontálních obráběcích center Ty stroje Maximální růměr Maximální výška obrobku obrobku Otáčky vřetena DMC 55 H 630 mm 850 mm min DMC 65 H 880 mm 000 mm min DMC 75 H 900 mm 330 mm min DMC 80 H 900 mm 330 mm min DMC 00 H 050 mm 600 mm min DMC 25 H 250 mm 600 mm min Tab. 3.8 Tyy univerzálních obráběcích center DMC 60 U DMC 25 U DMC 60 U DMC 340 U DMC 80 U DMC 00 U DMC 200 U DMC 600 U

23 Str. 23 Firma M-MOOS s.r.o. je českým výrobcem univerzálního těžkého CNC soustruhu tyu SU. Tento stroj je stanoven ro hrubovací a dokončovací ráce ro hřídelové a řírubové součásti. Na tomto stroji lze řezat závity, vyvrtávat, soustružit kužely i jiné tvarově rotační lochy a další oerace. Hlavním znakem tohoto stroje je masivní litinová konstrukce. Výhodou stroje jsou řesné kuličkové šrouby a vysoce bezečný řídící systém Fanuc, který může být nahrazen řídícím systémem Siemens nebo Haidenhain. Dále je stroj vybaven výkonným servo motorem a doravníkem třísek. Obr. 3.8 Univerzální těžký CNC soustruh SU 00M CNC [8] Tab. 3.9 Technické arametry univerzálního těžkého CNC soustruhu SU Ty stroje Oběžný růměr Oběžný růměr nad Maximální délka nad ložem suortem obrobku SU 00M CNC 000 mm 630 mm mm SU 25M CNC 250 mm 880 mm mm SU 40M CNC 400 mm 030 mm mm SU 60M CNC 600 mm 250 mm mm SU 200M CNC mm 600 mm mm 3.4 MULTIFUNKČNÍ STROJE Multifunkční stroje mají vodorovnou osu rotace. Na tomto stroji můžeme soustružit, frézovat, vrtat, vyvrtávat, brousit, řezat závity, zaichovat, vyrábět ozubení odvalováním MULTIFUNKČNÍ CENTRA S VODOROVNOU OSOU OBROBKU Firma Mazak vyrábí multifunkční centra se svislou i s vodorovnou osou. Stroj Integrex e420h-s II 3000 s vodorovnou osou snižuje výrobní náklady a ožadavky na zastavěný rostor. Stroj je charakteristický svými robustními loži, které jsou vyrobeny z meehanitové litiny. Multifunkční centrum vytváří evnou ucelenou jednotku, která dosahuje

24 Str. 24 vysokého výkon. Zásobník může obsahovat 40 nástrojů. Ve seciálních říadech může být vyroben se zásobníkem na 80 oříadě až na 20 nástrojů. Síla ůsobící na osu Y se rozkládá do dvou směrů, čímž se dosáhne vysoké tuhosti. Osa B umožňuje obrábění šikmých loch a otvorů. Stroj obsahuje CNC řídící systém MAZATROL MATRIX, který má dobrou úroveň. Na tomto centru se mohou obrábět tyče o maximální růměru 670 mm a hmotnosti (včetně sklíčidla) 450 kg. Obr. 3.9 Multifunkční centrum Integrex e420h-s II 3000 [9] Tab. 3.0 Technické arametry multifunkčního centra IGX Ty stroje Maximální Maximální Rozsah otáček obrábění růměr obráběná délka hlavního vřetena IGX e420hs-ii mm 530 mm min IGX e420hs-ii mm mm min IGX e500hs-ii mm 598 mm min IGX e500hs-ii mm 3 22 mm min IGX e650hs-ii mm mm min IGX e650hs-ii mm 3 00 mm min IGX e650hs-ii mm 4 5 mm min IGX e650hs-ii mm mm min MULTIFUNKČNÍ CENTRA SE SVISLOU OSOU OBROBKU Tyickým ředstavitelem multifunkčního centra se svislou osou obrobku je soustružnické centrum Integrex e-800v/5-ii od firmy Mazak. Tento stroj má rovněž robustní lože z meehanitové litiny a zásobník na 40 nástrojů, je zde ale možnost oužití řetězového zásobníku na 80 a 20 nástrojů, říadně regálového zásobníku na 80 a 240 nástrojů. Stroj obsahuje CNC řídící systém MAZATROL MATRIX, který je tvořen kombinací soustružnického a frézovacího řídícího systému MAZATROL.

25 Str. 25 Obr. 3.0 Multifunkční centrum Integrex e-800v/5-ii [9] Tab. 3. Technické arametry multifunkčního centra IGX Ty stroje Maximální velikost obrobku ( xl) Rozsah otáček vřetena IGX-e800V5-II 730 x 000 mm min IGX-e060V6-II 050 x 000 mm min IGX-e060V8-II-2PC 250 x 250 mm min IGX-e550V0-II x 440 mm min IGX-e850V2-II x 800 mm min IGX-e850V25S-II x 800 mm min 3.5 SPECIÁLNÍ STROJE Seciální stroje jsou navrženy tak, aby vyhovovaly velkým nárokům na roduktivitu, ři dobré solehlivosti a ři minimální údržbě. Mezi seciální stroje atří naříklad CNC soustruh ro obrábění hřídelí s automatickou výměnou obrobků od firmy CZ.TECH Čelákovice, a.s., který je na obrázku 3.. Tento seciální stroj vyniká rychlou výměnou obrobku, která je ovládána řídícím systémem. Stroj je schoen obrábět bez maniulátoru. Lože tohoto stroje jsou vyrobeny z litiny. U těchto strojů je nedílnou součástí výroba různých uínacích říravků, čelních unášečů, hydraulických unášecích trnů aj. Tento CNC soustruh je určen ro kusovou, malosériovou i velkosériovou výrobu. Lze na něm obrábět řírubové a hřídelové dílce, výkovky a odlitky. Průměr obráběných tyčí je kolem 75 mm, a otáčky vřetena mohou být až min. Tyto soustruhy se mohou využít jako výrobní linky s integrovaným ortálovým nakladačem.

26 Str. 26 Obr. 3. Soustruh SP 30 CNC [0] Na obrázku 3.2 je zobrazeno svislé soustružnické obráběcí centrum, které má zavěšené vřeteno, tedy i desku stolu. Tyto stroje jsou nazývány inverzní karusely. Jejich velkou výhodou je bezroblémový a snadný odvod třísek, který sočívá v tom, že ve sodní části racovního rostoru je umístěn vynašeč třísek, do kterého třísky doadají. Stroj je evný a vytváří uzavřenou buňku. Inverzní karusel obsahuje smýkadlo kruhového tvaru, které je hydrostaticky vedené a díky tomu dochází k výbornému tlumení vibrací. Obr. 3.2 Konstrukce inverzního karuselu CTV [] Tab. 3.2 Technické arametry karuselu CTV Ty stroje Průměr sklíčidla Maximální rychlost otáček CTV (200) mm min CTV mm min

27 Str VŘETENA SOUSTRUŽNICKÉHO STROJE Povinností vřetene soustruhu je zajistit obrobku srávný otáčivý ohyb. Vřeteno bývá uloženo ve dvou radiálních a v jednom oříadě dvou axiálních ložiscích. Čnící konec vřetene ze skříně vřeteníku se nazývá řední konec. Tento konec je náležitě uraven ro nasazení nebo unutí obrobku (u frézky, vrtačky, brusky nasazení nebo unutí nástroje). Ložisko, které se nachází u ředního konce vřetena se nazývá řední nebo také hlavní. Toto ložisko má rozhodující účinek na řesnost otáčivého ohybu vřetena. Druhý konec vřetena se nazývá konec zadní. Stejně jako u jiných strojních zařízení hrozí i u vřeten nebezečí nehody vlivem kmitání, roto nesmí být vlastní frekvence kmitání shodná s frekvencí racovní. Na vřeteno jsou kladeny tyto ožadavky: velká řesnost chodu řesnost chodu je stanovena velikostí radiálního a axiálního házení. Dovolené odchylky házení jsou závislé na tyu stroje a ožadované řesnosti výroby. dokonalé uložení - vřeteno nesmí změnit olohu v rostoru, ři změně zatížení (změna směru, smyslu a velikosti zatížení). dokonalé vedení - ři uložení vřetena je nezbytné zabezečit jeho dlouhodobou řesnost a možnost regulování vůlí vzniklých ři ootřebení. tuhost - vřeteno musí být dostatečně tuhé, rotože říadná deformace má rozhodující vliv na řesnost ráce obráběcího stroje. vysoká účinnost uložení - ztráty vznikající v uložení vřetena musí být co nejmenší (ztráty mohou být zůsobeny naříklad teelnou dilatací). dynamická stabilita - vřeteno musí být odolné vůči chvění. Dynamická stabilita má velmi důležitý vliv na ráci obráběcího stroje, ředevším na kvalitu ovrchu obráběné lochy. dlouhá životnost a rovozní solehlivost 4. POHONY VŘETENE Pohony obráběcích strojů lze rozdělit do dvou nejvíce oužívaných tříd, které jsou zobrazeny na obr 4.. Tyto třídy jsou velice často oužity jako hlavní ohony vřeteníků u soustruhů, frézek, brusek, vrtaček a vyvrtávaček.

28 Str. 28 Obr. 4. Rozdělení hlavních ohonů 4.2 POHONY 4.2. VÝKON HLAVNÍHO ŘEZNÉHO POHYBU U jednoúčelových strojů se určuje otřebný výkon hlavního řezného ohybu ro jeden ty oerace. Tento výkon je vyočítán odle [, s. 95]. Ft v P 000 k m kw (4-) P kw F N t k v s m - otřebný výkon ro hlavní řezný ohyb - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti - součinitel řetížitelnosti m - řezná rychlost - mechanická účinnost Součinitel řetížitelnosti k se určuje odle tyu hnacího členu a odle druhu ráce, kterou stroj vykonává. Čím vyšší je součinitel řetížitelnosti, tím menší je výkon. Při vysokém součiniteli řetížitelnosti (tj. ři malých výkonech motoru) nemůžeme využít výkonné nástroje. Pokud by byl zvolen motor s vyšším výkonem, ak dojde k jeho nevyužití a tím i k nízké účinnosti. Tab. 4. Součinitel řetížitelnosti Jednoúčelové stroje k 0, 9 Universální stroje s asynchronním motorem k (,,2)

29 Str SLOŽKA ŘEZNÉ SÍLY [, s. 95] F t C D N (4-2) F O F t N - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti D O mm - oběžný růměr nad ložem C N mm - charakteristický součinitel ro maximální řeznou sílu F Součinitel ro maximální řeznou sílu je u malých (hodinářských) soustruhů C F =0. U velkých výkonných soustruhů se součinitel C F volí až JMENOVITÝ VÝKON [, s. 96] Stroje, které mají hlavní ohyb otáčivý a mění se u nich růměr obrobku nebo nástroje musí umožňovat řídit v jistém rozsahu otáčky n m až n n, které jsou řiváděny na vřeteno. Těmto otáčkám odovídají maximální řezné rychlosti a stálý výkon P m. Pokud jsou otáčky menší než n m, ak stačí neměnný moment, který je zakreslen na obr Obr. 4.2 Charakteristika motoru s ožadovaným výkonem v rozsahu otáček n m až n n Nemá-li hnací motor v rozmezí n m až n n neměnný výkon, musí být zvolen motor o vyšším výkonu. Tento motor ak má v celém rozsahu otáček stálý moment viz obr P j n n Pm nm kw (4-3) P j kw - jmenovitý výkon P m kw - maximální výkon n m s - minimální otáčky n s - maximální otáčky n

30 Str. 30 Obr. 4.3 Průběh momentu, který je v celém rozsahu stálý Pokud máme motor, který má v celém rozsahu otáček n m až n n stálý moment, kde se vyžaduje stálý výkon, ak zlešení docílíme řidáním naříklad třístuňové ředlohy viz obr Obr. 4.4 Průběh momentu s třístuňovou ředlohou P j n n Pm k nm kw (4-4) P j kw - jmenovitý výkon P kw - maximální výkon m k - očet stuňů ředlohy n m s - minimální otáčky n s - maximální otáčky n

31 Str POTŘEBNÝ VÝKON [, s. 96] Stroje, které mají hlavní ohyb římočarý mohou mít hnací motor s konstantním momentem. Hnací motor má otom výkon, který je dán maximální řeznou rychlostí a maximální silou, která je otřebná ro ohyb saní (stolu) s obrobkem nebo nástrojem. F v P 000 k m kw (4-5) P kw F N k v s m - otřebný výkon hlavního řezného ohybu - síla otřebná k ohybu sání stolu - součinitel řetížitelnosti m - řezná rychlost - mechanická účinnost SÍLA POTŘEBNÁ PRO POHYB SANÍ [, s. 96] F F a r i F i f i N (4-6) F N - síla otřebná k ohybu sání stolu F a N - složka řezné síly ve směru osuvu F N - reakce na í-té vodící loše i f i - součinitel tření na í-té vodící loše Z důvodu bezečnosti se součinitel tření volí jako nejvyšší hodnota z uvedených hodnot. Výkon, který je otřebný ro ohyb saní je vzhledem k výkonu motoru ro hlavní řezný ohyb velice malý. Proto se ři výočtu otřebného výkonu ro ohon vřetena zanedbává. Potřebný výkon je tedy dán rovnicí CELKOVÁ ÚČINNOST CELÉHO OBRÁBĚCÍHO STROJE [, s. 98] k Fti vi Fai v fi i c 00 % (4-7) m 000 P j j

32 Str. 32 c % - celková účinnost celého obráběcího stroje F a N - složka řezné síly ve směru osuvu F t N - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti P kw - říkon v s v s f m - řezná rychlost m - rychlost osuvu CELKOVÁ ÚČINNOST ÚSTROJÍ [, s. 98] k Fti vi i c 00 % (4-8) 000 P c % - celková účinnost ústrojí ro hlavní řezný ohyb F t N - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti P kw - říkon v s m - řezná rychlost ELEKTRICKÁ ÚČINNOST [, s. 98] Pe e 00 % (4-9) P e % - elektrická účinnost P e kw - výkon elektromotoru P kw - říkon MECHANICKÁ ÚČINNOST [, s. 98] Pu m 00 % (4-0) P e m % - mechanická účinnost P e kw - výkon elektromotoru P kw - užitečný výkon u

33 Str. 33 Užitečný výkon P u k 3 0 Fti vi i kw (4-) Pu kw - užitečný výkon Ft N - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti v m s - řezná rychlost UŽITEČNÁ PRÁCE [, s. 00] A u i F ti v i t i i F ai v fi t i J (4-2) Au J F t N t s - užitečná ráce - složka řezné síly ve směru řezné rychlosti - trvání jedné oerace v m s - řezná rychlost 4.2. ENERGIE ODPOVÍDAJÍCÍ UŽITEČNÉ PRÁCI [, s. 00] E A u c J (4-3) E A u c J - energie odovídající užitečné ráci J - užitečná ráce - celková účinnost ENERGIE PŘIVEDENÁ V URČITÉ DOBĚ [, s. 00] E e E E E J (4-4) o a E e E a E o E J - energie řivedená v určité době J - celková energie otřebná k rozběhu během racovního cyklu nebo směny J - energie otřebná k chodu narázdno J - energie odovídající užitečné ráci

34 Str ENERGIE POTŘEBNÁ K CHODU NAPRÁZDNO [, s. 00] Tato energie se odečítá z elektroměru, určí se ři zkoušení stroje. Energie otřebná k chodu narázdno se označuje E a udává se v o J CELKOVÁ ENERGIE [, s. 00] u E a E aj i J (4-5) E aj 2 g i I i 2 2 i I e e J (4-6) 2 E a J E J - celková energie otřebná k rozběhu během racovního cyklu nebo směny aj - celková energie otřebná k jednomu rozběhu stroje 2 I i kg m - moment setrvačnosti tělesa na i-tém hřídeli 2 I e kg m - moment setrvačnosti rotoru elektromotoru i rad s - úhlová rychlost i-tého hřídele rad s - jmenovitá úhlová rychlost elektromotoru e a) Pokud hnací elektromotor stále běží. Stroj se zastavuje a souští sojku. Potom řivedená energie je E e E E o 2 u g j i I ji 2 ji J (4-7) E e J E J E J - řiváděná energie - energie odovídající užitečné ráci o - energie otřebná k chodu narázdno 2 I kg m - moment setrvačnosti tělesa rad s - úhlová rychlost b) Stroj se zastavuje a souští elektromotor. Přivedená energie se vyočítá E e2 E 2 u g j i I ji 2 ji u I 2 e 2 e J (4-8)

35 Str. 35 J E J Ee2 - řiváděná energie - energie odovídající užitečné ráci 2 I kg m - moment setrvačnosti tělesa 2 I e kg m - moment setrvačnosti rotoru elektromotoru rad s - úhlová rychlost rad s - jmenovitá úhlová rychlost elektromotoru e

36 Str ZÁVĚR Tato ráce byla zaměřena na velká soustružnická centra. V kaitole rvní byly ředstaveny vývojové generace a rozdělení obráběcích center. Druhá kaitola se zabývala základními částmi obráběcího stroje. V této kaitole je také uveden stručný ois jednotlivých částí. Ve třetí kaitole byla rozdělena soustružnická centra do několika kategorií. Z každé této kategorie byl uveden jeden tyický zástuce. V oslední kaitole ráce byl roveden výočtový návrh vybrané komonenty, kterou byl ohon vřetene. V tomto bodě jsou kromě výočtů uvedeny základní kladené ožadavky na vřeteno a rozdělení ohonů. Výočty byly vyracovány na základě odborné literatury uvedené v seznamu literatury.

37 Str LITERATURA. MAREK, Jiří et. al. Konstrukce CNC obráběcích strojů. 2. vyd. Praha: MM ublishing, s. r. o, s. ISBN BORSKÝ, V. Obráběcí stroje.. vyd. Brno: VUT Brno - FS, s. ISBN MIKRON Moravia, s.r.o. [online] [cit ]. LEADWELL CNC soustruhy. Dostuné z URL: < 4. Obráběcí centra a stroje soustružnického tyu. MM Průmyslové sektrum [online] , MM 200/5, [cit ]. Dostuný z URL: <htt:// 5. DMG [online] [cit ]. Turning - technology. Dostuné z URL: < 6. TAJMAC - ZPS [online]. 2000, [cit ]. Produkty. Dostuné z URL: < 7. HUMÁR, Anton. Technologie I.: Technologie obrábění -. část [online]. Brno: [s.n.], 2003 [cit ]. Dostuné z URL: <htt://ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/oory-save/ti_to-cast.df>. 8. CZ MOOS TRADING S.R.O. [online]. [cit ]. CNC soustruhy. Dostuné z URL: < 9. Misan s.r.o. [online] [cit ]. Soustružnická centra. Dostuné z URL: < 0. TECH [online] [cit ]. CNC stroje Čelákovice. Dostuné z URL: < BRENÍK, Přemysl; Josef PÍČ, et. al. Obráběcí stroje: Konstrukce a výočty. 2. vydání řeracované. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, s. 2. BORSKÝ, Václav. Základy stavby obráběcích strojů. 2. vydání řeracované. Brno: Vysoké učení technické v Brně, s. ISBN

38 Str SEZNAM SYMBOLŮ A užitečná ráce J u C charakter. součinitel ro maximální řeznou sílu na soustruzích N mm F D O oběžný růměr nad ložem mm E a celková energie otřebná k rozběhu během racovního cyklu J E aj celková energie otřebná k jednomu rozběhu stroje J E e energie řivedená v určité době J E o energie otřebná k chodu narázdno J E energie odovídající užitečné ráci J f i součinitel tření na í-té vodící loše F a složka řezné síly ve směru osuvu N F i reakce na í-té vodící loše N F síla otřebná k ohybu sání stolu N F složka řezné síly ve směru řezné rychlosti N t 2 I moment setrvačnosti tělesa kg m 2 I e moment setrvačnosti rotoru elektromotoru kg m 2 I moment setrvačnosti tělesa na i-tém hřídeli kg m i k očet stuňů ředlohy k součinitel řetížitelnosti n m minimální otáčky s n maximální otáčky s n P otřebný výkon ro hlavní řezný ohyb kw P výkon elektromotoru kw e P j jmenovitý výkon kw P m maximální výkon kw P říkon kw P u užitečný výkon kw t trvání jedné oerace s v řezná rychlost m s v rychlost osuvu m s f celková účinnost celého obráběcího stroje % c

39 Str. 39 e elektrická účinnost % mechanická účinnost m úhlová rychlost rad s e jmenovitá úhlová rychlost elektromotoru rad s úhlová rychlost i-tého hřídele rad s i 8. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.. Stroj s vodorovnou osou vřetene Obr..2 Stroj se svislou osou vřetene Obr..3 Stroj s vodorovnou osou vřetene Obr..4 Stroj se svislou osou vřetene Obr. 2. Soustružnické centrum s rotivřetenem [3] Obr. 2.2 Soustružnické centrum s rotivřetenem [3] Obr. 3. Soustružnické obráběcí centrum s vodorovnou osou [4] Obr. 3.2 Víceosé soustružnické obráběcí centrum s vodorovnou osou [4] Obr. 3.3 Vícevřetenový automat GM 20/6 [5] Obr. 3.4 Vícevřetenový automat MORI-SAY 832 [6] Obr. 3.5 Jednostojanový a dvoustojanový svislý soustruh [7, s. 6 ] Obr. 3.6 Soustružnické obráběcí centrum se svislou osou [4] Obr. 3.7 Univerzální soustružnický stroj DMC 340 [] Obr. 3.8 Univerzální těžký CNC soustruh SU 00M CNC [8] Obr. 3.9 Multifunkční centrum Integrex e420h-s II 3000 [9] Obr. 3.0 Multifunkční centrum Integrex e-800v/5-ii [9] Obr. 3. Soustruh SP 30 CNC [0] Obr. 3.2 Konstrukce inverzního karuselu CTV [] Obr. 4. Rozdělení hlavních ohonů Obr. 4.2 Charakteristika motoru s ožadovaným výkonem v rozsahu otáček n m až n n Obr. 4.3 Průběh momentu, který je v celém rozsahu stálý Obr. 4.4 Průběh momentu s třístuňovou ředlohou

40 Str SEZNAM TABULEK Tab. 3. Technické arametry obráběcího centra NL Tab. 3.2 Technické arametry obráběcího centra NZ Tab. 3.3 Technické arametry vícevřetenových automatů GM Tab. 3.4 Technické arametry vícevřetenových automatů Tab. 3.5 Technické arametry obráběcího centra NVL Tab. 3.6 Technické arametry vertikálních obráběcích center Tab. 3.7 Technické arametry horizontálních obráběcích center Tab. 3.8 Tyy univerzálních obráběcích center Tab. 3.9 Technické arametry univerzálního těžkého CNC soustruhu SU Tab. 3.0 Technické arametry multifunkčního centra IGX Tab. 3. Technické arametry multifunkčního centra IGX Tab. 3.2 Technické arametry karuselu CTV Tab. 4. Součinitel řetížitelnosti 0. PŘÍLOHY CD - ROM