Celková vysoká kvalita konstrukce a eliminace všech negativních vlivů působících ve stroji není ještě zdaleka zárukou přesné výroby. Fundamentální vliv zde má zvolená technologie (strategie) obrábění, charakter obrobku (čili jeho geometrické parametry a materiál), jeho upnutí a v neposlední řadě obráběcí nástroj a použité nástrojové rozhraní. Podstatným vlivem je jistě vzdělaná a dostatečně zkušená obsluha, která je schopna naplno využít všech dostupných prostředků daného pracoviště. NEŽÁDOUCÍ CHYBY Do procesu výroby dílce tak vstupuje celá řada chyb, které mohou nastat v kterékoliv fázi. Jako první zde mohou vstupovat chyby pocházející již ze zadání. Zde je možno brát v potaz chyby výkresu a v dnešní době zejména chyby v modelech dílců. Pokud jde o obrobek tvarově složitý, čili obsahující tvarově obecné plochy, dochází často k chybám již v této fázi. V závislosti na použitém CAD systému může dojít v důsledku konverzí různých formátů či používání různých CAD systémů k nespojitostem ploch modelu, které mohou způsobit problémy v CAM systémech při generování trajektorií nástroje. Tyto trajektorie následně také vykazují nespojitost a výsledný řídicí program pak může obsahovat např. nežádoucí reverzace os při průjezdu nástroje těmito oblastmi nespojitosti nebo skokové změny polohy v jedné či více osách. To vyústí ve výslednou chybu na povrchu v důsledku odlehčení nástroje, který zbaven záběru je vnitřními silami rozechvěn a dojde k podfrézování rozměru či optické vadě na povrchu součásti. Dalším faktorem je technologičnost obrobku a celková reálná proveditelnost dílce s uvážením požadované přesnosti. Požadované tvarové plochy obrobků jsou tak často nerealizovatelné (alespoň ne tak, aby výsledná cena dílce byla v přijatelných mezích), a to jak z hlediska složitosti ploch, tak prostoru pro vedení nástrojů. Pokud je tento prostor malý, nezbývá než užívat nástrojů malých průměrů, což klade jednak velmi vysoké otáčkové nároky na vřetena pro zachování produktivity a jednak vyvstává celá řada dalších problémů, např: snížená tuhost nástroje a s ní spojené chvění nástroje způsobující nevyhovující povrch a odtlačování nástroje od povrchu, což opět v konečném důsledku vede k nedodržení rozměrových tolerancí. Charakter obrobku: zde se uvažuje o vlivu geometrie obrobku, tedy zejména o tom, můžeme-li jej považovat za tenkostěnný. Za typické tenkostěnné obrobky můžeme považovat např. oběžná lopatková kola, lopatky a další podobné dílce. U těchto obrobků dochází při obrábění k deformacím a díky jejich nízké tuhosti také k rozkmitávání vlivem řezných sil, které tyto tenké části snadno vybudí. Kmitání má samozřejmě negativní vliv na výslednou přesnost a zejména má vliv na výslednou kvalitu povrchu. Důležitým vlivem je také často opomíjený vliv postprocessingu, neboť běžně dostupné postprocesory neumožňují dodržet požadované řezné podmínky, zejména jedná-li se o víceosé souvislé obrábění. Během tohoto typu obrábění tak může docházet k výrazným fluktuacím a v některých případech dokonce téměř ke skokům posuvové rychlosti, což se opět může nekompromisně projevit na výsledné přesnosti dílu, kvalitě jeho povrchu a zejména na výsledné době výroby dílu. Pro výrobu nejpřesnějších součástí v měřítkách „mikro“ je také nutno dostatečně diskretizovat naprogramované dráhy nástroje oproti běžným CAM systémům, které nejsou schopny dosáhnout takového rozlišení. Tím ovšem i jednoduchý program nabývá obřích rozměrů a nastávají zde problémy se zpracováním velkého objemu dat (řádově jednotky až desítky GB). Z uvedených skutečností je patrno, že zárukou přesnosti třískového obrábění na CNC strojích není jen samotný stroj, ale správná volba technologie uživatelem dodává této problematice přímo esenciální rozměr. V uvedených vlivech není rozebrán např. vliv upínání, řezných podmínek, opotřebení nástroje, materiálu obrobku či mezioperačního tepelného zpracování a už tak složitý přístup k této problematice se dále prohlubuje. Je tedy zřejmé, že uživatelská zodpovědnost za finální produkt je více než vysoká a nemůžeme se spoléhat pouze na precizní strojové zázemí. NEJVYŠŠÍ DOSAHOVANÁ PŘESNOST Přesnost výroby významně ovlivňuje směr nejen běžných strojírenských odvětví. Jedno z odvětví, ve kterém má přesnost klíčovou roli, představuje výroba optických prvků a zařízení. Vývoj technologií a neustálé zvyšování přesnosti přinesly do tohoto odvětví významný posun vpřed. Při zhotovování optických čoček, zrcadel a jejich forem je nutné dodržovat tolerance, které jsou řádově užší než tolerance běžných strojírenských výrobků. Valná většina optických ploch se dnes zhotovuje na obráběcích strojích. Výsledná dosahovaná geometrická přesnost obrábění se pohybuje v mezích 0,1–1 μm. Stejně i jakost povrchu dosahuje hodnot, se kterými se ve strojírenství setkáváme vzácně. Běžná hodnota Ra jakosti optických povrchů se pohybuje okolo 10 nm, ve výjimečných případech bylo dosaženo Ra 2 nm. Zlepšení geometrické přesnosti a jakosti povrchu přineslo významné změny do optického průmyslu. Neméně významný přínos pro optický průmysl představuje možnost zhotovovat obecné optické plochy díky číslicovému řízení obráběcích strojů. Nejvýznamnější technologií pro obrábění optických ploch představuje soustružení a v poslední době i čím dál více se prosazující frézování. Díky číslicovému řízení lze soustružením vytvářet složenými pohyby obrobku a nástroje obecné plochy s takovou kvalitou, že po obrobení není již třeba dalších operací. Pro dosažení takových výsledků se užívá specializovaných obráběcích strojů, určených přímo pro výrobu optických ploch. Od běžných obráběcích strojů se odlišují např těmito rozdíly: žulový základ stroje, propustné pásmo proudové smyčky 100 kHz, přesnost chodu frézovacího vřetena řádově 10 nm, stabilizace teploty vodní sprchou v rozmezí ±0,3 °C, kompletní vibroizolace stroje od okolí je zajištěna uložením stroje na vzduchovém polštáři a další. Velkou zajímavostí obráběcích strojů pro optiku je již zmiňovaná schopnost vyrábět soustružením obecné plochy složeným pohybem nástroje a obrobku. Pro uplatnění tohoto principu bylo nejprve zapotřebí zajistit dostatečně rychlou polohovací smyčku, která řídí pohyb nástroje. Ten musí být schopen při otáčkách vřetene řádově v tisících za minutu konat vratné přímočaré pohyby rychlostí stovek kmitů za sekundu. Všechny tyto pohyby musí navíc nástroj vykonávat s předepsanou přesností desetin μm, to znamená, že jeho poloha je neustále sledována odměřovacím systémem a uplatňuje se zpětnovazební řízení polohy s kaskádní regulací tak, jak je známé z klasického řízení strojních os. Přesnost strojírenské výroby v dnešní době může nabývat jen těžko představitelných hodnot. Jak bylo uvedeno ohledně zpřesňování v řádech jednotek nanometrů, oblast výroby optických součástí byla a je nejnáročnějším odvětvím průmyslu, co se přesné výroby týče. V „běžné“ strojírenské výrobě se jedná nejčastěji o otázku výrobní ceny produktu a k udržení rentabilní přesné výroby je třeba důsledně zvažovat všechna zde uvedená kritéria, která mají na výslednou přesnost vliv. Ing. Josef Kekula Ing. Petr Konečný
