MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2009 KAREL ŠPIŘÍK

2 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Vývoj technologií obrábění kovů Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Marta Ščerbejová, CSc. Vypracoval: Karel Špiřík Brno 2009

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci s názvem VÝVOJ TECHNOLOGIÍ OBRÁBĚNÍ KOVŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně. dne.. podpis autora......

4 PODĚKOVÁNÍ: Děkuji paní Doc. Ing. Martě Ščerbejové, CSc. Za odborné vedení a věcné připomínky při zpracování bakalářské práce.

5 ANOTACE V mé bakalářské práci se zabývám tématem,,vývoj technologií obrábění kovů. Popisuji obecnou terminologii v oblasti obrábění a následnou stručnou charakteristikou jednotlivých, tradičních obráběcích operací. V dalších kapitolách se již zabývám chronologickým vývojem obráběcí techniky, od počátku prvních NC strojů na trhu, až po nejmodernější obráběcí CNC centra. V mé práci jsem závěrem využil poznatků, aktuálně nejmodernějšího obrábění kovů za pomocí CAD/CAM systému. Klíčová slova: Terminologie obrábění, tradiční způsoby obrábění, historie obrábění, NC a CNC stroje, řídící systémy, obráběcí centra, modernizace obrábění ANNOTATION The topic of Advancement of metal cutting technology is the main subject of my bachelor s work. General terminology of cutting and resulting brief characteristics of separate conventional cutting procedures has been described. Chronological development of machine tools from first NC machines to the most modern cutting CNC machines is the subject of next one chapters. In conclusion I am utilizing knowledge about up-to-date the most modern cutting technologies using CAD/CAM systems. Key words: Cutting terminology, conventional cutting procedures, history of cutting, NC and CNC machines, control systems, cutting center, modernizing of cutting.

6 1. ÚVOD CÍL PRÁCE TEORIE OBRÁBĚNÍ Základní pohyby při obrábění Geometrie břitu Tvoření třísky Opotřebení nástroje Hospodárnost obrábění TRADIČNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ Soustružení Frézování Vrtání Hoblování a obrážení Protahování a protlačování Broušení VÝVOJ OBRÁBĚCÍ TECHNIKY Vývojové stupně NC strojů Současný stav ČÍSLICOVÉ ŘÍZENÉ OBRÁBĚCÍ STROJE (CNC) KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ SYSTÉMY ČÍSLICOVÉHO ŘÍZENÍ NC číslicové řízení CNC číslicové řízení CNC OBRÁBĚCÍ CENTRA Bezobslužné obráběcí stroje (BOS) MODERNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ CAD/CAM systém HSC obrábění v 5 osách ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 41

7 1. ÚVOD Strojní obrábění je nejrozsáhlejší části strojírenské technologie. První počátky spadají do doby již před dvěma miliony let, kdy člověk zručný vyrobil první kamenný nástroj, zde bychom mohli mluvit o startovní etapě obrábění kovů. Postupem doby se člověk s vyvíjejícím se rozumem snažil ulehčit práci a vymýšlel a stavěl různé obráběcí stroje (stroj na broušení skla, vrtačku, závitnici na řezání šroubů atd.). Systematický vývoj obráběcích strojů se datuje až od počátku 18. století a je charakterizován zejména požadavky na přesnost a jakost práce, ale také požadavkem na zvyšování počtu vyrobených součástí. S rostoucími požadavky na přesnost rozměrů, jakost obrobeného povrchu a výkon obrábění dochází také k vývoji nových technologií, jako např. frézování, vyvrtávání, výroba ozubených kol atd. a samozřejmě i k vývoji automaticky pracujících obráběcích strojů. Vývoj v oblasti výrobních strojů ve strojírenství je v současnosti z velké části dán využitím výpočetní techniky. Řízení a automatizace strojů při použití PC a softwarů zvyšuje zásadním způsobem jejich technickou hodnotu tím, že provádí rychle, přesně a spolehlivě opakované činnosti, nahrazuje člověka, tudíž zvyšuje produktivitu práce. 2. CÍL PRÁCE Cílem mé bakalářské práce na téma,, Vývoj technologií obrábění kovů je seznámit se základními obráběcími operacemi a především ukázat postupnou modernizaci obrábění až po žhavé novinky na trhu. 7

8 3. TEORIE OBRÁBĚNÍ Pří obrábění ubíráme z výchozího materiálu (polotovaru) částice materiálu ve formě třísky, abychom na něm vytvořili plochu žádaného tvaru, rozměru a jakosti.při obrábění se materiál odděluje ve formě třísky vzájemným pohybem břitu nástroje a obrobku, a to v určité hloubce obráběné plochy. (Němec K. 1972) Teorie obrábění zahrnuje rozbor studia mechanizmu tvoření třísky, studium tepelných jevů při obrábění, opotřebení břitu obráběcího nástroje, trvanlivost i životnosti obráběcích nástrojů a optimalizaci podmínek řezání. Nedílnou součásti tohoto předmětu jsou nejdůležitější aspekty spolehlivosti a diagnostiky stavu technologického systému stroj- obrobeknástroj. Vědeckou základnou nauky o obrábění je teorie řezání, tj. soustava poznatků, jimiž se řídí všechny procesy obrábění. Teorii řezání můžeme zhruba rozdělit na geometrii břitu nástroje, vlivy řezných úhlů, teorii o tvoření třísky, teorii o silách působících na břit a řezné podmínky. 3.1 Základní pohyby při obrábění Při obrábění se nástroj a obráběný předmět pohybují vzájemně proti sobě. Dráha je buď kruhová, přímočará, nebo probíhá ve křivce.výsledný pohyb se nazývá pohybem řezným a skládá se z pohybu hlavního a pohybu vedlejšího. Pohyby mezi nástrojem a materiálem můžeme rozdělit na tři základní: (Němec K. 1972) pohyb do řezu (pohyb řezný)- je hlavním pohybem, umožňuje oddělovat třísku z obráběného materiálu, Pohyb do řezu může konat materiál (soustružení a hoblování) nebo nástroj (frézování, vrtání, vyvrtávání, protahování), anebo nástroj i materiál (např. broušení nakulato). Rychlost pohybu do řezu nazýváme řeznou rychlostí. posuv- je pohyb nástroje nebo obráběného předmětu v kolmém směru na pohyb do řezu. Posuv umožňuje, aby se z předmětu mohly oddělovat třísky. Posuvy jsou podélné, příčné, svislé, kruhové aj. (Němec K. 1972) přísuv- je pohyb nástroje nebo obrobku, kterým se nastavuje nástroj do pracovní polohy a udává tzv. hloubku řezu. (Ščerbejová M. 1993) 8

9 3.2 Geometrie břitu Každé obrábění se uskutečňuje tím způsobem, že nůž odřezává z materiálu třísku břitem, který vytváří čelo nože a hřbet nože. Čelo nože je rovina, po které se odvaluje tříska. Hřbet nože je rovina odvrácená od obráběné plochy obrobku. Vedlejší břit je hrana, kterou vytváří průsečík čela s vedlejším hřbetem nože. Základna nože (jen u soustružnických a hoblovacích nožů) je rovina dříku nože, na niž se nůž pokládá do pracovní polohy. Nabroušením nože na požadovaný tvar a jeho nastavením vůči obrobku vznikají řezné úhly. (Němec K. 1972) Geometrický tvar řezného nástroje značně ovlivňuje řezný proces, zejména velikost řezných sil (deformace, tření), jakost obrobené plochy, trvanlivost nástroje (opotřebení). Proto se musí přesně definovat a hledat tvar optimální pro různé způsoby obrábění.(ščerbejová M. 1993) 3.3 Tvoření třísky Tlakem břitu a čela nože, které jsou do materiálu jistým tlakem a rychlostí vtlačovány, se materiál zpočátku deformuje: tlakem nože se vyvolá napětí, které se rovná pevnosti materiálu ve smyku, takže se částice deformovaného materiálu naruší a posunou. Tento postup se opakuje v pravidelných intervalech, a tak vzniká tříska. Podle druhu obráběného materiálu a podle řezných podmínek rozlišujeme při obrábění tři základní druhy třísek: a) Drobená tříska- tvoří se u křehkých materiálů. Má tvar drobných úlomků a šupin. Úlomky vznikají vylamováním drobných částic obráběného materiálu a způsobují méně hladký povrch. Vylamování materiálu je menší, zmenší-li se hloubka záběru a úhel čela a zvětší-li se řezná rychlost. b) Plynulá tříska- vytváří se v dlouhých ucelených pásech při obrábění houževnatých materiálů. Tento druh třísky je z hlediska řezných podmínek výhodný. Tříska se však navíjí do dlouhých spirál, které překážejí v práci, ohrožují dělníka a rychle zaplňují nádoby na třísky. c) Dělená (stříhaná) tříska- tvoří se při obrábění houževnatých materiálů menší tvrdosti v souvislém pásu oddělovaného materiálu, který je na straně odkloněné od nože přerušován lomy způsobenými deformací třísky. Z hlediska řezných podmínek je tento druh třísky výhodný, dává dobrou jakost opracovaného povrchu. (Němec K. 1972) 9

10 Při velkých rychlostech a velkém úhlu čela má tříska tvar pásky, při menších rychlostech a menším úhlu čela je tříska ve tvaru šroubovice, případně drobivá. (Ščerbejová M. 1993) 3.4 Opotřebení nástroje Při obrábění kovů vzniká mnoho tepla, takže břit se ohřívá na velmi vysokou teplotu Při dnešních velmi výkonných řezných podmínkách dosahuje teplota na povrchu břitu některých řezných nástrojů až 1000 o C. Tím se zmenší tvrdost nástroje, rychlost opotřebení jeho břitu přitom vzrůstá a jeho trvanlivost se zmenšuje. (Němec K. 1972) Schopnost nástrojových materiálů udržovat si velkou tvrdost při vysokých teplotách je proto jejich nejcennější vlastností. Čím vyšší je teplota, při níž si nástroj udržuje svou původní tvrdost, tím příznivějších řezných podmínek lze použít, a tím větší je produktivita práce. Při obrábění se opotřebovává čelo a hřbet nástroje.čelo se opotřebovává třením třísek, kdežto hřbet třením nástroje o řeznou plochu. Největší tlak je blízko ostří, kde je tzv. těžiště třísky na čelo. Dle opotřebení rozlišuje tři základní typy: v prvním případě je opotřebení jen na hřbetu nástroje. Na hřbetu nástroje se zpočátku objeví ploška, která nemá úhel. Postupně se ploška neustále zvětšuje. Se zvětšováním plošky se zvětšuje řezný odpor, zvětšuje se spotřeba výkonu a zhoršuje se jakost obrobené plochy. Při určité velikosti opotřebování se zhorší jakost obrobené plochy do té míry, že již nelze takovýmto nástrojem dále pracovat a je plně otupen. v druhém případě se nástroj opotřebí jak na hřbetu, tak i na čele. Na hřbetu je malá ploška bez úhlu a na čele je výmol. v třetím případě je opotřebení jen na čele nástroje, kde se vytvoří výmol, (Němec K. 1972) 3.5 Hospodárnost obrábění U hospodaření obrábění musíme počítat s několika faktory, který tento proces patřičně ovlivňují. Mezi jedním takovým činitelem patří trvanlivost, která charakterizuje odolnost nástroje proti opotřebení. Je dána dobou práce v minutách od naostření po otupení. Součet všech trvanlivostí nástroje dává životnost. Trvanlivost břitu závisí na mnoha činitelích: řezných podmínkách, geometrii břitu, materiálu nástroje i obrobku, řezném prostředí i způsobu obrábění. Optimální trvanlivost můžeme charakterizovat řezivost nástroje a obrobitelnost materiálu. 10

11 Řezivost nástroje je souhrn vlastností nástroje určující jeho vhodnost k obrábění a je tím lepší, čím větší je výkon nástroje při optimální trvanlivosti u materiálu stejné obrobitelnosti. Obrobitelnost materiálu je souhrn vlastností materiálu určující jeho vhodnost k obrábění a je tím lepší, čím větší úběr dovoluje při optimální trvanlivosti s nástrojem stejné řezivosti. (Ščerbejová M. 1993) Pro každý případ obrábění existují optimální řezné podmínky ( řezná rychlost, posuv, přísuv, hloubka řezu), při kterých se dosáhne úběru materiálu při minimálních nákladech. Určení těchto hodnot závisí na: technologických podmínkách, daných parametry obráběcího stroje, nástrojem, obrobkem a ekonomických podmínkách, daných optimální trvanlivostí nástroje. Při volbě optimálních řezných podmínek vycházíme z toho, že je výhodnější zvyšovat úběr materiálu zvětšováním průřezu třísky, než zvyšováním rychlosti. S růstem rychlosti se zvyšují teploty a snižuje trvanlivost nástroje. (Ščerbejová M. 1993) 4. TRADIČNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ 4.1 Soustružení Soustružení patří po vrtání mezi nejstarší obráběcí operace. Jeho vznik se datuje do 13. století. V současné době se více než třetina obráběcích operací provádí na soustruzích. Soustružení je obrábění rotačních ploch, zpravidla jednobřitým nástrojem. Hlavním pohybem při soustružení je otáčivý pohyb obrobku. Nástroj koná vedlejší pohyby, tj. podélný posuv, rovnoběžný s osou otáčení obrobku, a příčný posuv, kolmý k ose obrobku. Výsledkem podélného posuvu je válcová plocha, výsledkem příčného posuvu je čelní rovinná plocha. Koná-li nástroj oba posuvy současně, vzniká obecná rotační plocha. Kromě posuvu koná nástroj přísuv. Tímto pohybem, který probíhá před obráběním, se nastavuje požadovaná hloubka řezu. (Řasa J. 2005) 11

12 Tab. 1. Soustružení Nástroj (soustružnický nůž) Stroj (soustruh) Soustružnické práce Řezné podmínky Členíme dle různých hledisek: materiál břitu, konstrukce, směr posuvu, způsob obrábění, tvar stopky nože, druh obráběcího stroje. Soustruhy se dělí: hrotové, čelní, svislé, revolverové, poloautomatické, automatické a číslicově řízené (NC). Stavebními prvky soustruhu jsou: lože, suport, vřeteník, koník, převodovky otáček a posuvů a elektromotor. Soustružení, vrtání, vyhrubování, vystružování, řezání závitů závitníky, lze i pomocí přídavných zařízení brousit, frézovat. Mezi dokončovací operace patří pilování a leštění. D n Stanovení řezné rychlosti : v = π (m min -1 ) 1000 D. průměr obráběného materiálu (mm) n. otáčky obrobku (min -1 ) Volba posuvu: Volíme co nejvyšší, tak aby vyhovoval kritériím. - rychlost posuvu: v = s n (mm min -1 ) Hloubka řezu (přísuv): Volíme dle přídavku na obrábění. - hrubování 3 až 30 mm - obrábění načisto 0,5 až 2 mm - jemné soustružení 0,03 až 0,3 mm ( Řasa J. 2005) 4.2 Frézování Frézování je mladší způsob obrábění než soustružení. První stroje na frézování (frézky) byly zkonstruovány začátkem 18. století a dnešní podobu dostaly teprve koncem 19. století. Frézování je obrábění rovinných nebo tvarových ploch, vnitřních nebo vnějších, vícebřitým nástrojem. Při frézování koná nástroj hlavní řezný pohyb (otáčivý) a obrobek koná pohyb posuvný obvykle přímočarý, někdy otáčivý, nebo obecný pohyb po prostorové křivce. (Řasa J. 2005) 12

13 Tab. 2. Frézování Nástroj (fréza) Stroj (frézka) Frézovací práce Řezné podmínky Frézy lze členit dle různých hledisek: podle umístění břitu, dle tvaru zubů, podle průběhu ostří zubů frézy, dle upínání a podle konstrukce. Frézky lze rozdělit: konzolové frézky (vodorovné, svislé, univerzální, kopírovací), rovinné frézky, speciální frézky (na ozubení, závity, drážky, vačky) Zejména rovinné plochy, drážky, tvarové plochy, ozubená kola a závity. Stanovení posuvu na zub: s z v f = (mm) z n v f. posuv stolu frézky (m min -1 ) z. počet zubů frézy (neměl by klesnout pod 0,05 mm- projev poloměru ostří břitu) Posuv na otáčku: s o = s z (mm) z Řezná rychlost: viz. tab č.1 Hodnoty pro středně těžké obrábění s hloubkou řezu 4 až 6mm: - u hrubování může být hloubka řezu 4 až 6 mm - při obrábění načisto 0,5 až 2 mm (Řasa J. 2005) 4.3 Vrtání Historicky je vrtání jednou z nejstarších výrobních metod. Slouží ke zhotovení nebo zvětšení děr kruhového průřezu. Vrtání je obrábění vnitřních rotačních ploch, zpravidla dvoubřitým nástrojem. Hlavní řezný pohyb (otáčivý) i posuv ve směru osy vykonává nástroj. Zpřesnění a úpravu otvorů provádíme vyhrubováním, vystružováním a zahlubováním. (Řasa J. 2005) 13

14 Tab. 3. Vrtání nástroj Stroj (vrtačky) Práce na vrtačkách Řezné podmínky Vrtáky: kopinaté, šroubovité, středící, dělové vrtáky a vrtací hlavy Výhrubníky (tří nebo čtyřbřité s břity ve šroubovice): se stopkou, nástrčné Výstružníky: strojní, ruční, válcové, kuželové, rozpínací, stavitelné Záhlubníky: dvou či vícebřité nástroje s břity na čele. Vrtačky se dělí na: stolní, sloupové, stojanové, radiální, souřadnicové a speciální. Vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování, řezání závitů a srážení hran vyvrtaných děr. Řezná rychlost viz. tab č.1 je daleko menší než-li u soustružení či frézování v důsledku špatného odvodu tepla, to snižuje použití chladící kapaliny. Vedlejší pohyb: - vrtání šroubovitým vrtákem 0,03 až 1 mm ot -1 - vrtání hlavňovým vrtákem 0,005 až 0,04mm ot -1 - vyhrubování 0,2 až 2 mm ot -1 - vystružování 0,1 až 2 mm ot -1 - zahlubování 0,1 až 1,5 mm ot -1 (Ščerbejová M. 1993) 4.4 Hoblování a obrážení Hoblování, přip. obrážení, je obrábění vnějších, přip. vnějších a vnitřních rovinných nebo přímkových tvarových ploch jednobřitým nástrojem. Při hoblování koná hlavní řezný pohyb obrobek, který je rovnoměrně přímočarý. Posuvy ve vodorovném a svislém směru v rovině kolmé ke směru řezné rychlosti koná nástroj. Při obrážení koná hlavní řezný pohyb nástroj. Jeho pohyb je přímočarý vratný, ale nerovnoměrný. Posuv v rovině kolmé ke směru řezné rychlosti koná obrobek. (Řasa J. 2005) 14

15 Tab. 4. Hoblování a obrážení Hoblovací nůž: hrubovací, hladící, ubírací, zapichovací, rohové, tvarové Nástroj Obrážecí nůž: nože pro vodorovné obrážení (drážkovací, hoblový), pro svislé obrážení (přímý) Hoblovka: jednostojanová, dvoustojanová Stroj Obrážečka: vodorovná, svislá Na hoblovkách lze obrábět dlouhé rovinné plochy, prizmatické vedení, příp. tvarové přímkové plochy, lze i hoblovat drážky. Přídavným Hoblovací a zařízením i frézovat či hoblovat rotační plochy. obrážecí práce Vodorovné obrážečky: obrážení rovinných nebo tvarových ploch, rotačních ploch, šikmých ploch či drážek. Svislé obrážečky: obrážení vnějších i vnitřních tvarových ploch. Určení řezné rychlosti stejně jako u soustružení, snižovány však o 10 až 20 %. Maximální rychlost je patřičně omezena parametry stroje a pohybuje se od 20 m min -1 u starších až po 120 m min -1 po nejnovější hoblovky. U obrážeček vodorovných bývá rychlost maximální 60 Řezné podmínky m min -1, u svislých 30 m min -1. Posuvy a hloubky řezu: pro hrubování co největší, při práci načisto se hloubka řezu volí 0,1 až 1 mm a posuv 0,05 až 0,4 mm dle jakosti materiálu. (Řasa J. 2005) 4.5 Protahování a protlačování Protlačování a protahování je vysoce produktivní metoda obrábění, využívaná zejména v sériové a hromadné výrobě. Protahování (protlačování) je obrábění vnitřních nebo vnějších rovinných nebo tvarových ploch mnohobřitým nástrojem. Hlavní řezný pohyb při protahování a protlačování je obvykle přímočarý, ale může být i otáčivý (u kotoučových protahováků) a vykonává ho zpravidla nástroj. Vysokou produktivitu protahování zajišťuje současný záběr více břitů protahovacího trnu. (Řasa J. 2005) 15

16 Tab. 5. Protahování a protlačování Protahovací a protlačovací trny na kterém rozlišujeme části upínací, vodící, řezací, kalibrovací a pro vyšší jakost ještě nástroj hladící část. Na přímé vnější protahování používáme kotoučové protahováky. Svislá a vodorovná protahovačka a dle pohonu mechanická a stroj hydraulická. Protahování vnitřních ploch: drážky pro pero, náboje pro drážkový hřídel, vnitřní ozubení a díry nepravidelných tvarů. Práce na protahovačkách Protahování vnějších ploch: ozubení, vnější drážkování, složité tvarové drážky. Obráběný materiál a tvar plochy jsou faktory ovlivňující řeznou rychlost a posuv na zub. Posuv na zub nesmí být Řezné podmínky menší než 0,02 mm. Řeznou rychlost 60 až 100 m min -1 použijeme u protahovacího trnu, jenž je osazen břity ze slinutých karbidů. (Řasa J. 2005) 4.6 Broušení Broušení patří mezi historicky nejstarší metody obrábění. Na rozdíl od dosud uvedených metod obrábění, kde břit nástroje byl vždy přesně definován, má u nástrojů pro broušení každé zrno brusiva jiný geometrický tvar. Broušení je dokončovací metoda obrábění rovinných, válcových nebo tvarových vnějších a vnitřních ploch nástrojem, jehož břity jsou tvořeny zrny tvrdých materiálů, navzájem spojených vhodným pojivem. Pro broušení je charakteristické, že je současně v záběru velké množství zrn (břitů), která odebírají třísky velmi malých průřezů různých velikostí. (Řasa J. 2005) 16

17 Tab. 6. Broušení Nástroj Stroj (brusky) Práce na bruskách Řezné podmínky Brousící kotouč, segmenty, kameny a pásy. Hrotové a bezhrotové brusky, brusky na díry, rovinné, nástrojářské, pásové a speciální brusky Broušení rovinné, broušení rotačních ploch (vnějších a vnitřních), broušení speciální (tvarové). Volba řezných podmínek závisí na několik faktorech: parametr brusného nástroje, druh brusiva, zrnitost, tvrdost, struktura a pojivo. Řezná rychlost závisí na obráběném materiálu, nástroji a způsobu broušení a pohybuje se od 10 do 120 m s -1, obvykle však mezi 25 až 35 m s -1. Posuv a přísuv dle způsobu broušení, jakosti plochy, obráběného materiálu a parametrů brusného nástroje. Přísuv je okolo 0,001 až 0,01 mm. (Řasa J. 2005) 5. VÝVOJ OBRÁBĚCÍ TECHNIKY Omezení fyzické námahy člověka a zvýšení produktivity, tím i ekonomického prospěchu, vedlo k zavedení mechanizace. Cílem mechanizace bylo odstranění i usnadnění lidské práce, která byla značně namáhavá. Postupem času se vyvíjel nový trend, automatizace. Úkolem bylo zbavit člověka jednotvárných úkonů, které se opakovaly a vyloučit člověka z obsluhy a tím mu dát pouze dohled nad výrobní činností. ( Dle způsobu provedení automatizace rozlišujeme: 1.) Tvrdá automatizace- Jedná se o automatické řízení pomocí narážkových a vačkových mechanizmů, nevýhodou je dlouhé seřizovaní stroje a menší přesnost. Tvrdá automatizace je málo přizpůsobivá na změnu výrobního programu a je velmi obtížné změnit typ produkovaného obrobku. Finančně je tento typ méně náročný. Využitím jsou velkosériové a hromadné výroby, které jsou řešeny pomocí automatických výrobních linek. 2.) Pružná automatizace- Stroje a zařízení jsou řízena za pomocí řídícího programu, který v zakódovaném stavu nese informace pro řízení výroby součásti, tyto informace jsou zakódované v podobě číslic, které bývají uloženy na nosiči 17

18 informací (děrný štítek, děrná páska, magnetická páska, disketa či CD-ROM). Stroje jsou přizpůsobitelné ke změně výroby jiných součástí, pracují v automatickém cyklu. Uplatnění je v širokém rozsahu, především ale v malosériové výrobě (obráběcí stroje, tvářecí stroje, měřící stroje, stroje pro svařování, řezání plamenem, laserem atd.) ( Konvekční výroba byla časově zdlouhavá a tím i velmi nákladná. Vzhledem k tomu, že v průběhu druhé světové války byly sestrojeny první elektronické počítače, které mohly být použity jako základ řídícího systému stroje, bylo možné zkonstruovat první stroje řízené číslicovým řídícím systémem. ( První číslicově řízené obráběcí stroje, u kterých byly pohyby nástroje řízeny programem, který byl vyznačen na děrném štítku nebo na děrné pásce, byly kolem roku V této podobě se prosadily ve výrobě zejména složitějších součástí při odpovídající opakovatelnosti. Postupem doby byly NC stroje vybavovány počítačem, což znamenalo zrod CNC strojů. Počítač podstatně zjednodušil a urychlil programování, řízení stroje a uchovávání dat pro jejich opětné použití. Výkony počítačů a stále vylepšované softwarové vybavení rostou velmi rychlým tempem, též konstrukce strojů prošly značným vývojem, už na pohled se liší od konvenčních strojů a zastanou více technologických operací. V pozdějších letech byla vyvinuta i obráběcí centra, která již měla zásobník nástrojů s manipulátorem na automatickou výměnu. V roce 1980 se objevily první bezobslužné obráběcí stroje, které se daly charakterizovat: - automatickou výměnou nástrojů i obrobků, které měly též zařízení na měření polohy špičky nástroje, - možností provedení automatické korekce v řídicím programu, - měření rozměrů a tvaru obrobku, - zařazení nástrojů na paletu zásobníku dle požadovaných operací, aby bylo možné pracovat bez obsluhy, Obráběcí centra a bezobslužné obráběcí stroje umožňují obrobit celou součást na jedno upnutí, tedy bez její přepravy ze stroje na stroj.(řasa J. 2001) Dnes už CNC stroje pokrývají široký rozsah různých technologií obrábění, dále i oblasti tváření a řezání materiálu (např. vodním paprskem, plamenem, laserem) a další. Vznikají též jednoúčelové specializované stroje, CNC automaty pro hromadnou a sériovou výrobu, stroje s víceosým řízením, CNC měřící stroje a další, které se přizpůsobují požadavkům zákazníka. (Štulpa M. 2006) 18

19 5.1 Vývojové stupně NC strojů Ve vývoji NC strojů, lze zaznamenat určité charakteristické etapy označované za vývojové stupně, nebo také vývojové generace NC strojů. 1. stupeň jsou odvozeny od konvenčních strojů, ke kterým jsou přiřazeny číslicové řídicí systémy, tyto stroje umožňují řízení jen v pravoúhlých cyklech, nevyhovují požadavkům z hlediska přesnosti, spolehlivosti a technologických možností, Z hlediska výpočetní techniky lze tomuto stupni přiřadit výpočetní techniku na bázi reléových a elektronkových systémů. 2. stupeň konstruovány dle požadavků NC strojů (vysoká tuhost, vysoká přesnost nastavení), jsou vybaveny servosystémem, které umožňují již souvislé řízení tzn. jsou používány současně 2 osy, využívají možnost obrábění několika nástroji (jsou vybaveny revolverovými hlavami nebo zásobníky nástrojů), Řídící systémy byly konstrukčně vystavěny na tranzistorech a obvodech vysokého stupně integrace- LSI integrovaných obvodech (LSI- Large Scale Integration) 3. stupeň umožňují být zařazeny do automatických výrobních linek je zde řešena doprava obrobků na technologických paletách mezi pracovišti, jedná se o CNC stroje typu BOS (bezobslužný obráběcí stroj), řešena automatickou kontrolou (přesnost obrobku, třískové hospodaření, kontrola nástrojů), Řídící systémy byly konstrukčně vystavěny na obvodech velmi vysokého stupně integrace- VLSI integrovaných obvodech (VLSI- Very Large Scale Integration) 19

20 4. stupeň uplatnění progresivních metod v konstrukci a užití (uplatnění laseru v měření apod.), Použití PC s procesory firmy Intel (dnes Pentium IV) a dalších firem, nebo RISC procesory (počítače s redukovanou instrukční sadou). ( Obr. 1. Chronologický vývoj NC a CNC strojů ( 5.2 Současný stav Neustálý vývoj a modernizace CNC strojů se rychle uplatňuje v praxi. Napomáhá tomu snižování cen řídicí techniky i strojů vzhledem ke stále zvyšující užitné hodnoty. Stroje poskytují více komfortu při programování, obsahují více funkcí, snižují časy výrobní a vedlejší. To vede ke snižování podílu tradičních konvenčních strojů, nasazených ve výrobě. Stav vývoje v modernizaci, automatizaci, v nasazení CNC techniky ve výrobní sféře ukazuje obr. č.2. (nasazení výrobních strojů). Náročnost výroby a počet kusů na osách grafu ukazuje, jak danému druhu obrábění odpovídá nasazení výrobní techniky. Konvenční technika bude mít zřejmě budoucí uplatnění pouze v jednoduché kusové výrobě a opravárenství. (Štulpa M. 2006) 20

21 Obr. 2. Nasazení výrobních strojů- vybavenost v podnicích v závislosti typu a náročnosti výroby. (Štupla M., 2006) Trendy vývoje, které již můžeme vidět na CNC strojích ve strojírenských podnicích jsou: frézky, karusely: paletizace obrobků pro obrábění (manipulace na stroji je velice časově krátká, karusely- výměnné upínací desky), používání zásobníků nástrojů se stále zvyšující počty nástrojů a nástrojů připravených v roztočených vřetenech- vše pro rychlé použití a výměnu, používání modulárních stavebnicových konstrukcí CNC strojů, které bývají uzpůsobovány k použití v jakémkoliv technologickém systému. Reaguje se tak pružněji a rychleji na požadavek zákazníka, který si kupuje stroj na,,míru svých potřeb. používání adaptivního řízení, které eliminuje: - délkové, teplem způsobené dilatace stroje- následná korigace nástroje (aktivní korekce), - po opotřebení nástrojů, na základě automatického měření obrobku na stroji, porovnává rozměry s požadovanými tolerancemi a provádí automatizovaně rozměrové korekce nástroje, - hlídá a vyřazuje opotřebené a zlomené nástroje, - hlídá přetížení stroje, nástroje, jeho chvění- následně automaticky upravuje 21

22 řezné podmínky, použití dálkové diagnostiky: 20% závad lze odstranit po telefonu, frézky: konstruovány s více vysokoobrátkovými vřeteny, soustruhy: více vřeten obrábí více součástí současně. Dva suporty současně opracovávají obrobek, upínání polotovarů u frézek bývá často řešeno naklápěcími a rotačními deskami s upínáním tak, aby bylo možně součást obrábět z více stran, případně i soustružit, jsou konstruována elektrovřetena (vřeteno stroje je osou rotoru motoru) s vysokým počtem otáček, pro použití HSC technologie (High speed cutting tj. vysokorychlostní obrábění), požadavek na vysoké rychlosti pracovních posuvů a rychloposuvů. Zde dosahované rychlosti kuličkovými šrouby již často nestačí a v současnosti nastupují lineární motory, mezioperační měření se postupně přesouvá z měřicích přístrojů (stolů), kde bylo měření prováděno, přímo na stroj- dotekovými sondami, laserem. CNC řízení je na vysoké úrovni, ale roste rozmanitost a různorodost vzájemně nekompatibilních řídících systémů a techniky. Výrobci řídicích systémů z důvodů vzájemné konkurence neusilují o unifikaci a celosvětovou normalizaci. To značně znepříjemňuje práci programátorům, kteří musí často znát několik řídicích systémů strojů, které svými programy obsluhují a případně používat postprocesory, které často nejsou dokonalé. posuvy nástroje okolo obrobku jsou dosahovány zkracováním, prodlužováním proměnných délek servovzpěr. Předností je manipulace s nástrojem, nikoliv s těžkým obrobkem, a to vzhledem k velkým setrvačným silám při pracovních posuvech a rychloposuvech;. (Štulpa M. 2006) 6. ČÍSLICOVÉ ŘÍZENÉ OBRÁBĚCÍ STROJE (CNC) Obrábění na číslicově řízeném obráběcím stroji má obdobný sled činností, jako při obrábění na konvenčním, tj. univerzálním stroji. Příkladem je ustavit součást do vhodné polohy, pevně upnout do vřetena příslušný nástroj, spuštění hlavního řezného pohybu, umožňující odebírání třísky. Pohybuje se součástí či vřetenem stroje tak, aby v příslušné interakci nástroje se součástí bylo uskutečněno opracování požadovaných ploch. Tento cyklus se automaticky opakuje v různých obměnách nástrojů, řezných podmínek, poloh obrobku apod. 22

23 CNC stroje, jsou natolik automatizované, že většina činností, které u konvenčního stroje vykonává obsluha, je řízena automaticky počítačovým programem. Příkazem z programu jsou řízeny pohyby součásti či nástroje, změna řezných podmínek, výměna nástroje aj. Základem CNC obráběcích stojů je řídicí systém, který zpracovává informace o pohybech nástrojů a obrobků, o jejich rychlosti, o spuštění či zastavení pomocných funkcí apod. Pohyby břitu nástroje podle geometrie obráběného povrchu součásti musí být automatické, přesné a návazné. Rozdíl mezi dříve užívanými NC a dnešními CNC systémy jsou hlavně v systému řízení viz. kapitola 8.1 a 8.2. CNC řídící systém je pružnější a umožňuje okamžité opravy, úpravy a zásahy v programu i v průběhu jeho používání. NC systémy vyžadovaly čtecí zařízení. Změna programu znamenala celkovou úpravu nosiče (děrné pásky). Vlastní obráběcí stroj má pro oba systémy obdobnou konstrukci. Rozdíl je především v pohonech pohyblivých částí a v řešení upínání nástrojů (automatická výměna nástrojů) a obrobků. Pohybové mechanismy všech typů CNC strojů mohou konat jeden nebo více pohybů v různých směrech- osách. Pohyby mohou být lineární nebo otáčivé. Pohon jednotlivých pohybových mechanismů je zajišťován řízeným servopohonem, umožňujícím pohyb po určité dráze, určitou rychlostí, do přesné polohy. (Řasa J. 2001) 7. KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ Konstrukce číslicově řízených strojů se liší od konvenčních strojů z důvodu požadované přesnosti tvaru, rozměru a požadované drsnosti povrchu obrobku, bezporuchovosti stroje, snadné obsluhy, odebírání třísek, atd. Proto stroje mají charakteristické vlastnosti, znaky nebo parametry. ( Nosná struktura (stojan): požadavek na podstatně zvýšenou tuhost, kterou především zajišťují tuhé rámy. Tradiční litina již často nestačí, bývají to svařence, plněné polymerbetony, kovovými pěnami apod.(štupla M. 2006) 23

24 Lože: část stroje skříňovitého tvaru, zpravidla s převládající délkou nebo šířkou nad výškou. U většiny strojů spojuje základní části stroje v celek. Na loži jsou vodící plochy (pro stůl, support nebo další základní části) a případně dosedací plochy pro uložení (připojení) dalších základních částí. (MM průmyslové spektrum) Kluzné vedení je postupně nahrazováno valivým, které má své známé výhody, ale také nevýhody, jako jsou nízké hodnoty tlumení rázů, citlivost na nečistoty, řešení mazání a další. (Štulpa M. 2006) Vřeteníky: jsou části stroje, kde jsou upevněny nástroje. Počet a způsob upevnění nástrojů závisí na typu CNC stroje. Ve vřeteníku je uložen převodový mechanismus a vřeteno s upínacím zařízením. Musí umožňovat nastavení takového počtu otáček, který odpovídá optimální řezné rychlosti. Nejčastěji se používají střídavé servopohony ( ot/min.), případně stejnosměrné servopohony (20000 ot/min. - energeticky náročnější), které mohou udržovat otáčky bez zřetele k zátěži na požadované výši. Vřeteníky vyžadují nové řešení ložisek, jejich mazání a chlazení. Nutností jsou snímače teploty a zatížení ložisek, snímače chvění atd. Součástí pohonu bývá elektromagnetická brzda, která má v co nejkratším čase zabrzdit vřeteno.(štulpa M. 2006) 24

25 Obr. 3. Soustružnické centrum SP 430 Y : 1- nosná konstrukce, 2- koník, 3- lože, 4- spodní support s osmipolohovou nástrojovou hlavou, 5- horní support s dvanáctipolohovou nástrojovou hlavou, 6- vřeteník, 7- elektromotor, 8- převodovka (MM průmyslové spektrum) Pohon posuvů: převádí příkazy od polohového diferenčního členu na pohyb nástroje nebo obrobku. Servomotory posuvů a kuličkové šrouby patří k nutnému vybavení stroje. Pohyb motoru přenášený pomocí kuličkového šroubu na suport s nástrojem nebo na stoly s obrobkem dává stroji požadovanou přesnost do tisíciny milimetru. Servomotor je konstrukčně dán počtem inkrementů (impulzů) na otáčku motoru. Šroub a matice s kuličkami jsou vzájemně předepjaty, tím je odstraněna nežádoucí vůle. Takto je zaručen plynulý přesný pohyb na souřadnice. Pro současně požadované rychlosti posuvů dodávají výrobci do strojů kuličkové šrouby s vysokým stoupáním a šrouby vícechodné. Lineární pohony posuvů stále více nahrazují krokové motory a kuličkové šrouby tam, kde je požadována vysoká rychlost posuvů. Mají své nevýhody, zahřívají se, tedy vyžadují chlazení. (Štulpa M. 2006) 25

26 Odměřovací zařízení: do značné míry ovlivňuje výslednou přesnost CNC stroje. U moderních CNC strojů se používají číslicové (impulsní) odměřovací systémy. Z hlediska konstrukce a podle umístění snímače polohy na stroji dělíme odměřování na: přímé nepřímé U přímého odměřování je zařízení umístěno přímo na pohybujících se uzlech (např. suportu). Vyznačuje se větší přesností. Používá se u velmi přesných strojů (souřadnicových vrtaček a vyvrtávaček). Nevýhodou je vyšší cena. U nepřímého odměřování je snímač umístěn na posunovém šroubu buď přímo nebo pomocí převodu. Dráha nástroje se odměřuje nepřímo a závisí na pootočení šroubu nebo jeho převodu. Výhodou tohoto systému je jednoduchost a z toho plynoucí nižší cena, nevýhodou přenos nepřesností šroubu, převodů, vlivu silových účinků na snímač polohy. ( Obr. 4. Odměřovací zařízení. a.) schéma nepřímého odměřování, b.) schéma přímého odměřování ( Suporty: tvoří montážní celek, který se skládá z podélného a příčního suportu. Jsou uloženy kluzně na kalených vodicích lištách nebo na valivém vedení. Pohyb je prováděn pomocí kuličkových šroubů. Používá se příčného uspořádání, kdy nástroj obrábí za osou- tím se zvětší tuhost soustavy Stroj- Nástroj- Obrobek. ( Podpěrný koník: ovládání pinoly koníku může být hydraulické nebo elektrické. Těleso koníku se pohybuje po samostatném vedení. Ovládání pinoly je programovatelné v rámci automatického cyklu. ( 26

27 Pracovní stůl: k obráběcímu centru existuje několik možností uspořádání a vybavení pracovního stolu. Pracovní plocha je dnes principiálně dvojího typu, a to buď trámcová s přísavkami, které se polohují v závislosti na rozměrech a tvaru dílce, anebo pracovní plocha celoplošná (rastrovaná), na kterou se upínají dílce pomocí tvarových šablon. V obou případech se k upínání dílců využívá podtlak generovaný vývěvou, která je součástí stroje. Kromě podtlakového upínání se používají i další prvky pneumatické nebo hydraulické. Komfortním doplňkem obráběcích center je laserové zaměřovací zařízení, které zvyšuje kvalitu obsluhy a zkracuje manipulační úkony při přípravě dílců na pracovním stole. (Král P. 2008) Automatická výměna nástrojů: systémy výměny nástrojů mají za úkol v co nejkratším času: odebrat stávající nástroj nastavit nový nástroj do potřebné polohy Z konstrukčního hlediska můžeme systémy výměny nástrojů dělit na systémy a.) se zásobníky nástrojů: otočné (revolverové) nástrojové hlavy- používají se u NC soustruhů - osou vodorovnou - osou svislou - osou šikmou nožové hlavy Obr. 5. Revolverová hlava ( 27

28 b.) s výměnou celých vřeten nebo vřeteníku maloobjemové zásobníky (do 40 míst, kotoučové, bubnové) velkoobjemové (nad 40 míst, kotoučové, bubnoté, řetězové) Používají se u frézovacích strojů a obráběcích center. ( Obr. 6. Řetězový zásobník ( 8. SYSTÉMY ČÍSLICOVÉHO ŘÍZENÍ Číslicově řídící systémy je možné rozdělit do dvou základních skupin NC (Numerical Control) CNC (Computer Numerical Control) Přičemž počítačem řízené stroje (CNC) se pro své výhody úplně prosadily a NC systémy jsou jak technicky, tak morálně zastaralé a jsou užívány jen do vyčerpání jejich životnosti. Informace používané v oblasti NC i CNC strojů, který program obsahuje jsou: Geometrické- určují rozměry součásti tj. popisují dráhu nástroje vzhledem k obrobku. Technologické- charakterizují řídicí funkce, které musí stroj vykonat tj. řezné podmínky Pomocné a přípravné- informace o určitých pomocných funkcích např. zapínání a vypínání vřetene, chlazení atd. ( 8.1 NC číslicové řízení Umožňuje pohyb nástroje v souřadnicích v libovolných směrech po přímkách, kružnicích, parabolách apod. mezi naprogramovanými souřadnicemi bodů. Číslicové řízení umožňuje automatizovaný provoz, obsluha pouze pracuje s manipulací obrobku. 28

29 U číslicově řízených obráběčích strojů jsou vyjádřeny tvary a velikosti obrobku i program pro ostatní úkony (změny otáček a posuvů, upínání a podávání obrobku, výměna nástroje aj.) pomocí kódu, vyděrovaného v určitém uspořádání na děrné pásce zaznamenané na magnetické pásce. U jednoduššího typu číslicového řízení jsou postupně řízeny polohy nástroje vždy v jedné ze dvou nebo více os navzájem kolmých. tzv. systémy řízení v pravoúhlých cyklech. Signál při dojetí do požadované polohy dává odměřovací zařízení (např. elektrooptika), která sleduje dráhu pohybu a vyjadřuje ji elektrickými impulsy, zaznamenávanými v čítači impulsů (dekatronový čítač). Jakmile dosáhne počet impulsů stejné hodnoty, jakou předvolila páska v čítači před uskutečněním pohybu, nastává koincidence (shoda), čítač vydá signál, ve čtecím zařízení se přesune páska a tím se volí nové údaje z dalšího bloku pásky. (Tlustý J. 1962) Obr. 7. Schéma číslicového řízení pravoúhlého cyklu frézky: O- obrobek, S- stůl, MP- motor posuvu stolu, RM- ryté měřítko, OZodměřovací zařízení, DČ- dekatronový čítač, RS- releová skříň, SP- spínací přístroj, ČZ- čtecí zařízení, DP- děrná páska. (Tlustý J. 1962) Nejsložitější je systém souvislého číslicového řízení, které umožňuje pohyby stroje i v několika směrech současně, takže výsledný pohyb je šikmý nebo po křivce. Řídí se délka i rychlost složek pohybu v přesně určených vzájemných závislostech, což vyžaduje použití řídícího počítače, který podle informací na děrné pásce vytváří příslušný počet el. impulsů a vysílá je do diferenčního členu, odkud vycházejí řídicí signály pro servomechanismus pohonu posuvů. Pohyb suportu nebo stolu je snímán 29

30 odměřovacím zařízením, skutečně ujetá dráha se porovnává v diferenčním členu s předvolenou hodnotou a rozdíl ovládá posuv. Interpolátor takto řídí obráběcí stroj přímo. Výhodnější je nahrát impulsy z interpolátoru na magn. pásku a přehrát pomocí reprodukčního (přehrávacího) zařízení, které je součástí řídicího systému. U číslicového řízení obráběcích strojů se používá pro pohon posuvů obvykle elektrohydraulických servopohonů a k zvýšení citlivosti regulace posuvů valivého vedení saní suportů a stolů pohybových šroubů s kuličkovou maticí. Číslicové řízení umožňuje automatizovat opakovanou výrobu v nejmenších dávkách, zvyšuje přesnost obrábění a snižuje podíl zmetků. (Tlustý J. 1962) Obr. 8. Schéma souvislého číslicového řízení frézky: DP- děrná páska, LI- lineární interpolátor, DČ- diferenční člen, INZimpulsní nahrávací zařízení, IPZ- impulsní přehrávací zařízení, S- stůl frézky, O- obrobek, RM- ryté měřítko, OZ- odměřovací zařízení, SPH- servopohony posuvu. (Tlustý J. 1962) 8.2 CNC číslicové řízení Úkolem řídicího systému je ovládání jednotlivých strojů tak, aby výsledný produkt měl parametry odpovídající technologickému zadání. Hlavním přínosem je zvýšení spolehlivosti, přesnost a omezení počtu chyb způsobených nesprávnou obsluhou. 30

31 Obr. 9. Blokové schéma CNC obráběcího stroje (Štulpa M. 2006) Počítač- jedná se o průmyslový počítač s nahraným řídícím systémem, který je součástí stroje. Z hlediska obsluhy je dán obrazovkou a ovládacím panelem. Pomocí ovládacího panelu lze provádět potřebné příkazy nutné při ruční obsluze, pro seřizování CNC obráběcího stroje a pro práce dalších režimech stroje. Též umožňuje pomocí příslušného softwaru řídicího systému vytvářet požadovaný CNC program. Program se ukládá v paměti a pro vlastní práci se vyvolá příkazem. Řídící obvody- v těchto obvodech se logické signály převádějí na silnoproudé elektrické signály, kterými se přímo ovládají jednotlivé části stroje- motory vřetene a posuvů, ventily atd. - řídí stroj pomocnými funkcemi, na Obr. 9 znázorněny otáčky vřetene a otáčení zásobníku nástrojů do pracovní polohy pro určený nástroj, - řídí dráhu nástroje pohybovými funkcemi, které popisují geometrii pohybu v osách X a Z, Interpolátor- řeší dráhu nástroje, která je zadaná geometrií, a výpočty délkových a rádiusových korekcí nástroje. Vypočítávají tedy ekvidistantu pohybu bodu výměny nástroje, která je vzdálena o vypočítané korekce od požadovaného geometrického obrysu. Zaručuje geometrickou přesnost výrobku. Porovnávací obvod- stroj musí být vybaven zpětnou vazbou, která přenáší informace o dosažených geometrických hodnotách suportů v souřadných osách, v jednotlivých bodech dráhy pohybu. Tyto souřadnice se porovnávají s hodnotami, které jsou zadány 31

32 programem (a upraveny v interpolátoru). Pokud je zjištěn rozdíl, pohony posuvů dostanou povel k dosažení požadovaných hodnot souřadnic. Stroj musí být vybaven odměřováním, např. pomocí pravítek umístěných na suportech, které slouží ke zjištění dosažených souřadnic. (Štulpa M. 2006) 9. CNC OBRÁBĚCÍ CENTRA CNC obráběcí centra provádějí kompletní opracování obrobku. Všechny pracovní operace se provádějí většinou na jedno upnutí obrobku. (Král P., 2008) Využívá se na nich automatická výměna nástrojů, kontrola rozměru obrobku či polohy nástrojů, výměna obrobku. Obráběcí centra mají zásobník nástrojů s automatickou výměnou nástroje a mohou být vybavena měřícími sondami pro měření součásti (výměnná sonda do vřetene) nebo pro kontrolu rozměrů nástroje (pevná sonda na stole stroje) nebo technologickými hlavicemi pro nestandardní operace. Podle typu obráběných součástí mohou být centra na obrábění nerotačních (skříňovitého typu) nebo rotační součástí. (Řasa J. 2001) Níže uvedený Obr. 9 ukazuje třídění obráběcích strojů, původně jednoprofesníchtříděných dle technologie obrábění. Ekonomika provozu vede k integraci několika způsobů technologie obrábění do jednoho obráběcího stroje (centra).důvody jsou ve snížení (odstranění) vedlejších časů a také v odstranění čekacích časů na další operaci. Další integrace technologií do stroje vede až k univerzálním obráběcím centrům. To tedy znamená: zkrácení průběžné doby a zvýšení přesnosti práce, snížení nákladů na výrobu (místo několika strojů se pořizuje jeden- úspora výrobních ploch, úspory odpisových nákladů), možnost snadněji automatizovat výrobu (stavba pružných linek- CIM), u strojů s technologií HSC je zvýšení produktivity uváděno pětinásobné, v tomto poměru lze očekávat ekonomické úspory, (Štupla M., 2006) 32

33 Obr. 10 Vývoj od jednoprofesních strojů po obráběcí centra (Štupla M.,2006) Koncepce obráběcího frézovacího centra pro obrábění nerotačních součástí vychází obvykle z horizontální nebo vertikální frézky. Na takovém stroji lze frézovat, vrtat, vyvrtávat, vystružovat, řezat závity u skříňových, plochých, tvarově nepravidelných nebo i u složitých rotačních součástí z více stran při jednom upnutí. Na vertikálním provedení obráběcího centra je možné opracovávat součásti pouze z jedné strany. Při požadavku opracování z více stran je nutno stroj vybavit vhodným upínacím zařízením s možností polohování, nebo naklápěcí otočnou frézovací hlavou. (Řasa J. 2001) Obr. 11. Vyvrtávací a frézovací 3-osé centrum FERMAT TCF ( 33

34 Soustružnická centra jsou v podstatě soustružnické stroje, na nichž je možné provádět i další operace. Kromě soustružení, vrtání v ose obrobku a řezání závitů lze na tomto centru i frézovat čelní, popř. boční plochy, drážky, vrtat mimo osu i kolmo k ose obrobku apod. (Řasa J. 2001) Obr. 12 Vertikální CNC soustruh VLC 1600 ATC (+C) ( Vývoj obráběcích center je od prvopočátku veden snahou po snižování závislosti na obsluze stroje. Po etapě zabezpečení mechanické samočinné výměny nástrojů a obrobků ve výrobním procesu, realizaci komplexu kontrolních a měřicích se programů i organizačních dat, ale i poskytnutí možnosti simulace procesu obrábění na monitoru, bezpečnostní kontroly a diagnostických hlášení, které zabezpečí plné využití automatizace a produktivity stroje. 9.1 Bezobslužné obráběcí stroje (BOS) Jsou stroje, které pracují automaticky a zahrnují vedle řízení vlastního obrábění i automatickou manipulaci s nástroji, obrobky, třískami a chladicí kapalinou. 34

35 Bezobslužnost vyjadřuje, že je minimalizována obsluha i dohled nejen na průběh obrábění skupiny stejných obrobků, ale i při přechodech mezi obráběním různých obrobků v rámci skupinové technologie. Bezobslužností je dosahováno zejména průběžným sledováním a vyhodnocováním průběhu technologického procesu pomocí diagnostických prostředků (senzorů) řídící soustavy. Základem BOS je obvykle CNC obráběcí centrum, které je schopno vykonávat celé sekvence operací ve shodě s předem zadaným programem (bez zásahu operátora) téměř bezobslužně. Bezobslužný obráběcí stroj může být rovněž pomocí manipulátoru či robotu spojen se zásobníky obrobků, nástrojů a dalších výrobních pomůcek, které vytvářejí zásoby pro bezobslužný provoz. Bezobslužnost obráběcího centra je vždy spojena s podstatným zásahem do technického vybavení pracoviště. Uspořádání konstrukce stroje musí být přizpůsobeno požadavku minimalizace počtu upnutí, potřebných k obrobení součásti. Z hlediska provozních schopností umožňují bezobslužné obráběcí stroje plynulé, automatické přechody na novou práci, a to použitím nového programu pro obrábění a řízení, manipulaci s novým souborem nástrojů či novým typem upínače. S automatickou manipulací s obrobky je spojena celá řada funkcí upínání a odepínání obrobků, odstraňování třísek, čištění upínacího přípravku, otevírání a zavírání krytů pracovního prostoru, ustavování obrobků do upínacího přípravku a především signalizace mezi periferií, tj. zařízením určeným k vykonávání obslužných prací. Je nutné vybavit stroj zařízením pro sledování snadno poškoditelných nástrojů a zařízením pro kontrolu rozměrů a tvarů obráběných součástí. Z hlediska bezpečnosti, provozní spolehlivosti a minimalizace ztrát ve výrobě by měl být bezobslužný obráběcí stroj vybaven provozní diagnostikou, registrací stavu břitu nástroje a jeho případné havárie. Řídící systém použitý u BOS musí být řídit několik současně probíhajících činností (pohybu stroje, manipulátoru aj.) a vzájemně je synchronizovat. (Řasa J.,2001) 10. MODERNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ 10.1 CAD/CAM systém CAD/CAM systémy realizují vyšší stupeň počítačové podpory než klasické (ruční) CNC programování. CAD neboli Computer Aided Design (počítačová podpora konstruování) jsou aplikace sloužící k tvorbě geometrie výrobků a jejich následné snadné editace. CAD systémy poskytují moderní tvorbu výkresové dokumentace a možnost tvorby 35

36 prostorových modelů navrhovaných výrobků a součástí. Výkres vytvořený v systému CAD se kopíruje pro další práci v modulu CAM. Programátorské rutinní vědomosti není třeba uvádět. Vygenerují se automatizovaně pomocí zadávaných příkazů z převzaté kontury CAD ve 2D výkresu nebo z modulu ve 3D. CAM neboli Computer Aided Manufacturing (počítačová podpora výroby) nabízí klasickou kompozici užívaných technologií- frézování, soustružení, laser/plamen, prostřihování. Specialitou je komplexní simulace stroje, pro kterou silné CAD jádro s kinematikou poskytuje kvalitní podporu. Významnou vlastností systému je stálý dohled nad materiálem, technolog tak má přehled o zbytkovém materiálu i o aktuálním stavu polotovaru. Dráhy je možno generovat zcela pod ruční kontrolou až po polo- nebo plnoautomatické obrábění těles. Systém si vždy pamatuje, jaká je situace polotovaru v procesu obrábění, takže dráhy se tvoří skutečně v místech, kde je to nezbytně nutné. Současně je prováděna komplexní kontrola kolizí spolu s kontrolou technických možností realizace vybraných operací s ohledem na možností použitého stroje. (MM průmyslové spektrum) Obr. 13. Postup tvorby polotovaru pomocí CAD/CAM systému. Nejdříve 3D modelování, následná simulace obrábění a finální výrobek. ( Nabídka v modulu CAM je směřována na body, jak je uvedeno následně, často i v jiném pořadí, což závisí na použitém softwaru: 1.) Celková strategie obrábění, to značí jak postupovat pro zhotovení dílce- které operační úseky volíme a jejich pořadí (hrubování, hlazení, závity atd.) 2.) Volba nástroje (tvar a rozměry) a bod výměny nástroje 3.) Podmínky vlastního obrábění: Strategie obrábění daného operačního úseku vázaný na jeden nástroj Poloha obrábění ke kontuře 36