Minimalizace nákladů spojených s obráběním na číslicově
řízených strojích se dotýká celého souboru činností
výrobních společností počínaje od plánování výroby,
nákupu, logistiky přes volbu technologie obrábění,
přípravu a simulaci programů, nástrojů a upínacích
přípravků pro obrábění, vlastní obrábění až po finální
kontrolu, balení a expedici obrobků. Je naprosto zřejmé,
že jedinou činností v tomto dlouhém výčtu, kterou každá
firma vytváří přidanou hodnotou, je vlastní řezný proces,
tedy fáze, v níž je na stroji původní polotovar obráběním
měněn v obrobek požadovaných tvarů a rozměrů.
Právě optimalizace činnosti číslicově
řízených strojů při řezném procesu
byla hlavním předmětem prezentační
akce firem Misan, Seco Tools CZ
a Renishaw pořádané 27. a 28. května
2009 v předváděcím středisku Misan
v Lysé nad Labem. U předváděných
aplikací na soustružnických i frézovacích
strojích byl vždy kladen
důraz na maximální využití velkého
potenciálu CNC strojů se značkou
Mazak, prostřednictvím technologicky
i ekonomicky optimalizované
volby řezných nástrojů Seco Tools
a doplněním o nástrojové a obrobkové
sondy Renishaw. Ty rovněž představují
významný činitel přispívající
ke zvýšení efektivity obrábění. Na
pěti technologických pracovištích
byly demonstrovány různé aplikace
zahrnující několik typů obráběných
materiálů v kombinaci s doporučenou
volbou strategie obrábění včetně
nástrojového vybavení a automatického
ustavení obrobku dotykovými
sondami.
VCN410A-II
Na svislém obráběcím centru
Mazak VCN410A-II byla demonstrována
využitelnost jednoho nástroje
při různých obráběcích operacích
v korozivzdorné oceli. K vidění bylo
ponorné frézování, hluboké vrtání
a zahlubování – vše jediným nástrojem
- plátkovým vrtákem o průměru
25 mm. Použití jednoho nástroje pro
různé technologické operace zkracuje
vedlejší neproduktivní časy při obrábění
a současně přináší nižší investiční
požadavky na tělesa a držáky
nástrojů.
Produktivní výroba závitů různých
velikostí byla předmětem druhé ukázky
na stroji VCN410A-II. V prvním
případě frézování závitu plátkovou
závitovou frézou se třemi vyměnitelnými
břitovými destičkami – M32x2
do hloubky 25 mm. Ve druhém případě
frézování závitu celokarbidovou
frézou – M10x2 do hloubky 15 mm.
Pro všechny výše uvedené procesy
obrábění bylo využito dialogové
prostředí programovacího jazyka
Mazatrol, poskytující uživatelsky
přívětivé prostředí pro snadné programování
složitých procesů jako jsou
frézovací cykly planetového závitování,
či okružní frézování závitů a jiné.
Pro nastavení nulového bodu obrobku
byla použita dotyková obrobková
sonda RENISHAW OMP60, programovaná
pomocí předdefinovaných
cyklů v jazyce Mazatrol.
Svislé obráběcí centrum Mazak
VCN410A-II je konstrukčně složeno
z křížového stolu (lineární osy X
a Y) a pohyblivého vřeteníku (osa Z)
nesoucím frézovací vřeteno s maximálními
otáčkami 12 000 ot/min
a výkonem dosahujícím při krátkodobém
zatížení až 18,5 kW. Nepostradatelnou
konstrukční skupinu tvoří
zásobník nástrojů, který je u tohoto
stroje třicetimístný bubnového typu
a je umístěn v bezprostřední blízkosti
vřetene, což zajišťuje krátké časy
výměny nástrojů. Využitelná upínací
plocha stolu má rozměry 900 x
410 mm a stůl lze zatížit polotovary
a upínacími přípravky o hmotnosti
do 500 kg. Stroj je, podobně jako
drtivá většina dalších typů strojů od
Yamazaki Mazak, standardně vybaven
řídicím systémem Mazatrol
Matrix, který je již šestou generací
CNC systému vyvíjeného Mazakem
výlučně pro své stroje. Mazatrol
Matrix doznal oproti svému předchůdci
velké množství uživateli více
či méně skrytých vylepšení (více než
100). Vyberme pouze malou část
zajímavých úprav: programování
s inkrementem 0,1 mikrometru (tzn.
vlastní interpolace při pohybu řízených
os probíhá v nanometrických
jednotkách); nové funkce a cykly
v dialogovém programovacím jazyku
Mazatrol; plně integrovaná simulace
obrábění na úrovni detailního
modelu stroje, nástrojových držáků
a vlastních nástrojů; sofistikovaný
systém detekce a kompenzace tepelných
deformací stroje; nový ergonomický
design ovládacího panelu
a další.
QTNx 200 II M
Soustružnická aplikace obrábění
korozivzdorné oceli (ČSN 17 243)
byla předváděna na stroji Mazak
Quick Turn Nexus 200 II M. Podobně
jako u stroje VCN410A-II byl
i zde využit jeden nástroj pro různé
technologické operace. V tomto případě
se jednalo o systém Seco MDT
(Multi Directional Turning), se kterým
lze zapichovacím nožem provádět
nejen zapichování a upichování,
ale i vnější axiální i radiální
soustružení a kopírování. Efektivní
využití najde tento systém nejen při
obrábění složitých kusů s požadavkem
na velký počet nástrojů, pro něž
nemusí vyhovovat kapacita revolverové
hlavy, ale i při snaze o minimalizaci
vedlejších časů během
pracovního cyklu stroje. Zvláštní
zmínku zaslouží systém upínání
zapichovacích plátků v nástrojovém
držáku Secoloc. Spodní lůžko držáku
a spodní část nástroje jsou opatřeny
podélným drážkováním, horní
část potom výraznou V-drážkou:
tento typ svěrného spojení zajišťuje
vysokou tuhost a stabilitu upnutí
vyměnitelné břitové destičky, která
je potřebná zejména při axiálním
soustružení.
Aplikace byla opatřena automatickým
odměřením nulového bodu
polotovaru a polohy i šířky přesné
obráběné drážky pomocí obrobkové
sondy Renishaw LP2 umístěné
v revolverové hlavě stroje.
Soustružnické obráběcí centrum
QTNx 200 II M disponuje maximálním
oběžným průměrem nad ložem
675 mm, je vybaveno 12polohovou
revolverovou hlavou (opčně 16polohová),
kde každou pozici lze osadit
poháněnými nástroji. Trvalý výkon
soustružnického vřetena je 22 kW,
otáčky do 5000 ot/min.
HCN5000II
Vodorovné obráběcí centrum
Mazak HCN5000II s vřetenem
s 18 000 ot/min, výkonem 30 kW
a krouticím momentem 221 Nm je
určeno pro obrábění široké škály
materiálů, počínaje od slitin neželezných
kovů přes běžné konstrukční
oceli až po těžko obrobitelné materiály.
Stroj je standardně vybaven
dvoupaletovým výměníkem palet,
který jej umožňuje zapojit do modulárního
systému paletového hospodářství
PALLETECH. V základním
provedení PALLETECH čítá obslužný
manipulátor, nakládací/vykládací
stanici a šest palet. Tato vstupní
sestava společně se strojem HCN5000II
byla prezentována v činnosti
během semináře. Systém PALLETECH
lze pomocí modulů rozšířit až
na 240 palet a 8 nakládacích stanic.
Do systému může být zapojeno až
16 strojů nejen shodného typu, ale
i kombinace konstrukčně odlišných
strojů (např. lze zapojit svislá pětiosá
frézovací centra či svislá pětiosá
karuselová centra). Další možností je
sloučit do jednoho paletového systému
vodorovná centra s různou velikostí
palet.
Aplikace na stroji spočívala
v předvedení výjimečných vlastností
nových antivibračních upínacích
trnů Seco Steadyline osazených
vysokoposuvovou frézou při
frézování materiálu ČSN 11 375.
Trny Steadyline jsou vybaveny
aktivním tlumicím elementem
a umožňují tak, v kombinaci s vysokou
tuhostí a vlastním tlumením
výrobního stroje, stabilní frézování
s extrémně vyloženým nástrojem,
což může být u některých aplikací
nezbytné vzhledem ke geometrickému
tvaru obrobku.
Druhá ukázka představila na témže
stroji novou frézu Seco Square 6
osazenou plátky se šesti řeznými
hranami a úhlem nastavení 90°, což
přináší značnou výhodu při rohovém
frézování. Využít lze ovšem
nástroj i pro čelní, boční a ponorné
frézování.
Poloha polotovaru v pracovním
prostoru stroje byla měřena a automaticky
nastavena pomocí obrobkové
sondy RENISHAW OMP60 s využitím
standardních předdefinovaných
cyklů v dialogovém jazyce Mazatrol
MATRIX (viz obrázek).
VTC300C II
Svislé obráběcí centrum VTC300C
II je konstrukčně složeno z pevného
stolu a pohyblivého stojanu, jehož
součástí je frézovací vřeteno. Stůl
o rozměrech 2000 x 760 mm, jež lze
zatížit maximálně obrobkem o hmotnosti
1400 kg, je velmi vhodný pro
umístění nejrůznějšího příslušenství
jako je např. 4. osa, hydraulické či
magnetické upínací přípravky apod.
Pracovní prostor stroje lze navíc
snadno demontovatelnou přepážkou
rozdělit na dvě nezávislé komory
disponující nezávislými jištěnými
dveřmi. Frézovací vřeteno disponuje
výkonem 18,5 kW, maximálními
otáčkami 12 000 ot/min a je doplněno
zásobníkem 30 nástrojů (opčně
48 nástrojů). Díky konstrukčnímu
uspořádání stroj při výměně nástroje
koná pohyb do bodu výměny
pouze v osách Z a Y. Čas výměny
nástroje (tříska-tříska) je tak pouhých
4,9 s, navíc nástroj vždy koná
výměnu mimo pracovní prostor stroje
(zajetí do výměny ve směru osy
Y o 250 mm), což otevírá možnost
bezezbytku využít celý pracovní prostor
stroje. Demontáží bočních krytů
lze snadno dále rozšířit upínací plochu
stolu ve směru X pro obrábění
velmi dlouhých dílů.
Demonstrované aplikace na stroji
VTC300C II byly rozděleny do dvou
pracovních komor stroje. V prvním
prostoru se jednalo o obrábění kalené
oceli ČSN 19 313 tepelně zpracované
na 62 HRC. Strategie obrábění spočívala
v nasazení vysokoposuvové frézy
Seco pracující s posuvovou rychlostí
2470 mm/min (0,5 mm/zub) při
ap = 0,1 mm. Dokončení čelní plochy
bylo realizováno frézou s vyměnitelnými
břitovými destičkami z kubického
nitridu boritého řeznou rychlostí
350 m/min. Dosažená drsnost povrchu
Ra = 0,3 ?m prokázala vysokou
tuhost všech komponentů.
Ve druhém pracovním prostoru
byl obráběn blok oceli třídy ČSN
12 050 hrubovací a dokončovací frézou
vytvářející finální tvar obroku ve
formě soustavy kapes a dutin, jejichž
geometrický tvar a poloha byly definovány
požadavky na výkrese. Automatická
kontrola těchto charakteristik
byla provedena kombinací přesné tenzometrické
sondy Renishaw OMP400
a CAD/CAM softwaru OMV Pro.
Princip činnosti softwaru OMV Pro
spočívá v automatickém generování
měřicího ISO kódu na základě načteného
3D modelu obrobku. Stroj koná
se sondou pohyby, kterými proměří
veškeré požadované geometrické
charakteristiky obrobku a do softwaru
OMV Pro odesílá naměřená data.
Výsledky lze poté zpracovat do měřicího
protokolu podobně jako na souřadnicových
měřicích strojích. Pro
proměření dokončovacího nástroje
byla na stroji použita laserová nástrojová
sonda Renishaw NC4. Sonda
NC4 měří nástroje za rotace. Pomocí
maker, dodávaných k této sondě,
lze měřit standardní nástroje kulové,
stopkové, čelní, úhlové, kotoučové,
případně jiné speciální nástroje.
Samozřejmostí je funkce kontroly
zalomení nástroje.
Varia xis 500 5X II
Ukázky produktivního obrábění byly
představeny na pětiosém vertikálním
obráběcím centru MAZAK Variaxis
500 5X II. Řada obráběcích center
Variaxis ověřené konstrukce se sklopnou
osou A a rotační osou C je přednostně
určena k opracování obrobků
z pěti stran. Odpadá tak opakované
upínání a opracování dílů na dalších
strojích, což představuje významnou
úsporu nákladů. Předváděný stroj byl
v provedení s paletovým výměníkem,
který lze dodat jako zvláštní příslušenství.
Toto řešení podobně jako u horizontálních
center výrazně šetří vedlejší
časy potřebné pro upínání a kontrolu
obráběných dílců. Velikost palety
400 x 400 mm umožňuje umístit polotovar
o průměru 500 mm x 405 mm
a hmotnosti 300 kg. Lineární osy X,
Y a Z jsou umístěny na litinové tuhé
rámové konstrukci, která dovoluje
max. rychloposuvy 52 m/min. Pohybové
šrouby jsou v základním provedení
vybaveny vnitřním chlazením
a jsou zařazeny do chladicího okruhu
společně s vřetenem. Vřeteno s upínacím
kuželem ISO 40 disponuje otáčkami
12 000 ot/min a trvalým výkonem
15 kW.
Nejnovější generace řídicího systému
Mazatrol MATRIX je standardně
dodávána jednak s vyspělým
dialogovým programováním
(první dialog již v roce 1981),
jednak s funkcemi programování
v ISO umožňujícími obrábět plynule
v pěti osách s inkrementem
0,0001 mm, resp. 0,0001°. Dialogový
způsob programování výrazně
zkracuje čas přípravy k obrobení
dílu a přispívá k pohodlnému
ovládání stroje. Ze základních
funkcí dialogu lze jmenovat např.
výběr předdefinovaných procesů
obrábění, návrh nástrojů dle zvoleného
obráběcího procesu, automatické
doplnění řezných podmínek
na základě zvoleného materiálu
polotovaru a řezného nástroje
a grafickou nápovědu pro každý
obráběcí proces. Jednoduchá je
konečná úprava sledu operací stanovením
priorit a přehledné zobrazení
obráběcích časů každé operace.
Pro kontrolu programu slouží
čárové zobrazení dráhy nástroje
s možností úpravy měřítka zobrazení
nebo kontrola dráhy nástroje
ve 3D s použitím modelů nástrojů
a modelu upínače.
Řídicí systém je vybaven také dalšími
pokročilými (inteligentními)
funkcemi, jako je např. důsledná
kontrola kolizí všech pohyblivých
i pevných komponent v pracovním
prostoru stroje při manuálním pohybu
i během automatického cyklu,
dále aktivní kontrola vibrací při
obrábění a inteligentní tepelný štít,
tedy sledování a přesná kompenzace
tepelných deformací jednotlivých
skupin stroje.
Firma SECO TOOLS zde prezentovala
celokarbidové vrtáky
Seco Feedmax řady SD200 určené
pro vrtání hlubokých otvorů.
V praktické ukázce byl použit vrták
SD216A-11.0-180-12R pro vrtání
průchozích otvorů o průměru
11 mm do hloubky 176 mm (16xD)
v nástrojové oceli 19 312 při řezné
rychlosti 70 m/min (2026 ot/min)
a posuvu 0,25 mm/ot. Tlak chladicí
kapaliny byl nastaven na hodnotu
70 barů.
V druhé ukázce byla obráběna
kapsa v oceli 19 312 metodou High
Feed Milling (HFM). Touto metodou
lze obrábět až třikrát rychleji
než konvečními metodami. Namísto
větší hloubky třísky a malého posuvu
se volí hloubka třísky menší, do
2 mm, a velký posuv, až desetinásobek
běžných hodnot. Zatížení nástroje
a vibrace v radiálním směru se
při této metodě zcela minimalizují,
řezné síly jsou převážně axiální, což
přispívá k větší životnosti nástroje
při zvýšené produktivitě. Pro frézování
celokarbidovým nástrojem
byla použita tříbřitá fréza Seco Jabro
980K080Z3 o průměru 8 mm, řezná
rychlost 180 m/min, posuv 0,36 mm/
zub a hloubka třísky 0,4 mm. Zástupcem
fréz s vyměnitelnými břitovými
destičkami pro HFM byla zvolena
tříbřitá vysokoposuvová fréza
R217.21-1225.RE-R100.3A. Tímto
nástrojem se obrábělo řeznou rychlostí
140 m/min, posuvem 0,7 mm/
zub s hloubkou třísky 0,4 mm. Pro
chlazení nástroje se v obou případech
použil stlačený vzduch. /mis/