CNC obráběcí stroje a centra jsou v dnešní době velmi často využívány pro své četné výhody. Není možno je však považovat za ideální řešení všech výrobních problémů. Pro obrábění převážné většiny součástí je nutno vždy zvažovat i nasazení konvenčních strojů, výrobních linek nebo tzv. automatů.
Rozhodujícím faktorem pro volbu NC techniky je většinou tvar obrobku, ale také objem výroby. Při menších sériích (např. do 100 ks) a pro opakovanou výrobu lze považovat CNC stroje za nejvýhodnější. Jednoznačným rozhodovacím kritériem je však ekonomická analýza, která zpravidla zahrnuje plánování i celkové možnosti strojních kapacit podniku. Do ekonomické kalkulace nesmíme zapomenout započítat i veškeré náklady spojené s NC programováním. Obecně pak můžeme konstatovat výhodné nasazení CNC strojů především v situacích, kdy je nutno vyrobit součást rychleji nebo kdy je zapotřebí dosáhnout vyšší geometrické přesnosti než např. u konvenčních strojů. Odpověď na otázku: „Které součásti (obrobky) jsou vhodné pro NC techniku?“ může tedy být následující:
- součásti, které by u konvenčních strojů vyžadovaly obrábění v několika přípravcích (především vrtací operace);
- součásti, které vyžadují dlouhé vedlejší časy pro ustavování a upínání mezi jednotlivými operacemi a zároveň mají krátké strojní časy;
- součásti pro opakovanou výrobu;
- součásti, které mají složité tvary (obecné plochy);
- součásti, které mají prvky definovány matematickými funkcemi;
- součásti, které mají malá toleranční pole polohy jednotlivých konstrukčních prvků;
- součásti, u kterých by chyba způsobená lidským faktorem vedla k velkým finančním ztrátám;
- součásti, u kterých se předpokládá opakovatelnost a konstrukční změny;
- součásti s velkým počtem operací; l součásti, které vyžadují různé řezné podmínky jednotlivých operací (časté změny řezných podmínek);
- součásti, které vyžadují průběžné měření (je možno zavést inprocesní kontrolu a měření automatizovat);
- součásti, které jsou tvarově podobné, ale liší se rozměry nebo kombinací konstrukčních prvků atd.
Současná obráběcí technika nám však dává i další zamyšlení: „Který z typů CNC strojů je vlastně nejvhodnější použít pro výrobu dané součásti?“ Vždyť rozlišujeme např.:
- CNC soustružnické stroje,
- CNC vyvrtávací stroje,
- CNC frézovací stroje,
- CNC brousicí stroje,
- CNC obráběcí centra na nerotační součásti,
- těžké CNC obráběcí stroje,
- CNC stroje pro vysokorychlostní obrábění,
- CNC stroje s nekonvenční kinematickou strukturou,
- CNC automatizované výrobní soustavy,
- CNC obráběcí stroje po retrofitu.
Volba CNC stroje se vždy musí opírat o ekonomičnost celé výroby. V některých případech i „tvarově jednoduché“ součásti je vhodné vyrábět na číslicových strojích a oproti tomu je mnohdy výhodnější využít pro rozměrné obrobky hrubování na strojích konvenčních, které mohou zajistit vyšší tuhost soustavy stroj-nástroj-obrobek a odeberou tak větší množství přebytečného materiálu za výrazně kratší čas. Zvýšení tuhosti soustavy S-N-O mnohdy dále vede k prodloužení životnosti řezného nástroje, čímž jsou opět snižovány celkové výrobní náklady.
K výše popsané problematice je vhodné ještě doplnit informaci, že např. při hrubovacích operacích je obecně kladena podmínka odebrání max. množství materiálu za min. čas. Použijeme-li tedy na výrobní operaci výkonnější stroj, splníme tuto podmínku. Detailní analýzy však ukazují, že zvýšení výkonu stroje např. o 50 % nezvýší „výnosy“ rovněž o desítky procent (50 %).
Po stručném rozboru rozhodování, zda pro obrábění součásti zvolíme konvenční nebo CNC stroj, je nutno ještě upozornit na podstatné rozdíly ve výrobních postupech. Jednotlivé operace při frézování konkrétní tvarově i materiálově shodné součásti se totiž při výrobě na různých strojích mohou výrazně lišit. Třeba dle orientace hlavních pohybů (rotační a posuvný) můžeme realizovat tzv. sousměrné a protisměrné (nazývané rovněž sousledné a nesousledné) frézování. Z těchto dvou metod vyplývají některé důležité rozdíly:
- potřebný příkon obráběcího stroje je u sousměrného frézování nižší (celkové síly vznikající při obrábění jsou oproti nesousměrnému frézování nižší);
- sousměrné frézování vyžaduje plynulý chod posuvného mechanismu bez vůle mezi vodicím šroubem a maticí (konvenční a především starší stroje tuto podmínku zpravidla nesplňují);
- uchycení obrobku k pracovnímu stolu stroje může být u sousměrného obrábění realizováno menší upínací silou;
- nesousměrné frézování je vhodné především v případech, kdy řezný nástroj musí odebrat kůru obrobku (kůra je povrchová vrstva obrobku, která obsahuje např. okuje nebo zrnka písku z předchozí technologické operace - tváření zatepla nebo odlévání);
- kvalita obrobeného povrchu je zpravidla vyšší při aplikaci sousměrného frézování;
- z pohledu trvanlivosti řezného nástroje je většinou výhodnější rovněž sousměrné obrábění.
Při frézování jsou běžně rozlišovány ještě dvě základní orientace řezného nástroje vůči obrobku. Jedná se o obvodové (viz výše naznačená problematika sousměrného a nesousměrného obrábění) a čelní frézování, u kterého se téměř vždy uplatňují oba tyto principy. Jedním z dalších poměrně důležitých poznatků technologie frézování je, že vícebřitý řezný nástroj může obrábět jen jedním zubem (břitem) nebo několika zuby současně. Vznikající třísky jsou vždy nekonstantního průřezu, což dále výrazně ovlivňuje celkovou velikost silového zatížení nástroje (obrobku). Tento poznatek rovněž podporuje důležitost statické a dynamické tuhosti všech částí soustavy S-N-O i odolnost pohonů frézovacích strojů. Cyklická změna silového zatížení dále ovlivňuje strukturu obrobeného povrchu a může také vyvolat různé druhy kmitání, ale o tom zase až někdy příště.
Článek vznikl za spolupráce Vysokého učení technického v Brně, FSI, ÚST, Odboru technologie obrábění, s firmou Siemens a redakcí Technického týdeníku.
Ing. Aleš Polzer, Ph.D.