OBRÁ BĚ CÍ NÁ STROJĚ Í.

OBRÁ BĚ CÍ NÁ STROJĚ Í. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Obsah ÚVOD... 3 1 VRTÁK... 4 1.1 DNEŠNÍ PODOBA VRTACÍCH NÁSTROJŮ... 5 1.2 HLAVNÍ ČÁSTI VRTÁKU... 6 1.3 ZÁKLADNÍ FUNKČNÍ ROZMĚRY VRTÁKŮ... 7 1.4 MATERIÁLY PRO VÝROBU VRTÁKŮ... 8 1.5 BROUŠENÍ VRTÁKŮ... 8 1.6 TVORBA 3D MODELU VRTÁKU V AUTODESK INVENTORU 2013... 9 1.6.1 POSTUP TVORBY 3D MODELU VRTÁKU...9 2 FRÉZA... 33 2.1 DNEŠNÍ PODOBA KLASICKÝCH FRÉZOVACÍCH NÁSTROJŮ... 33 2.2 ROZDĚLENÍ KLASICKÝCH FRÉZ... 33 2.3 ZÁKLADNÍ FUNKČNÍ ROZMĚRY FRÉZ... 43 2.4 POSTUP TVORBY MODELU FRÉZY V AUTODESK INVENTORU... 45 2.4.1 MODELOVÁNÍ FRÉZY V AUTODESK INVENTORU VERZE 2013... 45 ZÁVĚR... 61 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A ZDROJŮ... 62 SEZNAM OBRÁZKŮ... 63 Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

ÚVOD Tento učební text je věnován klasickým obráběcím nástrojům. Jeho účelem je seznámit studenta s vrtákem a válcovou frézou klasické konstrukce. V textu jsou obsaţeny základní informace o historii, konstrukci, materiálu a způsobu broušení obou uvedených typů nástrojů. Pro lepší pochopení správné vrtáků i fréz je součástí textu i podrobný návod na vytvoření 3D jejich názorných 3D modelů nástrojů pomocí Autodesk Inventoru ve verzi 2013. Pro zvládnutí modelování je zapotřebí znát základy práce s tímto konstrukčním softwarem. Modely nástrojů vytvořené podle uvedeného postupu dávají potřebnou představu o jejich geometrii, přestoţe se nejedná o přesné modely pouţitelné pro výrobu. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 3

1 VRTÁK Vrtání patří mezi nejstarší pouţívané způsoby zpracování materiálů. Dnes se řadí mezi technologické procesy, kterým říkáme souhrnně TŘÍSKOVÉ OBRÁBĚNÍ. V úplných počátcích slouţil jako nástroj kus dřívka se vsazeným kostěným nebo kamenným hrotem, který byl roztáčen nejdříve pouze mezi dlaněmi, později pomocí luku, jehoţ tětiva byla obtočena kolem tohoto jednoduchého vrtáku. První předchůdci dnešních vrtáků neměly ţádnou přesnou tvarovou geometrii, a proto výsledek vrtání a úsilí potřebné ke zhotovení otvoru velmi záleţelo na šikovnosti a vynalézavosti prehistorického řemeslníka. Dnešní podoba vrtacích nástrojů VRTÁKŮ se objevila aţ v průběhu 19. století, kdy dochází k velkému rozvoji strojírenské výroby. Zhotovování válcových otvorů je totiţ jednou z nejčastějších operací. Vrták, jak jej známe v dnešní podobě, byl patentován v USA v roce 1863 panem Stephenem Ambrosem Morsem. Obrázek 1: Obrázek z patentové přihlášky S. A. Morseho z roku 1863 [1] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 4

1.1 DNEŠNÍ PODOBA VRTACÍCH NÁSTROJŮ Další překotný vývoj vrtacích nástrojů je spojen aţ s nástupem moderní velkosériové výroby. Ovlivněn byl zejména poţadavky na zrychlení a zpřesnění obrábění. Na základě těchto poţadavků byly vyvinuty nové materiály pro výrobu řezných nástrojů. Také nasazení moderních numericky řízených obráběcích strojů si vyţádalo vznik tvarově odlišných vrtáků i nových geometrií broušení klasických vrtáků. Protoţe nové materiály jsou poměrně drahé, začaly se pouţívat nástrojové systémy osazené vyměnitelnými břitovými destičkami různého tvaru, konstrukce i materiálu. Vyměnitelné břity umoţňují velkou úsporu materiálu i sníţení výrobních nákladů, protoţe odstranily nutnost výměny celého nástroje po jeho opotřebení. Pouţitím snadno vyměnitelných břitových destiček odpadá rovněţ pracné a nákladné broušení, pro které bylo zapotřebí specializované strojní vybavení a vysoce kvalifikovaná pracovní síla. Další odlišností moderních vysoce výkonných vrtáků je přívod chladicí kapaliny kanálky zhotovenými uvnitř tělesa vrtáku. Tento způsob chlazení má proti klasickému přívodu chladící emulze z vnějšku lepší účinnost chlazení těla samotného vrtáku a lepší chlazení vrtacích břitů díky tlakovému přívodu emulze přímo do místa, kde dochází k oddělování třísky. Následující obrázky znázorňují dvě typická provedení klasických vrtáků pouţívaných v současné strojírenské výrobě. Vrtací část obou typů je shodná. Liší se pouze částí slouţící k upnutí do vřetene vrtačky. Válcové provedení upínací části je typické pouze pro malé průměry a to hlavně pro pouţití v ručních vrtačkách. Obrázek 2: Vrták s válcovou upínací stopkou Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 5

Obrázek 3: Vrták s kuţelovou upínací stopkou Hlavními výhodami vrtáků s konstrukcí odpovídající obr. 2 a 3 je: dobré vedení nástroje v obráběném materiálu, dobrý a samočinný odvod třísek, snadné a dostatečné přivádění chladicí kapaliny do místa řezu, moţnost brousit nástroj v ruce (pouţitelné zejména pro malé průměry a menší přesnost otvorů), průměr vrtáku se při broušení prakticky nemění, snadné upínání. 1.2 HLAVNÍ ČÁSTI VRTÁKU Kaţdý vrták je tvořen dvěma základními částmi: částí pracovní (vrtací) a částí upínací. Popis a technické termíny označující nejdůleţitější části vrtáku jsou na dalších obrázcích č 4. 5. Obrázek 4: Hlavní části a rozměry vrtáku 1. Část Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 6

Obrázek 5: Hlavní části a rozměry vrtáku - 2. část 1.3 ZÁKLADNÍ FUNKČNÍ ROZMĚRY VRTÁKŮ Základními funkčními rozměry vrtáku jsou: průměr vrtáku - D délka řezné části - l úhel hrotu - úhel hřbetu - úhel stoupání šroubovice (někdy nazývaný také boční úhel čela) - Průměr vrtáku a délka řezné části ovlivňují parametry vyvrtaného otvoru. Úhel hrotu, úhel čela a úhel stoupání se volí podle mechanických vlastností vrtaného materiálu. Správná geometrie ovlivňuje zejména schopnost vrtáku pronikat do materiálu, velikost řezného odporu a parametry třísky a její odvod. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 7

1.4 MATERIÁLY PRO VÝROBU VRTÁKŮ Běţné vrtáky jsou nejčastěji vyráběny z nástrojové rychlořezné oceli. Pro náročnější řezné podmínky mohou být osazeny pájenými břitovými destičkami ze slinutého karbidu. Pro číslicově řízené stroje se pouţívají i monolitní nástroje ze slinutých karbidů. Moderní nástrojové systémy potom pouţívají vyměnitelné břitové destičky za slinutých karbidů, které jsou osazeny v drţácích zhotovených z vhodných klasických konstrukčních materiálů. 1.5 BROUŠENÍ VRTÁKŮ Přestoţe geometrie vrtáku se zdá být poměrně jednoduchá, opak je pravdou. Nový vrták je z výroby dodán většinou jiţ nabroušen a připraven k pouţití. Správná volba vhodného vrtáku pro pouţití na konkrétním stroji a pro zadaný materiál obrobku je proces vyţadující dostatek znalostí a zkušeností. Solidní firmy jsou samozřejmě schopny pomoci při výběru nejvhodnějšího nástroje pro zákazníkem specifikované podmínky. U vrtáků z klasických rychlořezných ocelí je po otupení řezné části typické její opakované přebroušení. Způsob broušení je dán poţadavky na přesnost vrtaného otvoru, velikostí vrtáku, druhem vrtaného materiálu, typem pouţitého stroje atd. Vezmeme-li v úvahu nejjednodušší tvar hrotu, který je tvořen jedním příčným ostřím a dvěma hlavními ostřími s podbroušeným hřbetem tvořeným jednou souvislou ploškou, lze vrták brousit buď ručně, nebo strojně na bruskách různé konstrukce. Ruční broušení je v zásadě pouţitelné pouze pro vrtáky menších průměrů a pro výrobu otvorů, u nichţ není nutná vyšší rozměrová a tvarová přesnost (např. zámečnická výroba, vrtání otvorů pro šrouby apod.). Ruční broušení vyţaduje poměrně značnou zručnost a zkušenost. Pro lepší výsledky je moţno pouţít různé jednoduché pomůcky. Pro ověření správné geometrie nabroušeného vrtáku jsou k dispozici šablony a měrky. Strojní broušení umoţní dokonalé dodrţení geometrie vrtáku, čímţ je pochopitelně ovlivněna kvalita vrtaného otvoru, produktivita práce a ţivotnost nástroje. Následující obrázek č. 6 schematicky znázorňuje způsob broušení hlavního ostří a podbroušení plochy hřbetu vrtáku. Obrázek 6: Způsob podbroušení hřbetu vrtáku [2] Obrázek č. 6 znázorňuje podbroušenou plochu hřbetu, která je tvořena rovinou, válcovou plochou, kuţelovou plochou a spirálovou plochou (postupně zleva doprava). První dva způsoby jsou sice jednodušší na zhotovení, ale nedávají optimální geometrii hrotu. V zásadě jsou pouţitelné pouze pro malé průměry. Kuţelový způsob broušení je nejčastější. Dává poměrně příznivý tvar a zaručuje i dobrou přesnost otvorů a výkon vrtáku. Je pouţitelný pro ruční i strojní broušení. Spirální tvar je sice nejvýhodnější, ale lze jej docílit pouze na speciálních bruskách s potřebnou kinematikou. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 8

1.6 TVORBA 3D MODELU VRTÁKU V AUTODESK INVENTORU 2013 V této kapitole si ukáţeme moţný postup modelování vrtáku s válcovou upínací stopkou. Jeho tvar je dán funkcí a materiálem, pro který je určen a z kterého je vyroben. Tvar se rovněţ liší i podle technologie, kterou je vrták vyroben. Cílem této kapitoly je pouze ukázat moţný postup modelování a nikoliv provést konstrukčně dokonalý model skutečného vrtáku. Předpokladem pro zvládnutí modelu je dostatečná znalost práce s programem AUTODESK INVENTOR ve verzi 2013, zejména pak vhodné vyuţívání pracovních os a rovin, schopnost tvorby spirálních těles a těles vznikajících procesem šablonování. Tvorba modelu rovněţ předpokládá dostatečnou úroveň prostorové představivosti. Výsledkem bude model vrtáku, který je znázorněn na obrázku číslo 2 v kapitole 1.1. Základní rozměry 3D modelu vychází ze skutečného vrtáku průměru 10 mm. Výsledný tvar je však pro snadnější modelování a rovněţ z důvodu neznalosti jeho skutečné geometrie zjednodušen. 1.6.1 POSTUP TVORBY 3D MODELU VRTÁKU 1) Spustíme AUTODESK INVENTOR obvyklým způsobem a otevřeme šablonu pro tvorbu nové součásti (norma.ipt). Na rovině XY načrtneme kruţnici se středem v počátku souřadného systému o poloměru 10 mm. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 9

2) Ukončíme náčrt a vysuneme válec asymetricky vůči rovině náčrtu 75 mm ve směru +Z a 60 mm ve směru -Z. 3) Na rovině XZ zaloţíme nový náčrt pro tvorbu základního klínového tvaru hrotu vrtáku. Úhel klínu volíme 118 stupňů. Vrchol břitu zavazbíme vertikální vazbou na střed horní hrany válce, kterou jsme si promítli do náčrtu po předchozím zobrazení těla vrtáku v řezu. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 10

4) Náčrt 2 vysuneme oboustranně symetricky na míru 15 mm jako díru. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 11

5) Srovnáme těleso vrtáku na pohled shora. Na levé ploše klínu zaloţíme nový náčrt pro tvorbu šroubové dráţky na odvod třísek. Rozměry náčrtu jsou na obrázku. Délku profilu volíme dostatečně dlouhou. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 12

6) Ukončíme náčrt a spustíme příkaz pro tvorbu spirály. Stoupání spirály volíme 75 mm a počet závitů nastavíme na 1. Osou spirály je souřadná osa Z. Ostatní kroky jsou zřejmé z obrázků. Dokončíme tvorbu spirály. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 13

7) Pro vymodelování výběhu spirálové dráţky zaloţíme nový náčrt na její koncové ploše (viz obr.) Náčrt je shodný s náčrtem pro tvorbu spirály. Pro jeho vytvoření můţeme pouţít promítnuté hrany plošky při zobrazení v řezu. Do náčrtu doplníme bod dle obrázku, který pouţijeme pro vloţení pracovní roviny. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 14

8) Vytvoříme pracovní osu jdoucí středy kruţnic v předchozích dvou náčrtech a pracovní rovinu, která je proloţena těmito středy a bodem na kótě 3 v posledním náčrtu podle následujících obrázků. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 15

9) Na pracovní rovině zaloţíme náčrt trajektorie pro taţení profilu z náčrtu 4. Do roviny promítneme geometrii pracovní osy a středu kruţnice z náčrtu 4. Narýsujeme trajektorii podle obrázku z promítnutého středu a zakótujeme její úhel od promítnuté osy. Velikost úhlu volíme 25 stupňů. Délku trajektorie volíme tak, aby byl celý profil z náčrtu 4 po vytaţení zcela mimo válcovou část vrtáku. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 16

10) Vymodelujeme výběh spirální dráţky taţením profilu z náčrtu 4 po trajektorii z náčrtu 5. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 17

11) Druhou šroubovou dráţku zhotovíme pomocí příkazu kruhového pole tvořeného prvky spirály a výběhu. Osa pole je osa Z. Počet prvků pole je 2 a úhel nastavíme 180 stupňů. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 18

12) V dalším kroku vymodelujeme odlehčení pro vznik fazetky. Náčrt provedeme na souřadné rovině XZ. Nakreslíme obdélník a zakótujeme ho vzhledem k počátku souřadného systému podle obrázku. Po ukončení náčrtu vytvoříme z nákresu spirálu. Osa spirály je opět osa Z, stoupání je 75 a počet závitů např. 1,5. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 19

Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 20

13) Vymodelujeme výběh odlehčení z předcházejícího kroku. Náčrt zaloţíme na čelní plošce spirály odlehčení. Nakreslíme obdélník podle obrázku a vysuneme výběh. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 21

Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 22

14) Dokončíme fazetku zaoblením hran. Zaoblení mají velikost 2 mm. Aby nevznikly problémy s tvorbou zaoblení, provedeme celou operaci ve dvou krocích. Nejdříve zaoblíme svislou hranu a v dalším kroku pak hranu podélnou. Postup je patrný z obrázků. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 23

15) Pomocí kruhového pole vymodelujeme druhou fazetku. Prvky pole označíme v prohlíţeči podle obrázku. Osa pole je osa Z, úhel pole je 180 stupňů a prvky budou 2. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 24

16) Nyní je ještě potřeba vymodelovat podbroušení hlavního ostří vrtáku. Tato operace je poměrně náročná na prostorovou představivost, protoţe výsledkem je tvarově sloţitá třírozměrná plocha. Jediný způsob jak plochu vymodelovat a zachovat přímé příčné ostří je pouţití příkazu šablonování. Pro šablonování si připravíme celkem čtyři náčrty. První náčrt zaloţíme na klínové ploše hrotu podle následujícího obrázku. Nakreslíme si tři přímky s počátky v obou krajích a ve středovém bodu příčného ostří. Na délce přímek nezáleţí, protoţe budou slouţit pouze pro definování pracovních rovin, na kterých nakreslíme další tři náčrty profilu pro šablonování. Kóty jsou zřejmé z obrázků. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 25

Nyní proloţíme pracovní roviny přímkami z náčrtu deset kolmo k ploše hřbetu vrtáku. Postup ukazují obrázky. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 26

Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 27

Na těchto rovinách nakreslíme náčrty profilu pro šablonování. Jejich tvary a rozměry jsou zřejmé z obrázků. První náčrt je obdélník, druhý a třetí náčrt je lichoběţník, kde tři úhly jsou pravé a čtvrtý je 20 stupňů, resp. 40 stupňů. (viz obr.) Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 28

Po dokončení náčrtů zrušíme viditelnost všech pracovních rovin a os. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 29

Šablonováním vytvoříme podbroušenou ploch hřbetu vrtáku. Po vytvoření plochy zrušíme viditelnost všech náčrtů. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 30

17) Na závěr modelování pomocí kruhového pole vytvoříme druhý hřbet a srazíme koncovou hranu válcové stopky. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 31

3D model vrtáku je tímto hotov. Nyní můţeme dát vrtáku realistický vzhled dle vlastní fantazie. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 32

2 FRÉZA Frézování patří spolu se soustruţením, vrtáním a broušením k základním metodám třískového obrábění. Typickým znakem frézování je pouţití vícebřitých nástrojů různé konstrukce, které konají hlavní rotační pracovní pohyb. Vedlejší pohyby - posuvy koná obrobek, který je upnutý nejčastěji na tzv. stole. Vícebřitý frézovací nástroj je nazýván FRÉZA. Fréza je nástroj rotačního tvaru, jehoţ osa je totoţná s osou hlavního pracovního rotačního pohybu procesu frézování. Pro frézování pouţíváme speciální stroje, které nazýváme frézky. Operaci frézování však lze provádět rovněţ na dalších typech strojů. Frézovat lze zejména na horizontálních vyvrtávačkách (slangově jsou často označovány jako horizontky ) a na speciálních numericky řízených strojích a obráběcích centrech. Geometrie klasických fréz byla dlouhou dobu poměrně jednoduchá a jejich vývoj se týkal víceméně jen tvarových detailů, vylepšování materiálu a přesnosti výroby. Tento trend však doznal velkých změn s nástupem moderních číslicově řízených strojů, jejichţ pracovní výkony bylo nutno podpořit nástroji na odpovídající úrovni. Vyţádalo si to jednak rozvoj nových odolnějších materiálů a revoluční změny jak v tvarech frézovacích nástrojů, tak i ve způsobech jejich pouţití. Moderní obráběcí centra dnes umoţňují díky numerickému řízení frézovat i prvky, které se dříve obráběly pouze vrtáním nebo soustruţením. V dnešní strojírenské výrobě lze frézováním obrobit plochu prakticky libovolného tvaru. 2.1 DNEŠNÍ PODOBA KLASICKÝCH FRÉZOVACÍCH NÁSTROJŮ Jak jiţ bylo řečeno v úvodu, podoba klasických frézovacích nástrojů v průběhu rozvoje strojírenské výroby nedoznala příliš zásadních změn. Základní geometrie vycházela z válcového tělesa, na jehoţ povrchu byly zhotoveny zuby s různým profilem a způsobem naostření. Zuby mají tvar šroubovice. Konkrétní podoba frézy je dána jednak poţadovaným tvarem frézované plochy, způsobem jejího frézování, poţadovanou velikostí odebírané třísky a kvalitou opracované plochy. Základní tvarové a rozměrové parametry pracovní i upínací části fréz jsou normalizovány. 2.2 ROZDĚLENÍ KLASICKÝCH FRÉZ Frézy můţeme rozdělovat podle několika kritérií. Uvedeme si nejpouţívanější typy dělení. Rozdělení fréz podle způsobu upnutí: Frézy nástrčné jsou upínány na speciální upínací přípravky (trny) prostřednictvím otvoru, který je vyroben v tělese frézy. Tento způsob je vhodný zejména pro frézy většího průměru. Výhodou tohoto způsobu upnutí je zejména úspora materiálu a nákladů, protoţe upínací trn je moţno pouţít pro celou řadu různých nástrojů. Nevýhodou je pracnější upnutí nástroje a vysoké poţadavky na geometrickou přesnost upínacího trnu, zejména pokud jde o souosost jeho části určené pro nasunutí frézy a části slouţící k upnutí do vřetene frézky. Frézy čepové a stopkové jsou upínány prostřednictvím čepu nebo stopky, která je součástí samotného nástroje. Základní tvar upínací části je válcový nebo kuţelový. Na tomto základním tvaru pak mohou být vyrobeny další tvarové prvky umoţňující zajištění nástroje ve vřetenu nebo jeho rychlé a přesné upnutí. Tento typ upínání je vhodný pro frézy malých průměrů. Výhodou je snadnější dosaţení souososti upínací a pracovní části nástroje. Na následujících obrázcích č. 7. a 8. jsou příklady fréz s různým provedením upínací části. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 33

Obrázek 7: Nástrčná válcová fréza čelní [3] Rozdělení fréz podle umístění řezných břitů: Obrázek 8: Čepová válcová fréza čelní [3] Válcové frézy mají břity pouze na obvodové válcové ploše. Slouţí k frézování jediné plochy (neumoţňují frézovaní tzv. do rohu). Čelní frézy mají břity po obvodu válcové plochy i na jednom jejím čele. Umoţňují frézovat najednou jednu, dvě nebo tři plochy (rovinná plocha, frézování jednostranného vybrání - tzv. do rohu nebo frézování kompletní dráţky). Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 34

Kotoučové frézy mají břity po obvodu válce i na obou čelech. Určeny jsou zejména pro frézování dráţek. Kuţelové frézy mají břity na jedné nebo dvou kuţelových plochách, nebo na jedné kuţelové ploše a na čele. Pouţívají se na frézování úkosů, sraţení nebo úkosových dráţek. Tvarové frézy mají břity rozmístěny na tvarové ploše. Slouţí k výrobě tvarových prvků a dráţek. Typickými představiteli jsou: Rádiusové frézy pro výrobu vnějších nebo vnitřních zaoblení (zuby na rotační ploše s tvořící křivkou ve tvaru kruhového oblouku). Profilové frézy slouţí k frézování speciálních profilových prvků, jako jsou například upínací tvarové T dráţky, zubové mezery ozubených nebo řetězových kol, dráţky dráţkovaných hřídelů, dráţky pro klíny a pera, závity apod. Odvalovací frézy jsou to v podstatě profilové frézy s břity na tvarových prvcích uspořádaných ve šroubovici. Slouţí ke speciálnímu frézování tzv. odvalovacím způsobem, pro který je typické, ţe rotační pohyb koná nástroj i obrobek. Na dalších obrázcích č. 9 aţ 20. jsou představeny typické tvary fréz s uvedením označení zobrazeného typu. Obrázek 9: Válcová nástrčná fréza Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 35

Obrázek 10: Kotoučová fréza [3] Obrázek 11: Stopková kuţelová čelní fréza [3] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 36

Obrázek 12: Nástrčná kuţelová čelní fréza [3] Obrázek 13: Nástrčná kuţelová oboustranná symetrická fréza [3] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 37

Obrázek 14: Nástrčná rádiusová půlkruhová vypuklá fréza [3] Obrázek 15: Čepová rádiusová čtvrtkruhová vydutá fréza [3] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 38

Obrázek 16: Nástrčná rádiusová půlkruhová vydutá fréza[3] Obrázek 17: Čepová profilová fréza na upínací dráţky tvaru T" [3] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 39

Obrázek 18: Dráţkovací symetrická fréza na dráţky pro klíny a pera (profilová, čepová) [3] Obrázek 19: Dráţkovací symetrická fréza na dráţky pro klíny a pera (profilová, čepová) [3] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 40

Obrázek 20: Odvalovací fréza pro výrobu evolventních ozubených kol [3] Rozdělení fréz podle provedení (konstrukce): Frézy celistvé (monolitní) - mají tělo včetně břitů zhotoveno z jednoho kusu materiálu. Frézy skládané (dělené) jsou tvořeny dvěma nebo i více samostatnými frézami upnutými na společný upínací trn. Pouţívají se pro výrobu sloţitějších tvarů, pro které nejsou k dispozici jednodílné frézy. Typickým příkladem můţe být zhotovení zkosení nebo zaoblení dvou rovnoběţných hran nebo výroba několika souběţných dráţek najednou. Tyto frézy jsou v nástrčném provedení. Frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami jsou tvořeny samostatným tělem vyrobeným z běţných konstrukčních ocelí, na kterém jsou upevněny vyměnitelné břitové destičky z různých materiálů (rychlořezná ocel, slinuté karbidy, řezné keramické materiály atd.). Příklady sloţené frézy a frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami jsou na dalších obrázcích č. 21 a 22. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 41

Obrázek 21: Frézování tvarového loţe sloţenou frézou [4] Obrázek 22: Fréza s vyměnitelnými břitovými destičkami v nástrčném i čepovém provedení [5] Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 42

Rozdělení fréz podle tvaru zubů: Frézy se zuby frézovanými pro tyto frézy je typické, ţe řezné ostří se brousí ze strany hřbetu zubu (např. frézy válcové, válcové čelní, čelní ). Frézy se zuby podsoustruţenými ostří se brousí z čela zubu. Typické je to pro frézy, kde se po broušení nesmí změnit profil zubu (např. rádiusové frézy, profilové frézy, odvalovací frézy). Obrázek 23: Broušení ostří frézy s frézovanými zuby a) a frézy s podsoustruţenými zuby b) 2.3 ZÁKLADNÍ FUNKČNÍ ROZMĚRY FRÉZ Frézy jsou obráběcí nástroje s více či méně sloţitou geometrií, kterou lze těţko popsat několika univerzálními parametry. Následující seznam charakteristických rozměrů proto nemusí úplně popisovat všechna konstrukční provedení fréz, ale má dokumentovat hlavní společné rysy těchto nástrojů. K základním funkčním rozměrům frézy řadíme: průměr frézy D délka řezné části l úhel hřbetu - je to úhel, který svírá hřbet zubu a řezná rovina úhel břitu - je to úhel svíraný plochami hřbetu a čela zubu úhel čela - je to úhel, který svírá spojnice špičky zubu a středu otáčení frézy s plochou čela zubu úhel řezu (delta) - je to úhel sevřený plochou čela a řeznou rovinou (platí, ţe = + ) úhel sklonu ostří (lambda) - je to úhel, který svírá osa rotace frézy s tečnou šroubovice zubu úhel nastavení k (kapa) je to úhel sevřený ostřím frézy a rovinou kolmou k ose rotace frézy Všechny uvedené rozměry jsou pro lepší pochopení znázorněny na následujících obrázcích č. 24, 25, 26. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 43

Obrázek 24: Charakteristické rozměry frézy D, l, Obrázek 25: Charakteristické rozměry frézy - úhly,, a Obrázek 26: Řez frézou s vyměnitelnými destičkami znázorňující úhel nastavení Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 44

2.4 POSTUP TVORBY MODELU FRÉZY V AUTODESK INVENTORU V této kapitole si ukáţeme moţný postup modelování válcové frézy v Autodesk Inventoru verze 2013. Pro tvorbu modelu vyjdeme z rozměrů skutečné válcové hrubozubé frézy se zuby v pravé šroubovici určené pro frézování ocelí o pevnosti 600-900 MPa (fréza podle ČSN 22 2121). Geometrie frézy bude mít tyto parametry (některé parametry volíme pro nedostupnost přesných údajů): Průměr řezné části D=60 mm Délka řezné části l= 39 mm Počet zubů z=12 Výška zubu h z =6 mm Úhel hřbetu =10 Úhel čela =15 Úhel sklonu ostří =40 Průměr upínacího otvoru d=27 mm 2.4.1 MODELOVÁNÍ FRÉZY V AUTODESK INVENTORU VERZE 2013 Následující obrázky zachycují postup tvorby 3D modelu frézy a stručný popis jednotlivých kroků. 1) Spustíme Inventor standartním způsobem a otevřeme šablonu pro tvorbu nové součásti (norma.ipt). Na rovině XY zaloţíme nový náčrt. Rozměry volíme podle následujícího obrázku. Osu modelu vloţíme do počátku souřadného systému. Horní a dolní část náčrtu zavazbujeme tak, aby odpovídající si úsečky byly stejné. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 45

2) Náčrt ukončíme a pomocí rotace vymodelujeme základní tvar frézy. 3) Na čele frézy o průměru 40 mm zaloţíme nový náčrt a nakreslíme profil dráţky pro pero. Kreslíme příkazem pro tvorbu obdélníka. Vodorovnou stranu obdélníka vystředíme proti počátku souřadnic pomocí svislé vazby. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 46

4) Po ukončení náčrtu vysuneme profil dráţky jako otvor (odečtení) skrz celé těleso frézy. 5) Zkosíme obě vnější hrany upínacího otvoru na míru 1x45. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 47

6) Zaoblíme osazení o průměru 40 mm na obou čelech rádiusem R 0,5 mm. 7) Zaloţíme nový náčrt na rovině YZ Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 48

8) Model zobrazíme v řezu 9) Do roviny řezu provedeme promítnutí hrany otvoru Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 49

10) Nakreslíme náčrt vnitřního odlehčení tělesa frézy. 11) Náčrt ukončíme a pomocí rotace vytvoříme odlehčení. Rotujeme opět jako otvor (odečtení). Osou rotace je souřadná osa Y. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 50

12) Zaoblíme obě hrany vzniklého odlehčení rádiusem R 1 mm. 13) Vybereme plochy, které jsou na skutečné fréze broušené podle následujícího obrázku. (Vybereme první a pří výběru ostatních drţíme stisknuté tlačítko Shift.) Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 51

14) Vybraným plochám přidělíme barvu chróm leštěný. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 52

15) Zaloţíme pracovní rovinu svírající se souřadnou rovinou XZ úhel 130 podél souřadné osy Z. (Volba Úhel k rovině podél hrany.) 16) Na této pracovní rovině nakreslíme náčrt pro tvorbu zubové mezery. Rozměry jsou na následujícím obrázku. Neţ začneme kreslit náčrt, připravíme si dvě vzájemně kolmé konstrukční čáry jdoucí počátkem dle obrázku, které nám usnadní zakótování náčrtu. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 53

17) Pomocí příkazu pro tvorbu spirály vymodelujeme zubovou mezeru. Parametry spirály jsou zřejmé z dalších obrázků. Stoupání spirály je 224 mm, osou je souřadná osa Y. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 54

18) Zbylé zubové mezery vytvoříme příkazem kruhového pole. Prvkem pole je jiţ hotová mezera, osou je opět souřadná osa Y a počet prvků nastavíme na 12. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 55

19) Zbývá jiţ vytvořit jen fazetku ostří a plochu hřbetu zubů. K tomuto účelu nakreslíme náčrt na čelní ploše zubů. (POZOR! Nekreslit na čele odskočeného průměru 40 mm!). V náčrtu nejdříve promítneme kruhovou vnější hranu zubu. Dále nakreslíme čáru, kterou s tímto obloukem sváţeme tečnou vazbou. Potom dokreslíme a zakótujeme zbytek náčrtu. Pro kótování je vhodné do průsečíku delších stran nakresleného trojúhelníka nakreslit bod. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 56

20) Po ukončení náčrtu vytvoříme fazetku i hřbetní plochu opět příkazem pro tvorbu spirály, která musí být opět charakteru otvor (odečtení). Parametry spirály MUSÍ být stejné jako pro spirálu zubové mezery! Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 57

21) Fazetky a hřbety zbylých zubů vymodelujeme příkazem pro kruhové pole. Prvkem je spirální plocha vytvořená v předchozím kroku, osou je souřadná osa Y a počet prvků pole je 12. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 58

22) Hřbetní plochy zubů jsou broušené, proto je opět označíme (nejlépe je vybrat v prohlíţeči prvek spirály a kruhového pole z předešlých dvou kroků) a přiřadíme jim vzhled chróm leštěný. 3D model frézy je hotový. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 59

Obrázek 27: Srovnání fotografie skutečné frézy a jejího 3D modelu Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 60

ZÁVĚR Klasické obráběcí nástroje jsou stále důleţitým prostředkem při obrábění i v dnešní moderní době, která je charakteristická nasazením nových typů CNC obráběcích strojů a speciálně pro jejich potřeby vyvinutých obráběcích nástrojů. Tento učební text by měl podat studentům ucelený pohled na princip, tvary, geometrii, způsob výroby a materiály pouţívané při výrobě spirálových vrtáků a fréz klasické konstrukce. Názorné příklady pro tvorbu 3D modelů těchto nástrojů pak prohloubí nejen pochopení jejich geometrie, ale vedou i ke zdokonalování v pouţívání konstrukčního programu Autodesk Inventor. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 61

SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A ZDROJŮ [1] online]. [cit. 2013-07-17]. Dostupné z: Http://www.datamp.org/patents/displayPatent.php?number=38119&typeCode=0 [online]. [cit. 2014-04-07]. [2] HUMÁR, Anton. TECHNOLOGIE I TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ 2. část., VUT-FS, Ústav strojírenské technologie,2004 [3] [online]. [cit. 2013-08-07]. Dostupné z: http://www.zps-fn.cz/katalog-frez/ [4] [online]. [cit. 201-08-07]. Dostupné z: http://zozei.sssebrno.cz/userdata/imagelibrary/upload/frezovanisloeenym-nastrojem.jpg [5] [online]. [cit. 2013-08-08]. Dostupné z: http://www.lob-uhlir.cz/cze/obrabeci-nastroje/nastroje-walter/ Všechny obrázky a fotografie bez uvedení zdroje jsou dílem autora textu. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 62

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1: Obrázek z patentové přihlášky S. A. Morseho z roku 1863 [1]... 4 Obrázek 2: Vrták s válcovou upínací stopkou... 5 Obrázek 3: Vrták s kuţelovou upínací stopkou... 6 Obrázek 4: Hlavní části a rozměry vrtáku 1. Část... 6 Obrázek 5: Hlavní části a rozměry vrtáku - 2. část... 7 Obrázek 6: Způsob podbroušení hřbetu vrtáku [2]... 8 Obrázek 7: Nástrčná válcová fréza čelní [3]... 34 Obrázek 8: Čepová válcová fréza čelní [3]... 34 Obrázek 9: Válcová nástrčná fréza... 35 Obrázek 10: Kotoučová fréza [3]... 36 Obrázek 11: Stopková kuţelová čelní fréza [3]... 36 Obrázek 12: Nástrčná kuţelová čelní fréza [3]... 37 Obrázek 13: Nástrčná kuţelová oboustranná symetrická fréza [3]... 37 Obrázek 14: Nástrčná rádiusová půlkruhová vypuklá fréza [3]... 38 Obrázek 15: Čepová rádiusová čtvrtkruhová vydutá fréza [3]... 38 Obrázek 16: Nástrčná rádiusová půlkruhová vydutá fréza[3]... 39 Obrázek 17: Čepová profilová fréza na upínací dráţky tvaru T" [3]... 39 Obrázek 18: Dráţkovací symetrická fréza na dráţky pro klíny a pera (profilová, čepová) [3]... 40 Obrázek 19: Dráţkovací symetrická fréza na dráţky pro klíny a pera (profilová, čepová) [3]... 40 Obrázek 20: Odvalovací fréza pro výrobu evolventních ozubených kol [3]... 41 Obrázek 21: Frézování tvarového loţe sloţenou frézou [4]... 42 Obrázek 22: Fréza s vyměnitelnými břitovými destičkami v nástrčném i čepovém provedení [5]... 42 Obrázek 23: Broušení ostří frézy s frézovanými zuby a) a frézy s podsoustruţenými zuby b)... 43 Obrázek 24: Charakteristické rozměry frézy D, l,... 44 Obrázek 25: Charakteristické rozměry frézy - úhly,, a... 44 Obrázek 26: Řez frézou s vyměnitelnými destičkami znázorňující úhel nastavení... 44 Obrázek 27: Srovnání fotografie skutečné frézy a jejího 3D modelu... 60 Obrázky popisující postupy modelování nástrojů nejsou v seznamu pro jejich velký počet uvedeny Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 63