Moderní metody obrábění se postupně stávají velmi univerzálními, a to především z pohledu jednotlivých obráběcích strojů, se kterými se dnes můžeme setkat. V dnešním informativním příkladu bychom se tedy mohli věnovat např. problematice: „Které součásti (obrobky) jsou vhodné pro NC techniku?“ nebo „Který z typů CNC strojů je vlastně nejvhodnější použít pro výrobu dané součásti?“. Na tyto otázky sice nalezneme odpověď až v příštím čísle tohoto čtrnáctideníku, ale již dnes se pokusíme věnovat pozornost obecnému popisu procesu frézování a přiblížit se tak reálným aplikacím.
Výrobní stroje je možno dělit dle různých technologických hledisek, jako je např. způsob obrábění, stupeň automatizace či mechanizace, nebo dle konstrukčního či technologického provedení. Podle způsobu obrábění dělíme stroje na soustružnické, vrtací, frézovací, ale také na hoblovací, protahovací atd. Podle stupně automatizace je dělíme na stroje s ručním ovládáním, poloautomatické, automatické - stroje s tvrdou automatizací nebo s pružnou automatizací (NC, CNC). Podle provedení máme ještě možnost dělení na stroje jednoúčelové, univerzální nebo speciální.
V posledních letech se stává velice univerzální metodou třískového obrábění především operace frézování. Tato technologie je dnes výrazně rozšířena na CNC strojích a postupně se vyvinula až tak, že dnešní víceosé stroje kromě všech běžných aplikací umožňují i obrábění otvorů, dutin a povrchů, které se dříve výhradně soustružily nebo vyvrtávaly (pro příklad můžeme zmínit třeba výrobu rotačních dutin). Mezi hlavní typy frézovacích operací dnes zpravidla zařazujeme:
- rovinné frézování,
- čelní frézování do rohu,
- kopírovací (tvarové) frézování,
- frézování dutin,
- frézování kotoučovou frézou,
- rotační frézování,
- frézování závitů,
- dělení materiálů,
- frézování vysokými posuvovými rychlostmi,
- ponorné frézování,
- zahlubování,
- lineární a kruhové interpolace,
- odvalovací frézování,
- atd.,
přičemž toto dělení je založeno na účinku působení řezného nástroje na obrobek nebo dle charakteru dráhy nástroje.
Třískové obrábění frézováním je v podstatě obrábění rotujícím (zpravidla vícebřitým) nástrojem, jehož poloha vzhledem k obrobku se plynule mění po naprogramované dráze. Tento posuvný pohyb je téměř v libovolném směru a především díky tomu je frézování velmi univerzální a současně efektivní metodou třískového obrábění. Sdružením rotačního a posuvného pohybu je zajištěno, že každý z břitů řezného nástroje odebírá elementární objem materiálu ve formě třísek. Tento periodicky se opakující proces odstraňuje přebytečný materiál z obrobku a přitom vždy utváří třísky „malých rozměrů“, které se nemohou namotávat na nástroj a/ nebo obrobek, jako je tomu např. u soustružení či vrtání.
Obecně můžeme konstatovat, že v průběhu obrábění dochází k intenzivní plastické deformaci podél roviny maximálních smykových napětí (tzv. smyková rovina). Materiál obrobku tak při tvorbě třísky prochází mezním stavem pružné napjatosti, plastické deformace a k oddělení dochází formou lomového porušení. To vše se děje za poměrně vysokých rychlostí (ve srovnání např. s tahovou zkouškou deformace materiálu). Popisovaná oblast materiálu obrobku, ve které dochází k účinku břitu řezného nástroje (břit neboli řezný klín je aktivní část nástroje) k jeho přetváření na třísku, nazýváme kořen. Tento kořen třísky zahrnuje přibližně tři oblasti výrazné plastické deformace (primární, sekundární a terciální). Pro detailní vysvětlení procesu řezání jako procesu plastické deformace se běžně užívá tzv. ortogonální řezání. V praxi se takový model dosahuje radiálním soustružením diskových součástí nebo podélným soustružením trubek. Analogických výsledků můžeme dosáhnout i hoblováním, avšak dnes popisované frézování je výrazně komplikovanější, a proto je mechanismus tvorby třísky zde jen naznačen.
Aby mohlo dojít k výše popsanému odebírání materiálu ve formě třísek, je ještě nezbytné vhodně zvolit materiál a geometrii řezného nástroje. Zapomenout však nemůžeme ani na řezné podmínky. Vzhledem k vysokým pořizovacím i provozním nákladům na CNC frézovací stroje nebo centra je zapotřebí věnovat velkou pozornost i volbě těchto prvků soustavy S-NO. Správně zvolené a spolehlivé technologické parametry teprve umožní zajistit celkovou technologičnost výroby. Běžně užívané nástrojové vybavení či řezné podmínky konvenčních technologií frézování nejsou ve většině případů efektivní pro CNC techniku. V dnešní době se běžně kvantifikují náklady spojené s výrobou na číslicových strojích a dle těchto rozborů se ceny nástrojového vybavení pohybují na hladině cca 3 až 5 % celkových hodinových nákladů. Zabývat se tedy cenou řezného nástroje (zda je např. o několik desítek Kč dražší či levnější) je dnes téměř nesmyslné. Naše pozornost se musí zaměřit především na myšlenku, na jakém stroji či jakou technologií můžeme součást efektivně (zpravidla rychleji a jednodušeji) vyrobit. Z pohledu nástrojů je to tedy zamyšlení především, který nástroj umožňuje použít vyšší řeznou či posuvovou rychlost. Z pohledu širší technologie je to pak otázka, zda obrábět na konvenčních či CNC strojích.
Obdobně jako rychlý vývoj frézovacích strojů i vývoj řezných nástrojů výrazně přispívá k rozvoji nových technologických postupů a možností, které vedou ke zvýšení produktivity technologií třískového obrábění. O tom však zase 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.