Dnešní příspěvek se týká především
budoucího rozvoje inovačních
technologií obrábění za podpory
výpočetní techniky a s ohledem
na strategické nákladové parametry.
HPC neboli vysoce
výkonné obrábění (High Performance
Cutting někdy též High
Produkctive Cutting) patří
do skupiny inovačních
metod obrábění, stejně jako
méně známý pojem vysokorychlostní
přesné frézování
(High Speed Precision
Cutting, HSPC).
V dnešní době se tyto speciální
technologie vycházející
z HSC (vysokorychlostního
obrábění) označují
také jako nové alternativní
technické inovace.
Jmenované technologie si
ovšem kladou poněkud
odlišné cíle, nikoli již jen
vysokou řeznou rychlost.
U HPC jde především
o vysoký výkon, tedy úběr,
a HSPC se (vedle vysoké
řezné rychlosti) klade
zvláštní důraz na přesnost
a kvalitu. Jinými slovy: HPC
a HSPC je možno považovat za dvě
odlišné technologie, které mají
i odlišná kritéria hodnocení.
Základním předpokladem pro úspěšnou
aplikaci moderní technologie
obrábění jako je komplexní vysoce
výkonné obrábění (HPC) je
možnost disponovat adekvátním
a schopným strojním zařízením. Požadavky
kladené na tzv. HPC stroje
jsou jedny z nejnáročnějších a do
značné míry ovlivňují rentabilitu celé
aplikace. Nejsledovanějšími parametry
jsou vždy posuvové rychlosti
a maximální otáčky na hlavním vřetenu.
Velice často se však v souvislosti
s těmito hodnotami zapomíná
na odpovídající velikosti zrychlení,
neboť např. vysoké posuvové rychlosti
neznamenají přínos pokud nejsou
spojeny s vysokým zrychlení ve
všech osách řízeného pohybu. Dráhy
které nástroj musí během obráběcí
operace urazit jsou často v řádu pouze
několika milimetrů, opětovaně
mění prudce směr a proto je důležité
jak rychle je stroj schopen opět dosáhnout
požadované posuvové rychlosti.
Obdobně je možné uvažovat
i o řezných rychlostech, kde však
i při aplikaci plynulého řízení otáček
v závislosti na poloze a orientaci nástroje
vůči obráběnému povrchu nedochází
k tak prudkým změnám jako
u posuvů.
Často diskutovanou otázkou je nasazení
suchého obrábění popř. tzv.
kvazisuchého obrábění, kdy se využívá
pouze velmi malé množství
procesní kapaliny, která je buď pod
velkým tlakem nebo ve formě mlhoviny
přiváděna jen do úzce omezené
oblasti okolo řezné hrany a čela břitu
nástroje. Důvodů proč obrábět
bez využití procesních kapalin je
celá řada. Hlavním a neoddiskutovatelným
důvodem je ekologie,
ochrana životního prostředí a lidského
zdraví. Představme si, že při
tzv. povodňovém chlazení je průtok
procesní kapaliny cca 12 000 l.h-1
(kapalina sice cirkuluje, ale má svou
omezenou životnost a musí se velmi
náročným způsobem ekologicky recyklovat)
zatímco při MMS (nasazení
minimálního množství kapaliny)
je hodinová spotřeba pouze cca
50 ml. Aplikace MMS nebo suché
obrábění sice klade specifické nároky
na stroj a jeho vybavení (odsávání,
komplikovanější odstraňování
třísek, dokonalejší kryty posuvových
mechanismů), ale ekonomické
a ekologické úspory zcela vykompenzují
vícenáklady. Vždyť náklady
spojené s používáním procesních
kapalin mohou u komplexnějších
dílů tvořit až 17 % ceny vyráběného
dílu, což už je významný potenciál
a motivace zabývat se podobnou
otázkou.
Moderní HPC stroj musí též respektovat
požadavky z hlediska rychlé
přestavitelnosti, vysoké efektivnosti
řízení. Velmi důležitá je míra
automatizace a možnost napojení na
periferní zařízení. Stroj musí být konstruován
jako vysoce stabilní při
všech standardních i nestandardních
obráběcích operacích. Měl by též
umožňovat jak vysokou programovací
podporu tak i jednoduchost a intuitivnost
pro obsluhující personál.
Strategické rozhodování při investování
do strojního zařízení můžeme
obecně rozdělit do dvou základních
fází a to před vlastním investováním
a po investici. Při volbě, který typ
stroje vlastně koupit, s jakými možnostmi
a perifériemi, je nutné zvažovat
celou řadu technických a ekonomických
parametrů tak, jak byly uvedeny.
Prvotní rozhodnutí by se mělo
odvíjet od návaznosti na současný
výrobní systém jeho nastavení a rozfázování.
Dále je nutné stanovit základní
výrobní operace, které budou
na stroji pravděpodobně realizovány,
respektovat možnosti změn a určitý
stupeň jednoúčelovosti popř. univerzálnosti
a tomu přizpůsobit také hlavní
technické parametry. Na hranici
mezi před/po investici leží i otázka
výběru nástrojového vybavení a příslušných
periférií.
Zde hraje významnou roli poměr
mezi vedlejšími a hlavními
časy při obrábění.
Ty se odvíjejí ze součástkového
spektra.
Většinou platí to, že čím
je obráběný díl složitější
a komplexnější, tím je
větší podíl časů vedlejších..
V tom případě by
bylo méně přínosné věnovat
se růstu řezných
podmínek (posuv,
hloubky řezu, řezná
rychlost), kde zkrácení
hlavního strojního času
o několik sekund si
mnohdy vyžádá nerentabilní
nárůst nákladů.
Výraznějších úspor lze
dosáhnout zásahem na
straně vedlejších časů.
A to např. redukcí počtu
výměn nástrojů nasazením sdružených
kombinovaných nástrojů, optimalizací
neaktivních drah nástrojů,
důrazem na nataktování výroby, realizací
vyšších zrychlení pohybů,
omezením bezpečných vzdáleností
od materiálu při najíždění, redukcí na
straně upínání (víceobrobkové upínání,
vícepaletová nebo dopravníková
výměna obrobku).
V každém případě by všechny zásahy
měly směřovat k optimalizaci celého
obráběcího procesu (výroby).
Nedílnou součástí je optimalizace
řezných podmínek, kterou lze už
uspokojivě řešit za podpory výpočetní
techniky. Počítačově integrovaná
optimalizace respektující všechny
výše zmiňované aspekty umožní úspěšnou
a rentabilní aplikaci moderních
technologií jako je HPC.
Vysoce výkonné obrábění HPC se
vyznačuje značnými ekonomickými
a ekologickými přednostmi především
pro sériovou výrobu. Vyžaduje
však striktní dodržení optimální
kombinace strojního, nástrojového,
upínacího a procesního (média) vybavení.
ING. TOMÁŠ SKOPEČEK, PH.D.
KATEDRA TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ
FAKULTA STROJNÍ
ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI
