Další možnosti zvyšování produktivity výrobního procesu
Významným zdrojem snižování nákladů a zvyšování produktivity se může stát promyšlené odstraňování slabých míst obráběcího stroje, který je k dispozici, a snižování času, potřebného k provedení dané operace, respektive operací tím, že se sloučí některé kroky. Ty, jež jsou nutné ke komplexnímu zhotovení dílce a které se provádí během různých operací nebo dokonce na různých pracovištích.
Úspory vyplývají z eliminace jinak nutného přepínání obrobku na jiný stroj, ze zvýšení přesnosti výroby a ze zkrácení celkového času nutného k výrobě příslušného dílce. Vícenáklady a prostoje, způsobené poruchou nástroje během procesu nebo jeho kolizí s obrobkem nebo upínačem, mohou významným způsobem ovlivnit produktivitu a stojí za to předem přijmout opatření ke snížení pravděpodobnosti jejich vzniku. Takových opatření může být celá řada; na následujících příkladech některé z nich uvedeme.
MODERNIZACE STROJE A ZVÝŠENÍ BEZPEČNOSTI VÝROBNÍHO PROCESU
Nedostatečné tuhosti stroje lze alespoň částečně čelit úpravou řezných podmínek nebo volbou nástroje s pozitivní geometrií, který se vyznačuje měkkým řezem. Nabídka je v současné době dost obsáhlá, proto je účelné seznamovat se s posledními novinkami. Pokud zamýšlená operace vyžaduje chlazení nástroje středem a stroj pro takový způsob přívodu řezné kapaliny není vybaven, lze využít nabídku společnosti Semaco, zahrnující řadu přídavných adaptérů pro chlazení nástroje středem a přístrojů pro směšování vzduchu a oleje. Přestože existuje řada softwarových nástrojů pro simulaci dráhy nástroje a pro zabránění kolizím, může v důsledku nesprávné aplikace programu nebo chyby obsluhy ke kolizi dojít. V případech, kdy potenciální následky takové poruchy byly citelné, je užitečné zavést opatření pro jejich minimalizaci. Společnost Jakob Antriebstechnik nabízí dodatečně aplikovatelný systém MS3, ochraňující vřeteno před extrémním namáháním, vzniklém v důsledku axiální či stranové kolize nástroje (obr. 1). Jeho principem je použití speciální příruby, spojující vřeteno s vřeteníkem pomocí permanentních magnetů. Toto uložení dovolí v případě přetížení vřetene jeho pohyb vůči vřeteníku bez škodlivých následků a generuje signál k zastavení stroje. Po odeznění přetěžujících sil se vřeteno samo navrátí přesně do původní polohy.
Inprocesní rozpoznání lomu stopkového nástroje umožní zařízení Spindle Tracer, nabízené společností Prometec. Zařízení využívá vřeteno, elektricky oddělené od vřeteníku a elektrický obvod mezi vřetenem a vřeteníkem se uzavírá přes nástroj, obrobek a strukturu stroje. Dojde-li ke zlomení nástroje během operace, obvod se přeruší a je signalizován lom nástroje. Detekce lomu nástroje je tedy okamžitá a není nutno spoléhat se na pooperační taktilní nebo optickou kontrolu jeho neporušenosti.
POUŽITÍ NÁSTROJŮ PRO KOMBINOVANÉ OPERACE
Klasickým a běžně používaným opatřením je užití tvarové břitové destičky, která zapíchnutím vytvoří požadovaný profil. Ten by jinak bylo nutno zhotovit tvarovým soustružením. Méně známé a používané jsou zapichovací destičky schopné provádět i lehké podélné soustružení. Ušetří se tak místo v zásobníku nástrojů a čas výměny; podmínkou úspěchu je takové upnutí destičky, které je stranově dostatečně stabilní (obr. 2).
Dalším příkladem jsou kombinované nástroje, schopné vrtat otvor pro závit, frézovat závit a srazit hranu otvoru. Nabízí je společnosti Gühring, Johs. Boss a další. Extrémním příkladem jsou mechatronické nástrojové systémy, jejichž představitelem je systém Mapal Tooltronic. Jsou určené především pro zhotovování tvarových otvorů a v principu představují další řízenou osu stroje.
INTEGRACE MĚŘENÍ DO VÝROBNÍ OPERACE
Kontrolní a měřicí operace jsou pro
kvalitu obrobku nezbytné a jejich provádění přímo na stroji představuje značnou úsporu času, nehledě na možnost získání zpětné vazby, sloužící k nutné korekci parametrů celého obráběcího procesu. V nabídce společností Blum-Novotest, Hexagon či Renishaw lze nalézt sondy a zařízení určená ke kontrole ustavení obrobku, resp. jeho koincidenci se souřadným systémem stroje, ke kontrole a seřízení nástroje, k měření obrobku během obráběcího procesu a ke kontrole rozměrů a povrchu hotového obrobku. Podstatné je, že těmito měřicími systémy lze obráběcí stroj vybavit dodatečně a zvýšit tak jeho užitnou hodnotu a výkon.
Zařízení pro kontrolu nástroje lze montovat na rám nebo stůl stroje (obr. 3), sondy pro kontrolu obrobku se upínají do vřetena stroje nebo revolverové hlavy pomocí standardního rozhraní, dají se tedy umístit do zásobníku nástrojů (obr. 4) a využívat dle potřeby. Měřením získané údaje jsou přenášeny opticky, pomocí rádiové technologie nebo jednoduše kabelem u statických zařízení do přijímacího modulu systému. V něm jsou zpracovány vlastním softwarem a pro další využitípředávány do řídicího systému stroje.
Mimo dotykových sond jsou v nabídce i systémy pro kontrolu rozměrů a neporušenosti nástroje, které využívají laserového paprsku (obr. 5). Jmenovitě v oblasti mikroobrábění jsou tyto systémy nepostradatelné díky své schopnosti kontrolovat i miniaturní rozměry a tvary. Vyznačují se přesností měření v řádu μm, jsou schopny rychle proměřit i jednotlivé břity rotujícího nástroje a jeho házivost, monitorovat mikroopotřebení nástroje a generovat pokyny pro kompenzaci jednotlivých os stroje, jejíž potřeba je vyvolána tepelnou roztažností vřetena či ostatních komponent stroje (např. soubor Blum-Novotest Laser Control). Výhodou těchto systémů je i jejich robustnost, která dovoluje provádět měření v pracovním prostoru stroje či dokonce za nepřerušeného přívodu řezné kapaliny k nástroji.
Pokud probíhají měření v průběhu vlastní operace, je časová úspora takřka absolutní. Příkladem jsou inprocesní dotykové sondy Blum-Novotest TC63-RG, TC64- -RG a TC76-RG, měřící kvalitu obrobeného povrchu během obrábění, které jsou schopny na základě zhoršení jeho kvality detekovat poruchu nástroje či nevhodné řezné parametry.
HYBRIDNÍ TECHNOLOGIE
I když zavedení hybridních technologií může představovat vyšší náklady nebo i nutnost zakoupení nového stroje, který několika výrobními technologiemi disponuje, současné trendy mluví v jejich prospěch, protože v řadě případů je spojení různých technologií smysluplné a ekonomicky výhodné. Nejjednodušším případem jsou řešení, kdy se charakter hybridního stroje získá tím, že se do zásobníku nástrojů vloží relativně nesourodá komponenta a její ovládání je integrováno do řídicího systému stroje. Může se jednat například o zmíněné měřicí sondy nebo laserové pracovní hlavy, používané ke svařování nebo navařování materiálu v přesně definovaném místě obrobku.
Hybridní frézovací/obráběcí centrum HSTM Hybrid, od společnosti Hamuel Maschinenbau a určené především k výrobě dílců pro letecký průmysl, má možnost umístit v zásobníku nástrojů měřicí sondy a laserovou jednotku (všechny se upínají pomocí rozhraní HSK 63), sloužící k navařování materiálu pro opravy či zhotovení nového dílce. Laserovou hlavou je veden laserový paprsek, práškový přídavný materiál a asistenční plyn; lze ji využít i pro místní kalení dílce.
Společnost Hermle Maschinenbau využívá termického nástřiku práškového materiálu za tlaku 10 GPa a teplot okolo 1000 °C ke zhotovení potřebných struktur, např. dílců s komplikovanými chladicími kanály. Zařízení je integrované do obráběcího centra Hermle C-40 a jako přídavný materiál využívá prášek z oceli 1.2344, nerez oceli 1.4404 a z některých neželezných kovů; porozita naneseného materiálu je nižší než 1 %. Pro aditivní zhotovení struktur obráběných dílců plnohodnotné 5osé frézovací centrum DMG Mori Seiki využívá LaserTec laserové navařování ve třech osách. Laserová hlava je připojena HSK rozhraním k vřetenu a navařené struktury jsou následně opracovány ve vysoké kvalitě frézováním. Společnost Monforts nabízí soustruh RNC 400 LaserTurn, s laserovou jednotkou, umístěnou v revolverové hlavě, k lokálnímu kalení obrobených dílců. Hardinge – výrobce superpřesných soustružnických strojů – dodává hybridní soustružnicko-brousicí centrum QUEST GT 27 SP.
Ing. Petr Borovan