Dnešní informativní příklad věnuje stručně pozornost technologii třískového obrábění soustružením, která, obecně řečeno, umožňuje výrobu rotačních součástí.
Jednotlivé válcové, kuželové či kulové plochy vznikají při otáčivém pohybu obrobku a současném posuvném pohybu řezného nástroje. Vzhledem k ostatním metodám obrábění kovů (i nekovových materiálů) se jedná v mnoha ohledech o nejjednodušší způsob třískového obrábění. Mezi zcela základní pohyby soustružnického nože je řazen pohyb ve směru rovnoběžném s osou rotace obrobku (axiální směr), při kterém je zmenšen průměr vznikající součásti (tzv. soustružení pláště), a pohyb směrem radiálním (směrem k ose rotace obrobku), při kterém je obrobek zkracován (tzv. soustružení čela). Hlavním přínosem CNC strojů a jejich řídicích systémů je pak automatická realizace pohybů sdružených, které zpravidla vedou k tvorbě plynule navazujících zakřivených povrchů (uplatňuje se lineární, kruhová nebo splinová interpolace).
Pro optimalizaci soustružení např. směrem ke kritériu minimálních výrobních nákladů je však nutno rozlišovat několik základních druhů soustružnických operací, které vždy vyžadují speciální typy řezných nástrojů. Jedná se např. o:
- obrábění vnějších/vnitřních válcových a kuželových ploch,
- obrábění vnějších/vnitřních tvarových ploch,
- soustružení čela,
- soustružení závitů,
- upichování a zapichování.
Pro všechny typy soustružnických nožů je dále nutno volit řezné podmínky (posuvovou rychlost, řeznou rychlost, procesní kapalinu atd.) tak, aby byla zajištěna požadovaná kvalita struktury obrobeného povrchu, ale také aby docházelo k utváření třísky a netvořila se změť dlouhých vzájemně propletených třísek. To by mohlo ohrozit automatický (poloautomatický) chod obrábění, mohlo by dojít ke zranění obsluhy a v neposlední řadě by se souvislá tříska projevila negativně i při manipulaci a jejím nezbytném dočasném skladování. Hlavními faktory ovlivňujícími utváření třísky při soustružení jsou např.:
- úhel nastavení hlavního ostří,
- poloměr špičky vyměnitelné břitové destičky (dále jen VBD),
- velikost posuvu na otáčku,
- hloubka řezu (ap).
Vhodné utváření třísek je tak jedním z klíčových faktorů zejména při technologiích soustružení a vrtání (při frézování vznikají jednotlivé třísky nekonstantního průřezu vícebřitým rotujícím nástrojem). Každá geometrie soustružnické VBD je proto dnes speciálně konstruována pro určitou aplikační oblast (hrubování, dokončování) a s ní souvisí rozmezí řezné a posuvové rychlosti i hloubky řezu.
Při hrubovacím soustružení je aplikační oblast nástroje směřována k větším posuvům, větší hloubce řezu a menší řezné rychlosti. Poloměr špičky VBD se zpravidla volí co největší, což snižuje sklon soustavy stroj-nástroj-obrobek k vibracím, při současném zvýšení pevnosti břitu. Dalšího zvyšování pevnosti břitu je možno dosáhnout zvětšováním úhlu břitu a z pohledu celkové tuhosti obrábění je vodítkem také pravidlo volby největšího použitelného držáku nástroje, který lze na daném stroji upnout.
Při dokončovacím soustružení je kladen hlavní důraz na kvalitu obrobeného povrchu (u hrubování je kladen hlavní důraz na množství odebraného materiálu za časovou jednotku), která je přímo závislá na kombinaci poloměru špičky VBD a velikosti posuvu řezného nástroje na jednu otáčku obrobku. Technologie tzv. hladicích VBD dnes řeší zvyšování efektivnosti dokončovacích soustružnických operací nejen vývojem speciálních utvářečů třísek, ale také změnami geometrie špičky nástroje. Hladicí destičky zpravidla umožňují až dvojnásobné zvýšení posuvové rychlosti při zachování hodnoty maximální výšky nerovnosti obrobené plochy.
Do oblasti optimalizace procesu soustružení z pohledu minimalizace výrobních nákladů je dnes nutno zařadit i vliv aplikace procesní kapaliny. Soustružení bez tzv. chladicí kapaliny není výjimkou a lze tak ušetřit až 15 % nákladů na výrobu běžných součástí (vyloučení nebo minimalizace užití procesních kapalin má rovněž příznivý vliv na udržitelnost životního prostředí). Především VBD ze slinutých karbidů s tvrdými otěruvzdornými povlaky jsou schopny plného výkonu bez chlazení a dosahují potřebné kvality obrobeného povrchu i rozměrové přesnosti obrobků. V případech, kdy výrobní operace vyžadují procesní kapalinu pro odvod třísek z místa řezu, je možno jako alternativu využít stlačený vzduch.
Mezi výše uvedenými speciálními typy řezných nástrojů pro efektivní třískové obrábění na soustružnických strojích a centrech je uveden nástroj pro upichování. Jeho aplikace se podobá čelnímu soustružení, avšak hlavním cílem je oddělení obrobku od tyčového polotovaru. Čelní soustružení a upichování má tak jedno společné. Realizovaný radiální pohyb, při kterém se nástroj posouvá směrem k ose rotace obrobku, je možný při konstantních otáčkách nebo při konstantní řezné rychlosti. Při konstantních otáčkách dochází ke změně velikosti řezné rychlosti v souvislosti se změnou aktuální vzdálenosti břitu nástroje od osy rotace obrobku. Tento jev (změna řezné rychlosti) je pro řezné nástroje zpravidla nepříznivý. Aplikace konstantních otáček obrobku je u čelního i zapichovacího soustružení nevhodná i z pohledu časové náročnosti operace. CNC soustruhy oproti konvenčním umožňují plynulou změnu otáček, a tedy zachovávají konstantní řeznou rychlost až do maximálních pracovních otáček vřetene. Při upichování je rovněž kritickým faktorem schopnost nástroje utvářet třísku, která je odváděna úzkým prostorem vznikající drážky.
Jak tedy vhodně naprogramovat CNC soustružnický stroj, který zarovná čelní plochu obrobku, realizuje soustružení válcové plochy a následně upíchne součást? To je možno považovat za dnešní zamyšlení či úkol, jehož řešení s pomocí základních ISO funkcí pro řídicí systém Sinumerik 840D bude uvedeno v následujícím čísle tohoto čtrnáctideníku.
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.