Upínače nástrojů (8): Upínání nerotačních obrobků – 1. část

Obecně kladené požadavky na upínače nerotačních obrobků jsou stejné, jako požadavky na upínače obrobků rotačních. Bezpodmínečně a s dostatečnou rezervou být musí být zajištěna bezpečnost upnutí; protože při upínání nerotačních obrobků je převažujícím procesem frézování, zatěžující upínač vysokými dynamickými silami, je nutno, aby se obráběný dílec neuvolnil, resp. nezměnila se jeho poloha v upínači vlivem vibrací a rázového zatížení.

Pro případ výpadku ovládacího média jsou nezbytné samosvorné členy, vložené do ovládacího řetězce upínače, které zabezpečují správné upnutí dílce i v tomto případě. Snaha o komplexní obrobení dílce při jednom upnutí vede k požadavku, aby upínač bránil řeznému nástroji v přístupu k obrobku pouze v minimální míře. Požadavky na přesnost zhotoveného dílce si vynucují minimální deformaci dílce upínacími silami a vysokou opakovanou přesnost upnutí, a to i při minimálním čase, vyžadovaném pro upínání a uvolňování obrobku.

 

TYP A DIMENZOVÁNÍ UPÍNACÍCH PŘÍPRAVKŮ

Volba typu a dimenzování upínacích přípravků a potřebných upínacích sil musí vycházet z velikosti řezné síly, směru jejího působení vůči jednotlivým prvkům upínače a tvaru upínaného povrchu obráběného dílce, který stabilitu upnutí rovněž ovlivňuje. Stanovení axiální složky řezné síly při vrtání výpočtem závisí na řadě aspektů, které nejsou přesně postižitelné (velikost a způsob provedení příčného ostří, otupení vrtáku, rozptyl hodnot měrné řezné síly atd.), a proto je výhodné, aby působila proti pevnému dorazu. Není- -li to možné a panuje-li nejistota ohledně bezpečného zachycení axiální složky řezné síly upínacím přípravkem, je zapotřebí čerpat z údajů výrobců vrtáků, kteří pro své výrobky udávají velikost axiální síly jako funkci tangenciální složky řezné síly – viz Sandvik Coromant, Komet a další. Tangenciální složku musí zachytit buď tření mezi upínací plochou obrobku a upínacími čelistmi, nebo tvar vlastního obrobku, opírající se o vhodný doraz. Při frézování je před volbou upínače a jeho dimenzováním nutno zvážit zvlášť pečlivě směr řezné síly, která se mění dle zvolené aplikace, dle polohy břitu nástroje v záběru a směru posuvu. Směr řezné síly při frézování vůči upínacím čelistem může nároky na upínací sílu zvyšovat – působí-li rovnoběžně s upínacími čelistmi, je jí nutno zachytit třecími silami mezi čelistmi a obrobkem; při nesousledném frézování řezná síla obrobek zdvíhá z upínače.

Při frézování obvodovém nebo do rohu stopkovou frézou vzniká axiální síla, která rovněž zdvihá obrobek z upínače. Naopak při působení řezné síly proti upínací čelisti, proti pevnému dorazu nebo při nesousledném frézování je situace výrazně příznivější (Obr. 1).

Měnící se směr řezné síly i její velikost, často se vyskytující vibrace a nejistota v parametrech procesu (otupení nástroje, nedostatečná specifikace vlivu řezné geometrie na velikost řezné síly, rozptyl hodnot celkové měrné řezné síly) jsou důvodem, proč je nutno volit i vyšší koeficient bezpečnosti.

VÝPOČTOVÉ VZTAHY

Měrná řezná síla kc1 odpovídá síle, působící ve směru obrábění, která je nutná pro oddělení třísky materiálu o průřezu 1 mm2 a tloušťce 1 mm nástrojem s úhlem čela ?o = 0°. Obecně platí, že její velikost se stoupající řeznou rychlostí klesá, s klesající tloušťkou třísky stoupá a se zvyšujícím se pozitivním úhlem čela rovněž klesá. Její velikost dosahuje pro skupiny materiálů dle ISO těchto hodnot (viz tabulka).

ISO-P: 1400–3100 N/mm², ISO-M: 1800–2850 N/mm², ISO-K: 790–1350 N/mm²,
ISO-N: 350–700 N/mm², ISO-S: 2400–3100 N/mm² (z toho sliti ny Ti 1300–1400 N/mm²)
a konečně pro tvrzené oceli skupiny ISO-H: 2550–4870 N/mm²

Pro zhodnocení celkové řezné síly, kterou musí upínač zachyti t, je nutné zvážit směr a velikost řezné síly každého zubu nástroje, který je v daný okamžik v záběru, a velikost bezpečnostního koeficientu musí odpovídat míře nejistoty stanovení řezných sil.

MECHANICKÉ UPÍNAČE

Stůl nebo upínací deska obráběcího stroje je vybavena upínacími drážkami ve tvaru „T“. Pro nejjednodušší a nejméně přesné aplikace bývají tyto drážky v toleranci H12, standardní provedení má šířku v toleranci H8; jsou popsány normami ČSN 011029 a ČSN 021030. Do těchto drážek se zakotvují T-hlavy upínacích šroubů nebo tvarově odpovídající matice, jejichž pomocí se na stůl stroje uchytí vlastní upínač.

Upínky

Představují nejjednodušší způsob upínání nerotačních obrobků. Jejich výhodou je láce – upíná se přímo do T-drážek stolu, univerzalita a flexibilita; většina typů upínek, upínacích úhelníků, podpěr a stojánků je detailně popsána technickými normami (ČSN 243230, 243588, 243589, 243635, DIN 6314, 6315 a další).

K nevýhodám patří zdlouhavý způsob upínání, nízká opakovatelná přesnost polohy upnutého dílce, který zpravidla vyžaduje manuální vystředění, a konečně u těch jednoduchých i síla upnutí, závislá na manuální zkušenosti obsluhy. Proto se užívají i upínky složitější, např. rozpěratelné (obr. 2), které vyžívají páku nebo klín, a upínky se spodním tahem, jejichž čelisti během upínání vykazují horizontální i vertikální pohyb. Tyto typy jsou schopné vyvodit značnou upínací sílu proti pevnému dorazu.

Vyznačují se vyšší přesností, ale jejich nevýhodou je malý upínací rozsah. Výhodné jsou upínky, využívající princip excentru, které upínají rychle a s velkou upínací silou. Upínky systému Power Clamp americké společnosti Mitee- Bite Products LLC mají upínací šroub s excentrickou hlavou, který je zakotven do T-drážky stolu stroje. Jeho otáčením se posouvá šestihran směrem k obrobku a upíná jej (obr. 3).

 

Stacionární sklíčidla

Upínací sklíčidla, používaná na soustružnických strojích, jsou dodávána také ve stacionárním provedení; jejich použití je výhodné především tam, kde je k dispozici vhodný tvar upínané plochy obrobku (obr. 4).

Upínají se přímo na stůl stroje, mohou být vybavena ručním nebo silovým upínáním a v tomto případě bývají zařazena do cyklu operace a ovládána řídicím systémem stroje. Vyznačují se všemi výhodami sklíčidel v rotačním provedení, jako je rychlost a přesnost upnutí, schopnost upnutí snadno deformovatelného dílce atd. Vzhledem k pracovní poloze a statickému režimu práce jsou však vystavena většímu riziku proniknutí chladicí kapaliny a nečistot do mechanismu sklíčidla, a proto musí být vybavena odpovídajícími těsnicími prvky.

Ing. Petr Borovan