Moderní konstrukční řešení CNC strojů

Transkript

1 Název projektu: Sbližování teorie s praxí Datum zahájení projektu: Datum ukončení projektu: Obor: Mechanik seřizovač Ročník: třetí Zpracoval: Ing. Petra Janíčková Modul: Moderní konstrukční řešení CNC strojů OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 1 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

2 OBSAH OBSAH... 2 ÚVOD Definice CNC stroje Rozdělení CNC obráběcích strojů Základní části obráběcích strojů Všeobecné části obráběcích strojů Konstrukční celky CNC strojů Rámy obráběcích strojů Vřetena obráběcích strojů Pohonné a převodové jednotky Lineární posuvové soustavy Odměřování polohy Rotační náhonové soustavy Automatická výměna nástrojů Automatická výměna obrobků CNC soustružnické stroje Soustružnické stroje s vodorovnou osou rotace Svislé soustruhy karusely Základní technické parametry Multifunkční obráběcí centra CNC frézovací stroje Konzolové frézky Stolové frézky Portálové frézky OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ: SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 2 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

3 ÚVOD Pracovní procesy obráběcích strojů se v současné době vyznačují vysokými požadavky na maximální výkonnost produktu a zároveň na minimální výrobní čas a náklady a jsou závislé na všech částech konstrukce celého tohoto mechanismu. V systému stroj nástroj obrobek je nespočet pohybujících se prvků, které do výrobního procesu patří. Ve stavbě většiny mechanismů je základním zdrojem energie elektrický proud, jenž je nejčastěji pomocí motorů převáděn na mechanickou energii v podobě rotačního pohybu. Jelikož při obrábění je třeba i přímočarý pohyb, proto je nezbytné využití soustav měnících otáčivý pohyb na přímočarý a vedení, po kterém se tyto členy stroje pohybují. Moderním trendem pro lineární posuvy je v této oblasti pak zejména aplikace lineárních motorů. Ty se pak nejvíce vyznačují svojí dynamickou stránkou, kde pak může být efektivně využita jejich rychlost a to až 20m/s. Pro pohybovou soustavu je pak také nezbytná dráha, po níž se systém pohybuje - vedení. Vedení nebo-li vodící plochy u obráběcích strojů musí z konstrukčního hlediska splňovat více všeobecných požadavků např. tuhost, přesnost, trvanlivost nebo také jednoduchost. Ovšem při pohybu po vedení je také nezbytné tento pohyb řídit či přesně kontrolovat, a k této části právě slouží měřící či odměřovací systém. Konstrukcí či zhotovením soustavy není zcela dosaženo konečného cíle. Obráběcí stroje jsou nákladná zařízení, a jeho životnost je proto také velmi důležitý faktor, na který je třeba myslet. A proto je třeba brát v úvahu v neposlední řadě i jeho ochranu, údržbu a také bezpečnost. K těmto účelům slouží kryty, prvky pro přívod medii ( jako jsou třeba elektrické kabely, mazací hadice) nebo bezpečnostní prvky pro případné vniknutí nebo uvolnění škodlivých látek či věcí. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 3 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

4 1. DEFINICE CNC STROJE - číslicově řízený obráběcí stroj je charakteristický tím, že ovládání všech pracovních funkcí stroje je prováděno řídícím systémem pomocí vytvořeného programu. - pomocí počítače řídí pohyb nástroje i obrobku po dané ose definovanou rychlostí po dané trajektorii v prostoru nebo rovině. - při číslicovém řízení obráběcích strojů jde o řízení celého procesu obrábění i jeho pomocných funkcí na základě číslicových údajů a příkazů. Všechny informace potřebné pro obrobení součásti jsou zaznamenávány ve formě řady numerických znaků. CNC obráběcí stroj je tedy obráběcí stroj, který je numericky řízen a konstrukčně uzpůsoben tak, aby pracoval v automatickém cyklu a měl automatickou výměnu nástrojů. C N C Computer Numerical Control 2. ROZDĚLENÍ CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ CNC obráběcí stroje lze rozdělit podle několika hledisek: 1. Podle počtu technologických operací: jednoprofesní stroje obráběcí centra víceúčelová obráběcí centra 2. Podle druhu převládající prováděné práce: vrtací a závitovací vyvrtávací soustružnické frézovací brousící ozubárenské 3. Podle technologie odebírání třísek: vysokorychlostní (HSC) vysokovýkonné (HPC) suché obvyklé OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 4 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

5 Jednoprofesní CNC stroje jsou charakteristické tím, že provádějí převážně jeden druh operace, a to např. soustružení, frézování, vyvrtávání, výrobu ozubení. Tyto stroje bývají často konstruovány podle potřeb zákazníka. Mají nižší cenu než obráběcí centra. Obráběcím centrem se rozumí takový číslicově řízený stroj, který: - může provádět různé druhy operací - pracuje v automatickém cyklu - je vybaven automatickou výměnou nástrojů - je vybaven prvky diagnostiky a měření. Víceúčelové obráběcí centrum umožňuje obrábět kromě deskových a skříňových i rotační součásti ( vestavěný soustružnický stůl) a dále vyměňovat skupinu nástrojů tzv. operační hlavu s pevnými nebo přestavitelnými vřeteny. 3. ZÁKLADNÍ ČÁSTI OBRÁBĚCÍCH STROJŮ 3.1 Všeobecné části obráběcích strojů Vřeteník část stroje zpravidla skříňovitého tvaru. Je v něm uloženo vřeteno, případně převodové ústrojí na změnu otáček vřetena. Lože část stroje, která spojuje základní části stroje v jeden celek. Na loži jsou vodící plochy (pro stůl, suport.) a případně dosedací plochy pro uložení dalších částí stroje. Zpravidla má větší délku než výšku. Základová deska spodní část stroje plochého tvaru k uložení všech částí stroje. Stojan může být svislý nebo šikmý a jsou na něm vodící nebo dosedací plochy k umístění dalších částí stroje. Obvykle má větší výšku než šířku. Suport část stroje sestávající ze soustavy saní, které umožňují nastavení vzájemné polohy nástroje vzhledem k obrobku a jeho pohyb v určeném směru při obrábění. Stůl obvykle má plochý tvar s vodorovnou upínací plochou, která může mít obdélníkový, čtvercový nebo kruhový tvar. Je-li možno stolem posouvat ve dvou směrech nazývá se křížový, jestliže jím lze natáčet nazývá se otočný. Příčník vodorovně uložená část stroje skříňovitého tvaru. Bývá jedním koncem pohyblivě uložen na sloupu nebo stojanu stroje a má na sobě vodící plochy pro uložení vřeteníku. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 5 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

6 Obr. Popis konstrukčních částí obráběcích strojů Obr. CNC soustruh a jeho funkční jednotky OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 6 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

7 3.2 Konstrukční celky CNC strojů Rámy obráběcích strojů Rám obráběcího stroje se skládá z několika základních částí lože, stojanu, příčníku a pomocných prvků. Záleží na konstrukci a provedení stroje, z kterých uvedených částí se rám stroje skládá. Na tuhosti, odolnosti proti opotřebení, dynamické stabilitě i stálosti tvaru těchto částí závisí přesnost obrábění. Při návrhu těchto částí musí konstruktér respektovat řadu hledisek a požadavků: - kvalitní materiál rámu - dobrá statická tuhost - vyhovující dynamická a tepelná stabilita - dobrý odvod třísek - malá hmotnost - dobré uložení na základ. Pro konstrukci rámu obráběcího stroje lze využít různé materiály, nejčastěji šedou litinu, ocel a ocelolitinu. V poslední době se začíná využívat i beton a polymer-beton. Při volbě materiálu na rám stroje se musí přihlížet k jeho technickým a provozním vlastnostem, které musí stroj splnit. MATERIÁLY PRO RÁMY OBRÁBĚCÍCH STROJŮ: 1. Odlitky z šedé nebo tvárné litiny - ekonomicky výhodné pro vyšší série výroba forem - omezení variability tvarů a přechodů, pouze jednoduché tvary - lepší tlumení než ocel - nevhodné pro malé série vzhledem k ceně forem - lepší obrobitelnost než ocel - malý modul pružnosti - vyšší hmotnost než svařená konstrukce OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 7 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

8 2. Svařence z oceli třídy 11 - ekonomicky výhodné pro - malé materiálové tlumení kusovou výrobu - lze konstruovat velmi složité - horší obrobitelnost než u tvary strojů a velké přechody litiny, komplikovanější tloušťek stěn a konstrukce zaškrabávání žebrování - vysoký modul pružnosti - větší vnitřní pnutí než u litiny 3. Přírodní žula (granit) - pro velmi přesné stroje - mikrofrézování - bez vnitřních pnutí - náročná výroba všech ploch broušením - dokonalá rozměrová stálost - komplikované spojování s ostatními dílci stroje - tlumí stejně jako šedá litina - omezené možnosti změny hotové konstrukce 4. Polymer-beton - ekonomicky výhodné pro větší série strojů - lze konstruovat velmi složité tvary strojů - možnost do dílce integrovat elektrické rozvody i ocelové části - nákladná výroba formy - komplikované spojování s ostatními částmi stroje - problematické obrábění rámy se musí odlévat nahotovo 5. Vláknové kompozity na bázi uhlíkových vláken - vynikající modul pružnosti - nákladná výroba, složité ruční vrstvení materiálů - vysoké hodnoty tlumení - vysoká cena použitých materiálů - nízká nebo nulová teplotní roztažnost - komplikované spojování s ostatními částmi OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 8 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

9 6. Keramika na bázi Al a Si - velmi nízká tepelná - vysoké náklady na roztažnost výrobu - možnost třískového - omezené rozměry dílců obrábění polotovarů - vynikající rozměrová stálost - vysoká hmotnost 7. Vysokopevnostní beton HPC - nízká tepelná vodivost - neznalost techniků jak navrhovat konstrukci, neznalost výpočtů pevnosti - vysoká schopnost tlumení - dlouhodobé neověření v praxi - výroba složitých tvarů již při pokojové teplotě - do betonu lze zalévat různé vestavěné ocelové prvky - je alternativou ke kovovým částem strojů 8. Hybridní struktury a materiály - jedná se o složení dílce z více materiálů tak, aby byla zaručena vyšší pevnost a stabilita součástí. Mohou to být např.: odlitek z šedé litiny vyplněný pískem (vynikající tlumení) ocelový svařenec vystužený uhlíkovým laminátem kombinace oceli a hliníkové pěny (viz. obr) - možnost dosažení specifických vlastností dílců v závislosti na jejich použití - nižší náklady při výrobě úspora drahých materiálů - někdy nižší hmotnost - vyšší náklady na vývoj, vysoké nároky na konstruktéry - nutnost kombinovat technologii přípravy a zpracování materiálů OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 9 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

10 3.2.2 Vřetena obráběcích strojů Úlohou vřetena je zaručit obrobku (u soustruhu) nebo nástroji (u frézky a vrtačky) otáčivý pohyb. Vřeteno je u obráběcích strojů ukládáno do valivých ložisek, obvykle do dvou radiálních a jednoho axiálního. Konec vřetena, který vyčnívá ze skříně vřeteníku, se nazývá přední konec a je vhodně upraven pro nasazení nebo upnutí nástroje či obrobku. Vřeteno představuje ve skladbě obráběcího stroje jeden z nejdůležitějších článků, proto jsou na jeho konstrukci kladeny vysoké požadavky: - vysoká přesnost chodu radiální i axiální házení - dokonalé vedení vřeteno nesmí měnit polohu v prostoru, mění-li jeho zatížení směr a smysl - vřeteno musí být dostatečně tuhé - v uložení vřetena musí být možnost po opotřebení vymezit vůle. Vřeteno CNC obráběcího stroje musí zaručit prostorovou stabilitu osy a přenášet zatížení při velmi vysokých otáčkách. Proto se musí volit dostatečně široká ložiska, která přenášejí zatížení, jejich velikost se určuje výpočtem. Vřetenová ložiska se musí dostatečně mazat plastickým mazivem a olejem, aby se: - snížilo tření a tím i opotřebení ložiska - odvádělo teplo od vřetena - snížila poruchovost stroje Metoda mazání závisí na konkrétních provozních podmínkách stroje. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 10 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

11 Obr. Vřeteník - magneticky uložené vřeteno s motorem CHLAZENÍ Aby se vřeteno při práci příliš nezahřívalo, tak se u moderních konstrukcí používá pro snižování teploty některé z následujících opatření: 1. Chlazení vřetene proudícím olejovým pláštěm 2. Chlazení vřeteníku průchodem oleje přes chladící kanálky OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 11 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

12 MORFOLOGIE VŘETENÍKU OBRÁBĚCÍHO STROJE K přenosu řezného výkonu na nástroj musí být vřeteno spojeno s náhonovým servomotorem. Toho lze docílit třemi způsoby: a) Přímý náhon používá se pro vysokorychlostní obrábění, je dynamicky stabilní. b) Náhon s vloženým ozubeným převodem pro přenos velkých výkonů bez prokluzu řemene. U brousících strojů se používají ploché řemeny, protože nejsou zdrojem vibrací a nepřenáší vibrace na vřeteno od el. pohonu stroje. c) Elektrovřeteno je tvořeno rotorem, který se lisuje na vřeteno. Ve vnějším plášti je vinutí s chlazením. Obr. a) Přímý náhon b) Náhon s vlož. převodem c) Elektrovřeteno UPÍNÁNÍ NÁSTROJŮ Pro upnutí nástroje ve vřetenu se používají nástrojové držáky s různým zakončením: kuželová stopka ISO (kuželovitost 7:24) viz. obr. krátká kuželová stopka HSK (kuželovitost 1:10) válcová stopka (méně často) speciální profil (např. trojúhelníkový Sandvik Coromant Capto) - viz. obr. Základní rozdíl mezi ISO stopkou a HSK stopkou je v tom, že ISO stopka má mezi čelem vřetena a stopkou vůli, zatímco HSK stopka dosedá na čelo vřetena. Výhodou HSK upnutí je, že zvyšující se otáčky způsobují lepší a bezpečnější upnutí nástroje vlivem působení odstředivých sil na kleštinu. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 12 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

13 3.2.3 Pohonné a převodové jednotky Hlavním úkolem této časti stroje je transformace dodávané formy energie, nejčastěji elektrické energie ze sítě, na takovou formu energie, aby mohl stroj konat samotný obráběcí proces, nejčastěji řezný cyklus v podobě ubírání třísek. K dosažení těchto cílů je třeba mnohdy spousta konstrukčních prvků např. motorů, převodových systémů, spojek atd. Obr. Členění hlavních pohonů obráběcích strojů Podle individuálních požadavků uplatnění je třeba rozhodnout o vhodné volbě principu pohonu. Ve stroji jsou pak tři zásadní kategorie pohonu : pohony vřeten pohony posuvů pomocné pohony Každý druh těchto pohonů má různé nároky, příkladem mohou být mechanické vlastnosti jako dynamika, tuhost Pro efektivnější využití pohonné jednotky, kdy stroj pracuje v různých pracovních cyklech (př.: hrubování nebo obrábění na čisto) je třeba upravit dodávané otáčky motoru až po výsledný relativní pohyb nástroje vzhledem k obrobku, který se děje při různých rychlostech. Tento úkol zastávají převodové systémy obráběcích strojů. Mezi základní dva principy převodových mechanismů řadíme systém se stupňovitou změnou otáček anebo systém s plynulou změnou otáček. Podle konstrukčního provedení se převodové systémy v obráběcích strojích dělí na: převodové systémy ozubenými koly převodové systémy řemenové převodové systémy kombinované převodové systémy pro plynulou změnu otáček OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 13 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

14 3.2.4 Lineární posuvové soustavy Lineární pohyby jsou jedním ze základních pohybů obráběcích strojů, a to formou hlavních řezných pohybů nástroje nebo obrobku (ve směru řezné rychlosti), posuvů nebo přísuvů (ve směru kolmém k řezné rychlosti), anebo pomocných pohybů (přiblížení nástroje k obrobku před započtením práce, oddálení po skončení, přemísťování částí stroje atd.) V současné době se využívá při stavbě obráběcích center pro realizaci posuvu elektromechanická posuvová soustava nebo náhon lineárními servomotory. Elektrický servomechanismus je regulační soustava tvořená: - elektromotorem - výkonovým polovodičovým měničem pro napájení a řízení motoru - regulátorem pro řízení polohy, resp. otáček - snímače rychlosti, resp. polohy. Při regulování polohy CNC strojů se využívá tzv. vlečná regulace, kdy regulovaná veličina s časovým zpožděním sleduje zadávanou řídící veličinu. Řídící systém (ŘS) říká, kam mají saně dojet. Nejprve je vydán povel na kterou souřadnici (polohu). Skutečnou polohu sleduje přímé nebo nepřímé odměřování. Odtud jde signál do porovnávacího členu (regulátoru polohy), kde je srovnána skutečná poloha s žádanou. Pohon začne generovat tzv. sledovací (polohovou) odchylku. Rychlost pohybu saní je přímo úměrná konstantě Kv a polohové odchylce (žádaná minus skutečná poloha). Požadovanou polohu X POZ vypočítává CNC řídící systém. Odměřování polohy udává skutečnou polohu stolu obráběcího stroje X SK. Regulátor polohy pak vypočítá OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 14 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

15 regulační odchylku ΔX = X POZ - X SK a dává pohonu signál o požadované rychlosti V POZ. Tato rychlost je přímo úměrná rychlostnímu zesílení K V a regulační odchylce. Čím větší je nastaveno rychlostní zesílení, tím pohon reaguje rychleji. Tachodynamo dává informace o skutečném stavu otáček, pokud se liší od požadovaných, tak regulátor otáček generuje požadavek na zvýšení proudu I POZ, který je porovnáván se skutečnou hodnotou I SK. Když je dosaženo polohy X POZ, motor se zastaví. Obr. Skladba lineární posuvové soustavy KULIČKOVÝ ŠROUB A MATICE Využije-li se pro náhon kuličkový šroub a matice, vyvozuje motor rotační pohyb, který je přes kuličkový šroub transformován na přímočarý pohyb. V provedení posuvového systému se vyskytují dva případy: Provedení A šroub se otáčí a matice stojí Provedení B matice se otáčí a šroub stojí někdy může otáčivý pohyb vykonávat šroub i matice. Aby se zmenšilo opotřebení závitů, umožnilo se vymezení vůle a zlepšila se účinnost, zavádějí se šrouby a matice se třením valivým. V závitech mezi šroubem a maticí obíhají kuličky, jejich účinnost je 90% nebo i vyšší. Závity jsou kalené a broušené, vyrobené s vysokou přesností (dovolená úchylka obvykle 0,002mm na 100mm). OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 15 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

16 Přednosti kuličkového šroubu a matice: vysoká účinnost minimální oteplování během provozu možnost úplného odstranění vůle malé opotřebení vysoká životnost potlačení vzniku trhavých pohybů možnost převodu rotačního pohybu na přímočarý Servopohon lze na kuličkový šroub napojit několika způsoby: Přímo Ozubenými koly Řemenem Vložená převodovka OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 16 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

17 PASTOREK A HŘEBEN Pro pohony CNC pracovních strojů s dlouhými zdvihy je použití posuvových šroubů již nevhodné (tuhost, vysoké otáčky). Zde nachází výhodné uplatnění princip pohonu ozubeným hřebenem a pastorkem. Má proti šroubu a matici menší převod, menší tuhost, ale lepší účinnost. Díky vůli mezi pastorkem a hřebenem je nutné provést její vymezení. Vymezení vůle je možné provést více způsoby: mechanicky pružinou hydraulicky náhon posuvu dvěma motory Použití: Tam, kde svými rozměry končí výrobní možnosti kuličkových šroubů a kde jsou velké přesouvané hmoty (u velkých strojů). ŠNEK A ŠNEKOVÝ HŘEBEN Tento mechanismus lze uplatnit ve dvou variantách: A ) Šnek je vytvořen po celé délce zdvihové časti hřídele a s ním je ve styku šnekový hřeben připevněný ke stolu. Při chodu se hřeben pohybuje po šnekovém hřídeli, jak je znázorněno na obr. A OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 17 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

18 B ) V tomto případě je hřeben uložen po celé délce stolu a šnek je vytvořen jen na části hřídele. Zde se nepohybuje hřeben po šneku, ale právě šnek proplouvá závitem v hřebeni, a tím dochází k pohybu stolu. Schéma provedení je znázorněno na obr. B Používá se u těžších obráběcích strojů, především u portálových frézek. Další možností šnekového převodu je hydrostatický šnekový hřeben. Ozubená šneková tyč je opatřena olejovými kapsami, do nichž je přiváděn tlakový olej pomocí přívodů dotlačovaných na boky ozubeného hřebenu, vždy jen do sekce kapes, které jsou v záběru se šnekem. Olej z kapes stéká volně přes šnek do sběrného žlabu pod šnekem. Pohon šneku je proveden ozubením od pastorku na hnací hřídeli spojené přímo s náhonovým motorem. Obr. Pohon hydrostatickým šnekem a šnekovým hřebenem OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 18 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

19 LINEÁRNÍ MOTOR Moderní technologické aplikace provozované na CNC obráběcích strojích se pohybují mezi dvěma krajními hodnotami: vysokorychlostní obrábění HSC a výkonné obrábění HPC. Požadavkům na stroje odpovídají i pohonné soustavy, zatímco pro HPC jsou vhodné spíše kuličkové šrouby, pro HSC lineární motor. Lineární motory jsou elektromotory konstrukčně uzpůsobené tak, že nemají žádný vložený převod jako jsou ozubená kola, řemeny, apod. Posuvovou sílu vyvozují přímo působením elektromagnetických sil na suport stroje. Elektromagnetická síla vzniká mezi pohyblivým primárním dílem (přišroubován ke stolu) a pevným sekundárním dílem (přišroubován k loži). Primární částí se u lineárních motorů zpravidla označuje stator, který je tvořen feromagnetickým svazkem z elektrotechnického plechu a vinutí je umístěno v jeho drážkách. Rotor je tedy sekundární díl, a jedná se o tu část, která je tvořena z permanentních magnetů které, jsou nalepeny na ocelovou desku. Je-li potřeba větší posuvová síla, tak se motory zdvojují. Jsou řízeny z jednoho napájecího zdroje a mají rovněž jedno společné odměřování polohy. Pohyblivá i pevná část motoru je vyrobena z feromagnetických materiálů, čímž vznikají přitažlivé síly, které musí zachycovat lineární vedení. Z funkčního hlediska jsou lineární motory založeny na stejném principu jako klasické rotační motory, avšak s konstrukční výjimkou, kde jsou permanentní magnety rozloženy po přímce ne do kružnice. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 19 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

20 Výhody: Rychlost posuvu ( mohou dosahovat rychlosti až 20m/s ) Velmi přesné polohování až 0,001 mm Opakovatelnost - kdy se můžeme vracet mnohokrát do referenčního bodu se stálou přesností Dynamika - lze dosahovat velmi vysokých hodnot zrychlení Nevýhody: Cena - jde o nákladný mechanismus oproti konvenčnímu převodovému řešení Přívod energie - je komplikované docílit schopnosti dodávat energii i při rychlém pohybu Složitost mechanické konstrukce - je zde složité vyřešit uchycení motoru Při konstrukci a stavbě CNC obráběcích strojů lze používat následující druhy vedení posuvových soustav: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 20 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

21 A) VEDENÍ KLUZNÉ Používají se dvě varianty vedení a to hydrodynamické a hydrostatické. Hydrodynamické vedení přiváděný olej vytvoří souvislý mazací film až za pohybu stroje, kdy vzniknou podmínky hydrodynamického mazání. Proto při rozběhu může dojít k poskokům a trhavým pohybům stroje. Obvykle se přiléhající vedení zhotovují ze dvou různých materiálů s rozdílnou tvrdostí. Materiály používané na vedení: šedá litina kalená šedá litina kalená ocel nejvyšší tvrdost i odolnost proti opotřebení umělé hmoty různého složení mají stále širší využití, pro své výborné třecí vlastnosti a prakticky i s nemožností zadření. Tenké desky z plastických hmot se na kovové části obráběcích strojů mohou přišroubovat, přinýtovat nebo přilepit. Vliv volby materiálu je při hydrodynamickém vedení velmi důležitý, protože při suchém a polosuchém tření jsou třecí vlastnosti a tím i velikost opotřebení velmi silně závislé na vlastnostech materiálů použitých na kluznou dvojici. Hydrostatické vedení jeho princip je založen na dodávce tlakového oleje mezi vodící plochy např. loží a saní, čímž je docíleno kapalinného tření. Při tomto vedení musí být na jedné z vodících ploch vytvořeny mazací kapsy, druhá plocha je hladká. Výhody hydrostatického vedení: velmi malé tření, až 1000krát menší než u hydrodynamického vedení se vzrůstem rychlosti stoupá třecí síla, což ovlivňuje stabilitu pohybu při malých rychlostech OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 21 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

22 vysoká tlumící schopnost ve směru kolmém na vodící plochy neexistuje vůle, protože všechny mezery jsou vyplněny vrstvou tlakového oleje, který má vysokou tuhost prakticky nulové opotřebení, protože pracovní plochy se nedotýkají ani za klidu vysoká tuhost vedení. Nevýhody hydrostatického vedení: nutnost speciálního čerpadla komplikovanější konstrukce stroje (rozvod oleje, ventily ) nutnost pečlivé filtrace oleje náročnější údržba a provoz. Na obrázku je znázorněno schéma otevřeného hydrostatického vedení. Olej od čerpadla o konstantním tlaku p č je veden přes škrtící ventil s konstantním odporem R o do tlakové jednotky vedení. Škrtící ventil sníží tlak na pracovní hodnotu p 1 a pod tímto tlakem je vytlačován z ložiskové jednotky mezerou h. Zmenší-li se vlivem zatížení tloušťka mezery a tím i vrstvy oleje, klesne odtok z odpovídající kapsy a tím stoupne tlak v kapse. Na zvýšení tlaku reaguje regulátor zvýšením přítoku oleje a udržuje tak konstantní šířku mezery. Protože se tlakem v jedné kapse vyrovnává vždy šířka mazací mezery na jedné rovinné ploše, musí být vytvořeny kapsy pro jednotlivé plochy, aby mohly být kompenzovány vlivy všech příčných sil. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 22 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

23 B) VEDENÍ VALIVÁ A PŘÍMOČARÁ Valivá vedení se používají u nejpřesnějších strojů. Jejich přednosti jsou podobné jako srovnání valivých a kluzných ložisek. Mají mnohem plynulejší posuvy i při rozjíždění a najíždění na požadovaný rozměr. Výhody valivého vedení: menší součinitel tření dlouhá životnost vysoká přesnost pohybu i při malých rychlostech Nevýhody valivého vedení: vysoká náročnost na přesnost výroby stroje větší rozměry než kluzné vedení menší schopnost tlumit chvění. Jako valivé tělíska se obvykle používají: - VÁLEČKY nejčastější, dobrá tuhost a přesnost - JEHLIČKY v provedení s prizmatickým vedením - KULIČKY má nejmenší únosnost, vodící plochy se musí obložit kalenými plechy V případech dlouhých vedení se valivé tělíska po výběhu ze zatížené dráhy vracejí zpět na začátek zatížené dráhy. Pro vedení kuliček po válcových plochách jsou kuličky umístěny ve válcových pouzdrech, které udržují kuličky v pravidelných odstupech od sebe. C) AEROSTATICKÉ VEDENÍ U aerostatického vedení se místo kapaliny používá stlačený vzduch. Toto uložení je se srovnání s hydrostatickým méně tuhé, proto OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 23 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

24 se používá jen u méně přesných strojů, převážně u měřících automatů. Změnou tlaku lze jednoduše korigovat vůli uložení a tím i vliv hmotnosti výrobku. Velkou výhodou je rovněž čisté prostředí a odpadají i starosti se zpětným odvodem vzduchu Odměřování polohy Pro odměřování polohy se používají snímače polohy, které jsou jejich nejdůležitější součástí, protože se podílejí na výsledné přesnosti polohování obráběcího stroje. Charakteristickým parametrem odměřování je jeho základní inkrement, což je jeho nejmenší rozlišitelná délková míra. Přímé odměřování používá se lineární snímač, který snímá skutečnou polohu stolu CNC stroje. Jezdec pravítka je spojen s pohybující se částí posuvové souřadnice. Nepřímé odměřování využívá se buď rotační odměřování polohy, což je snímač napojený přímo na konec kuličkového šroubu, nebo signálu z odměřování vestavěného přímo do servomotoru. Podle druhu získaných informací: Přírůstkové (inkrementální) odměřování polohy v sobě neuchovává informaci o poloze, kde se po výpadku el. energie nebo vypnutí stroje posouvaná část nachází. Proto je nutné po opětovném zapnutí najet zpět do referenčního bodu. Absolutní odměřování v sobě uchovává informace a není nutné znovu odměřovat referenční bod. Lineární měřící systémy Heidenhain pracují na principu fotoelektrického snímání jemných rastrů. Lineární odměřování pracuje se skleněným měřítkem opatřeným mřížkou. Perioda dělení mřížky je 10 nebo 20µm. Vlastní OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 24 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

25 mřížka sestává z rysek nepropouštějících světlo a mezer propouštějících světlo o stejné šířce. Na souběžné stopě se nacházejí i referenční značky. Snímací hlava obsahuje zdroj světla, který světelné paprsky nasměruje paralelně. Jakmile se začne pohybovat snímací hlava vůči měřítku, překrývají se střídavě mezery a rysky mřížky a snímací masky. Fotočlánky pak zaznamenávají změny světla a tmy periodicky a vytvářejí elektrické signály. Výstupem jsou dva sinusové signály fázově posunuté vůči sobě o 90. Současně je k dispozici referenční signál I e0. Laserové snímání polohy je založeno na principu laserového Dopplerova metru. Tento způsob se vyznačuje vysokým rozlišením 0,002µm, vysokou přesností, velkými délkami snímání a kompaktností (malými rozměry). Oproti tomu je nevýhodou, že zdroj laseru i zpětné zrcátko musí být dokonale krytovány, aby v dráze paprsku nebyly žádné nečistoty Rotační náhonové soustavy Jsou nedílnou součástí každého obráběcího stroje, který obrábí pomocí rotačního pohybu nástroje nebo obrobku. Ve stavbě CNC obráběcích strojů se používá dvou typů rotačních náhonových soustav podle toho, kterou kinematickou skupinu nahánějí: Konstrukční principy rotačních náhonových soustav jsou podobné jako u posuvových. Torzní motor si lze vysvětlit jako svinutí lineárního pohonu do kruhu. Desky stolu, který se má otáčet, se ukládají do speciálních ložisek (viz. obr.) OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 25 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

26 MORFOLOGIE ROTAČNÍ NÁHONOVÉ SOUSTAVY ODMĚŘOVÁNÍ POLOHY U ROTAČNÍ NÁHONOVÉ SOUSTAVY Automatická výměna nástrojů Systémy automatické výměny nástrojů mají za cíl v co nejkratším čase: odebrat stávající nástroj nastavit nový nástroj do potřebné polohy Na konstrukční provedení sestavy tvořící automatickou výměnu nástrojů jsou kladeny specifické požadavky, zejména pak: minimální čas cyklu výměny nástroje funkční spolehlivost s ohledem na četnost výměny optimální kapacitu zásobníků odolnost proti znečištění OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 26 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

27 ZÁSOBNÍKY NÁSTROJŮ Slouží pro bezpečné uložení a zajištění nástrojových jednotek v blízkosti pracovního prostoru a pro dopravu požadovaného nástroje do polohy pro výměnu. Podle konstrukčního uspořádání se zásobníky dělí na: a) Nosné zásobníky přenášejí řezné síly od nástroje do rámu stroje a jsou obvykle tvořeny revolverovou hlavou. Nástroje v těchto zásobnících mohou být jak soustružnické tak rotační. Typické použití je hlavně u soustruhů. Mohou být ve stroji situovány se svislou i vodorovnou osou otáčení. revolverová hlava je tvořena n-bokým hranolem (podle počtu nástrojů). Nosné zásobníky se vyznačují menším počtem nástrojových míst. Mají malé rozměry a proto jsou umísťovány přímo na stroji, takže nezvětšují půdorysnou plochu stroje. Nástroj, vřeteno s nástrojem nebo vícevřetenová hlava jsou pevně uchyceny na zásobníku, který musí přenášet řezné síly při obrábění. b) Skladovací zásobníky nepřenášejí řezné síly a slouží pouze ke skladování nástrojů. Skladovací systémy je možné rozdělit podle kapacity zásobníku na systémy s maloobjemovým zásobníkem (do 40 nástrojů) a systémy s velkoobjemovým zásobníkem (až 250 nástrojů). Rozeznávají se následující typy výměn u skladovacích zásobníků: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 27 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

28 přímá pick-up zásobník výměník vřeteno zásobník manipulátor výměník vřeteno výměny celých vícevřetenových hlav Obr. Kruhový zásobník nástrojů (pick-up) Řetězový zásobník nástrojů PŘÍMÁ VÝMĚNA předpokládá, že je zásobník technologického příslušenství dostupný samotnému stroji. Takovýto zásobník může být stacionární nebo pohyblivý. Pracovní vřeteno nejprve odloží původní nástroj do zásobníku, otočením zásobníku se do osy vřeteny dopraví nový nástroj, který si odebere a upne pracovní vřeteno vlastními mechanismy. Celkový čas výměny trvá v řádech vteřin (obvykle 5s). c) Kombinovaná výměna spojuje výhody skladovacích a nosných zásobníků. Zpravidla mají jeden nebo více zásobníků se skladovací funkcí a jednu nebo více nástrojových či vřetenových hlav. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 28 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

29 3.2.8 Automatická výměna obrobků U systémů s automatickou výměnou obrobků je obrobek zpravidla upínán na paletu mimo pracovní prostor během práce stroje, samotná výměna palet je pak realizována automaticky bez zásahu lidského činitele. U automatické výměny nástrojů jsou nástroje většinou do vřetena nebo na nosič nástrojů upínány na jednotné upínací plochy v jednotném držáku nástrojů. Při automatické výměně obrobků se používá podobného mezičlánku s jednotnými upínacími plochami mezi strojem a obrobkem. Ten se nazývá obrobková popř. technologická paleta. Použití palet při automatické výměně obrobků je vhodné u součástí skříňového a plochého tvaru a u rozměrnějších plochých a přírubových součástí. U malých a středních rotačních součástí a pro hřídelové obrobky všech velikostí se častěji používají k výměně obrobků manipulátory a roboty. U nově nabízených strojů na dnešním trhu lze sledovat tendence zvyšování kapacity zásobníků obrobků u jednotlivých strojů a také využívání manipulátorů a robotů pro manipulaci bez palet i s rozměrnějšími skříňovými obrobky. Požadavky, které jsou kladeny na systémy automatické výměny obrobků, jsou zejména co nejkratší čas na výměnu palet, dostatečně pevné a přesné upnutí palety na pracovním stole a v neposlední řadě také přesné ustavení a pevné upnutí obrobků různých tvarů k paletě. Podle konstrukce systémů výměny obrobků je lze rozdělit do tří základních skupin: A) Systémy automatické výměny obrobků s paletami Stroje používající při výměně obrobků palet mívají zpravidla jeden pracovní stůl s upínačem palet, na kterém probíhá výměna. Ta může probíhat za pomoci dvou manipulačních stolů, jak je zobrazeno na obr. Tento systém se používá v praxi v několika různých modifikacích. Všechny však mají následující postup výměny: po dokončení obrábění na jednom obrobku přejede stůl do krajní polohy a upínací zařízení uvolní paletu, která je potom vysunuta s hotovým obrobkem na volný první manipulační stůl. Prázdný stůl přejede do opačné krajní polohy, kde na druhém OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 29 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

30 manipulačním stole je připraven na druhé paletě nový obrobek, paleta je přesunuta manipulačním zařízením na stůl stroje a upnuta. V zobrazeném příkladě probíhá výměna v jedné poloze pracovního stolu stroje a po uvolnění je paleta s hotovým obrobkem přesunuta manipulačním zařízením do zásobníku palet a tím uvolní cestu pro druhou paletu s novým obrobkem, který je stejným způsobem upevněn na pracovní stůl stroje. Jiným způsobem zajišťující výměnu palet může být výměna pomocí otočného dvojstolu. Výhodou těchto systémů je, že se obsluha palet provádí stále z jednoho místa, a že pracovní stůl stroje ve většině případů nevykonává žádné manipulační pohyby. Výměna palety je provedena otočením stolu o 180, obrobky jsou přímo upínány na stůl stroje. B) Systémy automatické výměny obrobků bez palet U těchto systémů se nepoužívají palety, obrobek je vyměňován přímo na pracovním stole stroje nebo v upínači vřetena. Tyto systémy se mohou objevovat u strojů se dvěma a více vřeteny či pracovními stoly. Zajímavé řešení v této skupině výměny obrobků nacházíme u firmy Hermle (viz. obr.). Jde o stroj s čtyřpolohovým bubnem, na němž jsou upnuty obrobky. C) Systémy automatické výměny obrobků s roboty či manipulátory Tyto systémy se dříve výhradně používaly u strojů s jedním vřetenem nebo pracovním stolem převážně pro rotační obrobky malé a střední velikosti. Dnes se stále častěji používají i pro manipulaci skříňových obrobků a palet. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 30 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

31 4. CNC SOUSTRUŽNICKÉ STROJE Soustružnické stroje patří do nejrozsáhlejší skupiny obráběcích strojů, používají se pro obrábění rotačních součástí. Lze na nich obrábět vnější i vnitřní rotační plochy válcové, kuželové, tvarové, čelní rovinné plochy, řezat závity, vrtat, vyvrtávat, vystružovat, kopírovat a brousit. Pro soustružnické stroje je charakteristický rotační hlavní řezný pohyb dosahovaný otáčením obrobku. Zásadním konstrukčním problémem je tedy spojit obrobek s rotující činnou částí obráběcího stroje a přenést na něj točivý moment od systému hlavního pohonu. Na přesnosti uložení rotující činné části (vřetena, upínací desky) soustružnického stroje, její statické tuhosti, tvarové přesnosti a statické tuhosti jejího uložení podstatně závisí přesnost práce. Nástroj (nejčastěji soustružnický nůž) musí být upevněn k jiné pohyblivé části stroje, vyměňován a nastavován a pohyblivou částí veden rovnoběžně, kolmo nebo různoběžně vzhledem k ose rotace obrobku. 4.1 Soustružnické stroje s vodorovnou osou rotace Rozdíl mezi soustružnickým strojem a obráběcím centrem je v tom, že soustružnické centrum musí umožňovat: - různé technologické operace (vrtání, frézování, soustružení) - automatickou výměnu nástrojů - práce v automatickém cyklu Obráběcí centrum je tedy takový obráběcí stroj, na němž lze z velké části anebo úplně obrobit různé součásti pokud možno při jednom upnutí. Ke splnění předepsaných obráběcích operací probíhajících v technologickém sledu za sebou jsou nástroje připraveny v zásobníku náležejícím ke stroji a samočinně jsou vyměňovány. Přitom lze u některých koncepcí použít také automatickou výměnu výrobků. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 31 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

32 A) SOUSTRUH MASTURN 70 CNC KOVOSVIT MAS Univerzální hrotový soustruh s CNC řízením. Umožňuje obrábění pomocí automatických cyklů s podporou CNC systému. Ty pracují na bázi pevných cyklů. Stroj je vhodný zejména pro přesné soustružení tvarově náročných povrchových, čelních i vnitřních ploch při konstantní řezné rychlosti, ale i pro vrtání středových otvorů a řezání vnějších i vnitřních závitů. B) SOUSTRUŽNICKÉ CENTRUM MORI SEIKI SÉRIE NL - pohled na hlavní části stroje bez krytu OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 32 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

33 - pohled na stejný stroj opatřený kryty - schéma téhož stroje Kryty jsou konstruovány tak, aby se po jejich jednoduché demontáži získalo co největší přístupové místo pro údržbu nebo servisní práci. Při demontáži pravého bočního krytu není nutné demontovat pneumatický systém. Tyto stroje vynikají vysokou tuhostí a přesností. Jsou určeny pro široký sortiment obrobků. Na tomto stroji je aplikován princip BMT, což vede k tomu, že revolverová hlava se stává tuhou a vede to též ke zvýšení tuhosti spojení hlava - držák nástrojů. Tímto konstrukčním provedením se tuhost nástrojového držáku zvedla na 180 % původního řešení. Skrz vřeteno lze prostrčit materiál o průměru mm podle velikosti stroje. Na stroji byly rozšířeny vodicí plochy pro lepší přenos zatížení z hlavních prvků (vřeteník, koník, suport). Stroj může být dodáván v provedení s hlavním vřetenem a protivřetenem anebo s koníkem. DRŽÁK ROTAČNÍCH NÁSTROJŮ OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 33 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

34 Tento stroj je opatřen technologií BMT což je úprava stroje, při které je motor přímo spojený s vřetenem rotačního nástroje. Tato technologie přináší řadu výhod: velký frézovací výkon u soustružnických strojů s BMT technologií se frézovací výkon blíží výkonu standardních frézovacích strojů. Na nástroj se přenáší 100% výkonu motoru. Díky odstranění mechanických převodů odpadá riziko jejich poškození při případné kolizi a tím servisní náklady. menší vibrace - velikost rozsahu vibrací u BMT nástrojové hlavy je 3x menší než hlavy konvenční, což má také pozitivní vliv na délku životnosti nástroje a tím nákladů na výrobu. větší přesnost obrábění - kromě snížených vibrací je přesnost obrábění zvýšena také díky tuhému uložení rotačních nástrojů, jejichž poloha je na nástrojové hlavě zajištěna pomocí tří přesných per. nižší teplota - nárůst teplot nástrojové hlavy s BMT technologií je 10x menší než u nástrojové hlavy konvenčního stroje, protože vznikající teplo je efektivně odváděno olejovým chlazením pláště motoru. 4.2 Svislé soustruhy karusely Svislé soustruhy se dělí na jednostojanové a dvoustojanové. Skládají se z jednoho nebo dvou stojanů, příčníku, lože s otáčející se upínací deskou, jednoho nebo dvou příčníkových suportů, stojanového suportu a z horní příčky, která spojuje oba stojany. Na příčníku je uchycen suport, který nese smykadlo a na smykadle je nožová hlava. Základním parametrem svislých soustruhů jsou největší průměr soustružení a největší výška soustružení daná vzdáleností mezi upínací deskou a nožovým držákem při nejvyšší poloze příčníku. Upínací deska je nejnáročnější částí karuselů. Uložení upínací desky může být kluzné, valivé, kombinované nebo hydrostatické. Upínací desky do průměru 4000mm jsou celistvé, nad tuto hodnotu se vyrábějí dělené. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 34 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

35 Smykadlo suportů má zpravidla čtyřboký profil a je vybaveno nožovou hlavou (držákem). U některých strojů je jeden ze suportů vybaven revolverovou nožovou hlavou. Při obrábění dlouhých ploch je smykadlo značně vyloženo a nadměrně namáháno, smykadlo je nejslabší část celého svislého soustruhu. SVISLÉ SOUSTRUHY ŘADY SKG výrobce TOS HULÍN Svislé soustruhy řady SKG jsou vyráběny s průměrem upínací desky 4000, 5000 mm. Hlavní přednosti svislých soustruhů řady SKG: obrábění těžkých rozměrných obrobků velký rozsah pojezdu suportů zvyšuje variabilitu použití strojů variabilní koncepce výměny nástrojů a nástrojových držáků. Nástroje a nástrojové držáky jsou uloženy v kotoučových zásobnících. Progresivní způsob automatické výměny nástrojů umožňuje pokrýt široké spektrum operací. Stroje lze osadit nástrojovými držáky s klasickými noži 50x50 mm nebo držáky umožňujícími automatickou výměnou řezných hlavic různých výrobců. Stroj lze vybavit třetí řízenou osou C a náhonem rotačních nástrojů. Na přesnost stroje má příznivý vliv termosymetrická konstrukce rámu stroje. Základní technické parametry SKG Max. průměr čelního a obvodového soustružení mm Max. průměr obrobku mm Max. výška obrobku mm Max. hmotnost obrobku kg Průměr upínací desky mm OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 35 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

36 5. MULTIFUNKČNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRA Jsou to stroje vybavené vřetenovou nástrojovou hlavou, do které můžou být upnuty jak pevné nástroje, tak i nástroje poháněné. Tato nástrojová hlava se často doplňuje ještě revolverovým nosným zásobníkem nástrojů, který kromě upínání nástrojů plní funkci koníku popř. lunety. Multifunkční stroje jsou často osazovány protivřetenem. Umožňují většinu obráběcích operací (soustružení, vrtání, vyvrtávání, frézování, broušení i výrobu ozubení odvalovacím způsobem). Stroje jsou vybaveny zásobníkem nástrojů a zařízením pro jejich výměnu. Jsou konstruovány s vodorovnou osou otáčení vřetena s obrobkem. MULTIFUNKČNÍ STROJ INTEGREX e-410h-s II - Mazak INTEGREX je multifunkční stroj vybavený pouze vřetenovou hlavou. Nástroje jsou skladovány v řetězovém zásobníku. Do zásobníku se vejde 40 nástrojů (poháněné i pevné). Tato varianta stroje je vybavena protivřetenem. Pro řízení je použit řídicí systém Mazatrol MATRIX. Součástí stroje je informační terminál e-tower, který schraňuje všechny informace o obrábění, umožňuje sledování provozu stroje pomocí mobilního telefonu. K němu mohou být připojeny kamery sledující pracovní prostor stroje. Stroj je vybaven funkcí minimalizující vibrace. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 36 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

37 6. CNC FRÉZOVACÍ STROJE Frézovací stroje patří mezi nejrozšířenější a nejvýkonnější obráběcí stroje. Jsou určeny pro obrábění ploch rovinných, tvarových, šikmých, obrábění drážek, zubů ozubených kol a závitů. Vzhledem k proměnlivé řezné síle při frézování jsou kladeny vysoké požadavky na statickou a dynamickou tuhost všech částí rámu i pohonů frézovacích strojů. Frézovací stroje mohou být doplněny zásobníkem nástrojů a palet s jejich automatickou výměnou. 6.1 Konzolové frézky CNC konzolové frézky mají obvykle dva směry pohybu obrobku (svislý konzoly a její podélné přesouvání), příčný posuv bývá realizován nástrojem. Tento typ strojů se poslední dobou nahrazuje stroji, ve kterých se vřeteník s nástrojem pohybuje ve třech osách. 5TIOSÁ UNIVERZÁLNÍ KONZOLOVÁ FRÉZKA DMU 60MONOBLOCK Frézka má otočnou vřetenovou hlavu, čímž vznikne 4. osa A a otočný upínací stůl, jehož rotací vznikne 5. osa B. Pohyb v ose Z a X vykonává vřeteník. Konzola se tedy pohybuje pouze v ose Y. Tento stroj je určen pro obrábění menších tvarově složitých obrobků jako jsou malé formy, zápustky atd. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 37 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

38 6.2 Stolové frézky Jsou novějším typem frézek, jejich velkou předností je možnost upínání rozměrnějších a těžších výrobků. Svislý pohyb vykonává vřeteník, vřeteno může mít vodorovnou i svislou osu rotace. Jsou podstatně tužší a pracují s vyšší přesností. U moderních stolových frézek vykonává stůl s obrobkem pouze pohyb v jedné ose podélné souřadnici X a ostatní pohyby vykonává vřeteník s nástrojem. Dále se stále častěji používá vřeteník s otočnou hlavou, která umožňuje nastavení vřetena v automatickém cyklu. Na frézce této koncepce (bez křížového stolu) jsou pohyby rozděleny následovně: obrobek pohyb ve směru osy X nástroj pohyb v ose Z a Y Tyto stroje se koncepčně blíží vyvrtávacím strojům, proto se pro ně používá i označení Frézovací a vyvrtávací stroj. Obr. Stolová CNC frézka DMC 635 V výrobce Gildemeister Vodící plochy stolových CNC frézek jsou bohatě dimenzovány a řešeny zpravidla na principu kalených delších vodících ploch s protiplochou vytvořenou obložením litinového stolu umělou hmotou. Docílí se tím dobrých dynamických vlastností stroje, neboť kluzné vedení s obloženou plochou OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 38 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

39 má velmi dobré tlumící účinky. Kromě automatické výměny nástrojů jsou některé stroje vybaveny systémem výměny vřetenových hlav. Tato konstrukce zvyšuje technologickou užitnost a univerzálnost stroje a umožňuje provádět obrábění tvarově složitých součástí. Některé frézovací hlavy mohou být otočné v různých směrech, čímž vzniknou další řízené osy. Na obrázku je frézovací centrum výrobce Soraluce, na kterém je možnost vyměňovat vřetenové hlavy. Další možností jak zvýšit univerzálnost stroje, je použití CNC řízeného rotačního stolu nebo stolu naklápěcího. Takovýto stroj je například horizontální frézovací centrum H 63 výrobce Tajmac-ZPS. Výrobce vyrábí kromě jednodušší verze s otočným stolem (čímž vznikne 4. osa A) i pětiosou verzi se stolem otočným a zároveň naklápěcím, tím vznikne 5. osa B Pohyby na 5tiosé verzi jsou následovné: osa X otočný a sklopný stůl osa Y vřeteník osa Z stojan osa A rozsah naklápění stolu osa B rozsah otáčení stolu OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 39 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

40 Vřetenové naklápěcí hlavy Vřetenové hlavy se používají na strojích, kde potřebujeme větší přístupnost nástroje (více řízených os). Příkladem použití na menších strojích může být frézování forem, zápustek nebo turbínových kol. Na frézkách pro menší obrobky se většinou konstruuje rotační stůl a naklápěcí hlava, čímž dostaneme 5 řízených os. Největší využití mají vřetenové hlavy na portálových a rovinných frézkách, kde není možnost naklápění stolu. Použití vřetenových hlav umožňuje řízení ve více osách, ale jejich konstrukce má menší tuhost, proto se používají pro menší úběry materiálu a dokončovací operace. Pohony přídavných os mohou být řešeny převody ozubenými koly, v současné době se ale spíše používá speciálních motorů integrovaných v přídavné ose rotace přímo ve vřetenové hlavě (přímý náhon osy). Vřetenové hlavy portálových frézek se často konstruují jako výměnné, a to v mnoha variantách. Výměna se provádí ručně nebo automaticky, což umožňuje volbu optimální hlavy pro danou operaci. Připojení vřetenové hlavy na vřeteník musí být tuhé a přesné a pro tento účel se využívá spojení Hirthovým ozubením (spojka s čelními zuby). Pro hlavní pohon se používají nejčastěji elektrovřetena. Na obrázku jsou některé z nabízených vřetenových hlav výrobce portálových a stolových frézovacích center Zimmerman. Pro všechny frézovací hlavy dodává OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 40 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

41 výrobce výměnná vřetena (hrubovací, dokončovací a univerzální), která lze mezi sebou vyměňovat. Vřetenová hlava M3 ABC má 3 řízené osy. 6.3 Portálové frézky Rovinné frézky jsou určeny pro obrábění obrobků velkých rozměrů. Staví se pro šířky stolu od 800 mm do 4000 mm (u portálových až 24m), často jsou řešeny stavebnicově a mají CNC řízení. Rovinné frézky se vyznačují velkým výkonem a při dokončovacích operacích se jimi dosahuje vysoké geometrické přesnosti obrobených ploch. Z těchto důvodů se dnes místo hoblovek používají tyto stroje. Rovinné frézky se dělí na portálové (spodní gántry, horní gántry) a rovinné frézky s pohyblivým stolem. Portálové frézky jsou nejčastěji používané. Jsou vhodné pro obrábění zvlášť velkých (zejména dlouhých) obrobků. Základním prvkem portálových frézek je posuvný portál, který vykonává pracovní posuv. Na portále je umístěn vřeteník osazený vřetenovou hlavou. Obrobek je upnut na pevný nepohyblivý stůl, což umožňuje lepší manipulaci s rozměrnými obrobky. Stoly jsou dodávány v délkách 4000 až mm a bývají modulární koncepce, která je u nadměrně velkých strojů nezbytná. Výhodou portálových frézek je mimo jiné optimální využití pracovního prostoru s ohledem na zastavěnou plochu. Portálové frézky koncepce spodní gántry (viz. obr.) jsou zkonstruovány tak, že konzolu tvoří 2 pojezdové stojany spojené příčníkem. Oba stojany se pohybují v bocích stolu. Na příčníku je umístěn vřeteník s vřetenovou hlavou. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 41 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

42 Portálové frézky typu horní gántry (obr. ) mají na rozdíl od konstrukce spodní gántry oba stojany nepohyblivé, a to pevně spojeny se stolem. Stojany jsou po celé délce stolu a tvoří zdi. Na nepohyblivých stojanech se pohybuje pojízdný příčník s pohyblivým vřeteníkem. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 42 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

43 Rovinné frézky s pohyblivým stolem se používají zejména pro frézování svislých ploch kolmých k upínací ploše čelními frézovacími hlavami. Bývají osazeny otočnou vřetenovou hlavou. Nejčastěji se používají s výškově přestavitelným vřeteníkem (obr. ). OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 43 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

44 7. OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ: KAPITOLA 1: 1. Definujte pojem CNC obráběcí stroj. 2. Doplňte slovo ve větě: Všechny informace potřebné pro obrobení součásti jsou u CNC strojů zaznamenávány ve formě řady.. znaků. KAPITOLA 2: 1. Rozdělte CNC stroje podle počtu prováděných operací. 2. Rozdělte CNC stroje podle druhu prováděné práce. 3. Definujte pojem obráběcí centrum. KAPITOLA 3: 1. Popište následující části stroje a uveďte, k čemu se používají: - vřeteník - lože - suport 2. Popište části stroje na obrázku 3. Vyjmenujte materiály používané na rámy obráběcích strojů. 4. Jaké výhody a nevýhody má litina při použití na rámy obráběcích strojů? OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 44 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

45 5. Jaké výhody a nevýhody má vysokopevnostní beton při použití na rámy obráběcích strojů? 6. Proč se musí vřetenová ložiska vydatně mazat? 7. Popište obrázek, jaké jsou přednosti tohoto vedení? 8. Jaký je rozdíl mezi hydrodynamickým a hydrostatickým kluzným vedením? Vyjmenujte výhody a nevýhody obou uvedených metod. 9. Vyjmenujte výhody a nevýhody valivého vedení. 10. Doplňte slovo ve větě: Pro odměřování polohy se používají. polohy, které jsou jejich nejdůležitější součástí, protože se podílejí na výsledné přesnosti polohování obráběcího stroje. 11. Jaký je rozdíl mezi přímým a nepřímým odměřováním polohy? KAPITOLA 4: 1. K čemu se používají soustružnické obráběcí stroje? 2. Uveďte, o jaký typ soustruhu se jedná a popište jeho základní části. OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 45 Název projektu: Sbližování teorie s praxí

46 3. Doplňte slovo ve větě: Pro soustružnické stroje je charakteristický hlavní řezný pohyb dosahovaný rotací... KAPITOLA 5: 1. Co znamená pojem multifunkční obráběcí stroj? KAPITOLA 6: 1. K jakým technologickým operacím se nejčastěji používají frézky? 2. Vyjmenujte druhy frézovacích strojů (obecně). 3. Jaký je rozdíl mezi konzolovou a stolovou frézkou? 4. Na jaké obrobky se používají portálové frézky? 5. Popište obrázek: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 46 Název projektu: Sbližování teorie s praxí