Tlumením vibrací k vyšším výkonům – část I.
Obráběcí stroj, na němž probíhá řezný proces, je nevyhnutelně spjat s existencí vibrací; nepřesáhnou-li však určitou míru, charakterizovanou například zrychlením či velikostí, nemají tyto vibrace na vlastní řezný proces a jeho výsledek negativní vliv. Pokud však tlumicí vlastnosti soustavy nástroj – upínač nástroje – stroj – upínač obrobku – obrobek nestačí vzniklé vibrace tlumit na přijatelnou hodnotu, je situace zásadně odlišná. V tomto případě dochází k omezení možnosti použít mezní parametry řezného nástroje, důsledkem těchto vibrací je snížená jakost obráběného povrchu a nižší životnost řezného nástroje. K zamezení nežádoucích vibrací se většinou volí snížení řezných parametrů, jehož výsledkem je však nižší produktivita obrábění. Je tedy více než účelné, hledat a aktivně využívat taková opatření pro snížení vibrací, v jejichž důsledku produktivita nebude ovlivněna vůbec nebo jen minimálně. Některé obráběcí aplikace bez těchto opatření dokonce nelze vůbec realizovat.
ČÍM LZE OVLIVNIT STABILITU ŘEZNÉHO PROCESU
Vlastní kmity soustavy nebo některé z jejích částí jsou určeny vlastní frekvencí, udržují se působením pružných sil a vlivem odporů se utlumí; jejich vliv lze obvykle zanedbat. Příčinou vzniku vynucených vibrací soustavy je působení periodické proměnlivé budicí síly, dané strojem anebo řezným procesem (ovalitou povrchu, přerušovaným řezem, uvolňováním nárůstku z břitu nástroje, vměstky v obráběném materiálu, kolísáním průřezu třísky nebo procesem dělení třísky) a jejich frekvence se shodují s frekvencí této síly. Samovolné vibrace sestavy vznikají budicím impulzem s existující zpětnou vazbou – např. obrábí-li se povrch již obrobený a tloušťka třísky a řezná síla se periodicky mění. Jakmile tedy dojde ke vzniku samobuzených vibrací, udržují se i nadále bez přívodu vnější energie; projevují se hlukem a stopou po chvění na obráběném povrchu. Tuhost soustavy, kvalita tlumení, resp. stupeň odolnosti vůči vzniku vibrací rozhoduje o tom, jak rychle (a zda vůbec) odezní reakce na budicí impulz. Z uvedeného vyplývá, že ke stabilitě řezného procesu a možnosti dosáhnout vysoké produktivity lze volit opatření ke zvyšování tuhosti a stability celé soustavy, snižování budicí síly, zvyšování tlumicí schopnosti vybraných členů soustavy a v neposlední řadě i z oblasti strategie obrábění. Pro zvýšení tuhosti při jakékoliv 
operaci (frézování, soustružení, vyvrtávání), je nutno použít nástroj s minimálním vyložením a s maximálním možným průměrem. Minimální hmotnost vlastní řezné jednotky, nacházející se v místě největšího vyložení, přispívá ke zmenšení energie vznikajících vibrací a tudíž k jejich snadnějšímu tlumení (obr. 1). U modulárních nástrojů je z důvodu stykové poddajnosti nezbytné omezit počet nástavců. Upínací rozhraní rotačního držáku vlastního nástroje by měla tvořit spojka se dvěma plochami (Coromant Capto, HSK apod.). K tuhosti celé nástrojové soustavy též přispívá tuhé a stabilní upnutí břitových destiček v tělese nástroje. Pro snížení budicí síly je účelné použít nástroj s pozitivní řeznou geometrií, vyznačující se nižší řeznou sílou. Nastavení nástroje je vhodné volit tak, aby největší složka řezné síly mířila ve směru největší tuhosti soustavy.
ZVÝŠENÍ TUHOSTI A STABILITY UPNUTÍ BŘITOVÉ DESTIČKY
Nestabilně upnutá břitová destička snižuje přesnost procesu a ohrožuje jeho bezpečnost. Základní předpoklady stabilního upnutí, jako je správná orientace destičky v lůžku, čisté a nepoškozené lůžko destičky, použití originálního upínacího šroubu a upnutí předepsaným utahovacím momentem jsou nezbytností. V řadě náročných aplikací však nestačí a je nutno sáhnout k dalším opatřením, která tuhost a stabilitu upnutí destičky zvýší; v nabídce renomovaných výrobců řezných nástrojů jich nalezneme celou řadu. K prvním patří zdvojení upínacího mechanismu, užívané především k upínání velkých hrubovacích destiček – například VBD TaeguTec TopDuty s délkou řezné hrany 40 a 50 mm mohou být upnuty dvěma paralelními pákami nebo dvěma šrouby vedle sebe. Pro tuhé upínání VBD se nabízí také upínání kombinované – současně šroubem a příložkou (obr. 2). Tuhosti a stabilitě upnutí přispívá vhodné tvarování spodku destičky, korespondující s 
tvarem dna lůžka. Sandvik Coromant v systému iLock používá dva navzájem kolmé prizmatické výstupky, obdobou je systém Iscar Safe-T-Lock. Na bocích destičky, resp. lůžka lze vytvořit několik přesných, vzájemně si odpovídajících opěrných plošek, které mohou být rovinné, jako u kopíro
vacích fréz TaeguTec DuetBall (obr. 3), rovinných fréz Kyocera MFPN (obr. 4) nebo se vyznačovat rybinovitým tvarem jako u systému Iscar DoveQTurn. Cílené dotlačení břitové destičky ke dnu lůžka a současně k bočním opěrným plochám zajišťuje nový tvar upínací páky (Iscar CombiDLock, TaeguTec Rhino Rush) nebo upínací příložky (TaeguTec CombiClamp nebo T-Turn typ T); stejného efektu se dosahuje skloněním upínacího šroubu destičky vůči rovině dna lůžka.
SOUSTRUŽNICKÉ APLIKACE
Nástroje
Z hlediska možného výskytu škodlivých vibrací je rizikové především vnitřní soustružení, kde se často vyskytuje velké vyložení nástroje spolu s malým prostorem, který je k dispozici, takže nelze nástroj koncipovat jako dostatečně tuhý. Dostatečná tuhost nástroje je velmi důležitá, neboť jeho vychýlení vlivem řezných sil tangenciálním směrem mění úhel hřbetu nástroje, takže v extrémním případě nástroj neřeže, ale dře se hřbetem; vychýlení v radiálním směru vede ke změně tloušťky třísky, a to vše působí jako spouštěcí impulz vibrací. Se zmenšujícím se úhlem nastavení roste sklon k vibracím, a proto je třeba používat nástroje s úhlem nastavení v rozmezí 75–90°; první volbou by měla být volba destiček s pozitivním základním tvarem, bez negativní fazetky a destiček opatřených tenkým povlakem. Je třeba dát přednost malému poloměru hrotu – měl by být menší, než hloubka řezu. S ohledem na velikost radiální složky řezné síly se nedoporučuje užití hladicích destiček. Pro vnitřní soustružnické operace s poměrem délka vyložení k průměru tyče L/D = 4 postačují nástroje ocelové; pro vyšší vyložení se již doporučují karbidové vyvrtávací tyče. Nad poměr L/D = 7 je nutno již použít nástroje s tlumením – např. ocelové s duší ze slinutého karbidu 
nebo nástroje typu Silent Tools s integrovaným, předem nastaveným pasivním tlumicím systémem, které lze účinně využít až do poměru L/D=14. Zvolený maximálně možný průměr nástroje nesmí bránit dostatečnému odvodu třísek. Při vnějším soustružení mohou komplikace vzniknout při obrábění štíhlých dílců – maximální vhodný poměr L/D při upnutí na jednom konci činí 2 : 1; jako pomoc proti vzniku vibrací se doporučuje velký úhel nastavení – cca 93°, malý poloměr hrotu a tenký povlak destičky. Stabilitu při hlubokém zapichování podporují tangenciálně upínané destičky, s kontaktem s tělesem nástroje ve tvaru kolejničky (Iscar TangGrip), účinné je použití krátké nebo vyztužené čepele nástroje a dodržení pravidla, že hloubka proniknutí břitu do nástroje by neměla přesáhnout výšku čepele nástroje (obr. 5).
Volíme metodu obrábění
Volba dráhy nástroje, například v rozích obrobku, kdy dramaticky roste hloubka řezu, může výrazně ovlivnit utváření třísek, způsob jejich odchodu z místa řezu a velikost řezné síly; stejně tak volba kombinace parametrů posuvu a řezné rychlosti. Například práce, prováděné ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii na ČVUT Praha, prokázaly výrazný vzestup meze stability při obrábění titanových slitin malými řeznými rychlostmi, a tedy i možnost podstatně zvýšit hloubku řezu, aniž by docházelo k nežádoucímu chvění. Znalost křivky stability tedy dovoluje volit takovou kombinaci řezných parametrů, aby se dosáhlo optimálního úběru a kvality.
VYVRTÁVÁNÍ
Nástroje a metody obrábění
Vyvrtávání má mnoho společného s vnitřním soustružením. Velký poloměr špičky nástroje sice zvyšuje spolehlivost procesu, ale může být i příčinou vibrací, a proto se doporučuje volit jej v rozmezí 0,2–0,4 mm. Pro omezení řezných sil je vhodné užívat nástroje s tenkým povlakem nebo nepovlakované, vždy s ostrým břitem. Vlivem nedostatečného záběru může rovněž docházet k vibracím, protože nástroj neřeže čistě, ale dře. Vznik příliš krátkých nebo tvrdých třísek může mít podobný následek. Vychýlení nástroje v radiálním směru je nežádoucí, protože dochází k nestabilním změnám hloubky řezu a tloušťky třísky a výsledkem je snížená stabilita obráběcího procesu. Vychýlení lze eliminovat buď pomocí zkušebního řezu, nebo jeho rozdělením na více částí. Vibrace vyvrtávacích nástrojů, pracujících při velkých otáčkách, může způsobit i nedokonalé vyvážení nástroje; v tom případě je potřeba provést jeho jemné dovyvážení.
Ing. Petr Borovan