Konstrukce většiny hlavních typů obráběcích strojů prodělaly v posledních desítkách let mnoho změn. Neměnné však zůstávají požadavky kladené na stroje uživateli. Požadována je přesnost a produktivita výroby, schopnost dosáhnout patřičné jakosti povrchu dílce, vysoká spolehlivost, hospodárnost v provozu a minimální dopad na životní prostředí. Jaké jsou tedy trendy ve stavbě moderních obráběcích strojů pro zajištění uvedených požadavků? Uveďme ty nejvýznamnější a připomeňme si tak loňskou výstavu výrobních strojů a technologií EMO Milano. Reakcí výrobců strojů na výzvy v oblasti vysoké produktivity, přesnosti a hospodárnosti v kusové a malosériové výrobě je multifunkčnost. Cílem je navrhnout stroj tak, aby dokázal realizovat požadavky různých typů výrobních technologií s potřebnou rychlostí, tuhostí a přesností vzájemného pohybu nástroje a obrobku. Za tradiční a dobře zvládnuté jsou považovány kombinace třískových technologií s nástroji s definovanou geometrií břitu (typicky soustružení a frézování) i kombinace třískových technologií s nástroji s definovanou a nedefinovanou geometrií břitu (soustružení/ frézování a broušení). Ačkoliv tyto stroje jsou ve standardní nabídce mnoha výrobců již řadu let, přináší s sebou kombinace požadavků různých technologií stále množství technicko- ekonomických konstrukčních výzev. Od loňské světové výstavy EMO lze považovat za nový standard nejlepších výrobců obráběcích strojů multifunkční stroje pro třískové technologie a Additive Manufacturing (AM). AM technologie se uplatňují především na multifunkčních centrech určených pro kompletní výrobu dílců. Pomocí AM je obvykle připraven polotovar (buď v plném objemu, nebo jen dílčí doplnění materiálu, např. při opravách) a finální opracování na konečnou přesnost je provedeno třískovým obráběním. Zvyšov ání produktivity Žádané zvyšování produktivity znamená zkracování hlavních i vedlejších výrobních časů. Zkracování hlavních časů je vázáno na intenzifikaci řezného procesu. To není aktuálně spojeno s rostoucími instalovanými výkony hlavních pohonů strojů, ale především se snahou přenést instalovaný výkon dlouhodobě a stabilně do řezu. S tím je spojeno dimenzování nosné struktury a použité materiály. Dalším trendem je mít v řezu více nástrojů, typicky u soustružnických center součinnost horní revolverové nebo frézovací hlavy při soustružení s dolní revolverovou hlavou. Zkracování vedlejších časů je těsně svázané s automatizací. Kromě automatické manipulace s nástroji a obrobky se integrální součástí automatizace strojů stávají průmyslové roboty pro manipulaci s dílci a realizaci pomocných operací (čištění, značení, odjehlení). Nasazení 6osých robotů místo jednodušších manipulátorů se prosazuje kvůli jejich flexibilitě při přechodu na výrobu jiného dílce, což souvisí s výrobním trendem současnosti: výroba zákazníkovi na míru zvětšuje varietu dílců a zmenšuje výrobní série. Zvyšov ání přesnosti Vysoká přesnost je stále žádanou a vysoce hodnocenou vlastností strojů. Každá firma, která dokáže přijít s novým řešením zlepšujícím nebo podporujícím dlouhodobou přesnost výrobního stroje, získává náskok před konkurenty. Asijské firmy dodávající jednodušší a levné stroje prezentovaly na EMO kvalitu a přesnost svých strojů různými diagramy s výsledky měření přesnosti (přesnost polohování lineárních os, kruhový test součinnosti dvou os aj.). Lídři trhu k tomu uvádějí, že takováto „základní“ přesnost je u nich běžně zajištěna, a prezentují především způsoby pro dlouhodobé udržení přesnosti v provozu. Prakticky každá velká firma nabízí určité vlastní inteligentní řešení pro potlačení teplotních deformací. Za silnými marketingovými hesly se obvykle ukrývají tradiční řešení: geometricky a tepelně symetrická konstrukce, snaha izolovat zdroje tepla (především motory) od nosné struktury, aktivní chlazení motorů a převodovek vřeten, někdy též kuličkových šroubů a jejich přírub. Na to navazují softwarové kompenzační systémy využívající prakticky vždy standardní vícenásobnou regresní analýzu (náhrada polynomickou funkcí). Jednotlivé firmy a jejich stroje se následně liší počtem aktivních vstupů zapojených do tohoto kompenzačního algoritmu. Ecodesign Soudobý ecodesign se stal standardní součástí vývoje strojů. Pojem již neznamená jen snižování spotřeby energií, ale také zvyšování energetické efektivity a přípravu na chystaná legislativní opatření. Aktuálnost řešení zvyšující energetickou efektivitu, ekologii a ekonomii provozu je živena rostoucími náklady na výrobu, tlakem konkurence a v neposlední řadě přípravou legislativních opatření ze strany Evropské komise. Tato kombinace vede výrobce strojů k inovacím, které zasahují prakticky do všech částí stroje. Hlavní trendy na poli ecodesignu lze shrnout do tří hlavních oblastí: běžná instalace frekvenčně řízených spotřebičů, úsporných LED osvětlení a strategií snižování spotřeby energie v nevýrobních režimech nastavením vypínání spotřebičů; nástup softwarových řešení – sledování spotřeby energie a statistické vyhodnocení plně integrované do řídicích systémů a připravené na propojení do informačních sítí; nástup technologií pro využití odpadní energie (rekuperace), a tím zvyšování energetické efektivity na úrovni celého stroje. Stav ba nosn ých struktur Užitné vlastnosti výrobních strojů jsou významně ovlivněny také řešením nosných struktur, a to jak z pohledu tvaru (dimenzování), tak z pohledu použitých materiálů. To je spojeno s nutností přiměřených ekonomických parametrů posuzovaných výrobní cenou stroje a provozními náklady. Z hlediska nosných soustav a jejich komponent jsou hlavními trendy snižování hmotnosti pohyblivých struktur, zvyšování statické a dynamické tuhosti stroje, zlepšování tvarové a rozměrové přesnosti nosné struktury stroje, snižování výrobní ceny a čas výroby. Ocel a litina jako tradiční konstrukční materiály mají dobré mechanické vlastnosti a navíc jsou k dispozici již dlouhodobě ověřené výrobní a montážní postupy. U těchto materiálů je snaha dosáhnout vyšší efektivity využití materiálu, což vede na pokročilé výpočtové optimalizace. Betonové dílce nabízejí dobré materiálové tlumení a vysokou tuhost. Vhodné je jejich použití zejména pro dílce nepohyblivé. Aplikace betonu v nosných strukturách je často otázkou velikosti výrobní série, požadované náročnosti montáže, návrhu připojovacích rozhraní a dostupnosti dodavatele v místě výrobce strojů. Velký potenciál je v hybridních strukturách beton- -kov (odlitek, svařenec). Vláknové kompozity představují otevřenou a perspektivní oblast materiálů. Nabízejí celou řadu výborných mechanických vlastností. Na druhou stranu mají také velké množství výzev: anizotropní chování kompozitní struktury, otázku řešení připojovacích rozhraní, přesnosti komponent, otázku přínosu finančně nákladného materiálu k užitným vlastnostem stroje. Rozšíření aplikací kompozit lze vidět v oblasti dlouhých a štíhlých komponent, např. hřídelů a tubusů vřeten, náhonových hřídelí, nástrojů a upínačů nástrojů apod. Design Kvalitní design se ve stavbě strojů uplatňuje stále intenzivněji. V silné konkurenci nejen velkých nadnárodních firem je dobrý průmyslový design účinným prostředkem pro prosazení se na trhu, odlišení se od konkurenčních výrobků a vytvoření nezaměnitelné image firmy. Výrobci strojů si tyto významy designu uvědomují. Kvalitní design je výrazem komplexního přístupu k návrhu a konstrukci a u zákazníka podporuje dojem důvěry v celkové kvality stroje. Dobrý design musí být ovšem samozřejmě další přidanou hodnotou celkové úrovně stroje, nesmí chybějící funkční kvality efektním zevnějškem jen nahrazovat. Řízení stroj ů V oblasti řídicích systémů se výrobci strojů snaží odlišit od konkurence a nabídnout vyšší přidanou hodnotu uživateli právě v oblasti informačních technologií. Především způsob řízení a ovládání stroje je místem, kde je potenciál pro nalezení další přidané hodnoty stroje, když mechanická konstrukce je na hranici reálných možností. Celá řada výrobců strojů nabízí informační systémy a nástroje integrované přímo do obrazovky řídicího systému nebo do externích panelů. Roste také propojení těchto informačních systémů s mobilními zařízeními. Tato integrace umožňuje zákaznická řešení pro ovládání a správu strojů. Také výrobci přídavných diagnostických a měřicích zařízení se orientují na těsnější propojení se stroji a využití získaných informací v dalších aplikacích. Průmysl 4.0 a virtu ální modely stroj ů Čtvrtá průmyslová revoluce přináší do vývoje výrobních strojů nové podněty a požadavky. Digitalizace výrobních procesů a využívání pokročilých simulačních nástrojů a modelů otevírá nové možnosti pro efektivnější vývoj a provoz strojů. Toho lze dosáhnout s využitím virtuálních modelů strojů a procesů. Virtualizace představuje účinnější provázání jednotlivých kroků vývoje od konceptu stroje (produktu) přes návrh konstrukce, strukturálně- mechanické simulace až po optimalizaci procesu výroby. Kromě práce s virtuálními daty je nepřehlédnutelným trendem práce s reálnými daty. Rozšíření monitoringu strojů a zpracování velkých objemů informací o stroji a výrobním procesu pomáhá zvýšit robustnost výroby. Shrnutí Konkurence na trhu výrobních strojů je velká. Úspěšní výrobci postupně vyvíjejí a zdokonalují své stroje především z hlediska přesnosti a produktivity. Další funkce a vlastnosti, jako je vyšší inteligence strojů, ecodesign a automatizační řešení, jsou podporou pro dosažení dvou uvedených hlavních parametrů. Z hlediska propagace a oslovení zákazníka lze sledovat dva silné trendy: ucelenost nabídky a technickou, technologickou a servisní podporu koncového uživatele. Úspěšný výrobce nemůže žádnou z uvedených kategorií přehlížet, což je náročné. Ačkoliv největší přidaná hodnota vůči konkurenci je hledána v SW řešeních, nesou s sebou požadavky na stroje stále mnoho výzev, ve kterých zůstává prostor pro nová konstrukční řešení. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (Z podkladů pracovníků RCMT ČVUT v Praze)
