Zrychlovací přídavná vřetena
Tento díl seriálu Výběr vhodného CNC obráběcího stroje se zaměřuje na přídavná zrychlovací vřetena, která jsou doplňkovým zařízením k obráběcím stojům a umožňují na nich dosáhnout požadovaných otáček, řezné rychlosti a dostatečného výkonu na obráběcím nástroji v místě řezu.
„Vysokootáčková vřetena nacházejí uplatnění všude tam, kde si technologie výroby žádá použití nástrojů malých průměrů,“ říká Vladimír Čech ze společnosti REXIM, spol. s r. o., která se problematikou zrychlovacích vřeten pro obráběcí stroje zabývá, na otázku, kde nachází uplatnění elektrovřetena, pneumatická vřetena a kde mechanická zrychlovací vřetena a na jakých obráběcích stojích a při jakých technologiích výroby. A následně dodává: „Především se jedná o frézování složitých tvarů a žeber různých materiálů. Využití vysokých řezných rychlostí moderních nástrojů drasticky snižuje výrobní časy, a to při vyšší životnosti nástroje a kvalitnějšímu povrchu. Elektrovřetena jsou oblíbená díky regulaci otáček a pro možnost propojit ovládání s ŘS na stroji. Vzhledem k vysoké přesnosti se používají pro obrábění nástroji do d 3 mm, především v nástrojárnách, ale také při výrobě Cu elektrod nebo obrábění slitin Al. Lze je použít na jakémkoli obráběcím centru, frézovacím nebo soustružnickém. U VMC je nelze použít do automatické výměny z důvodu nutnosti propojit datový kabel s řídicí jednotkou. Pneumatická vřetena, která neumožňují regulaci otáček, jsou nejčastěji použita při opakované výrobě nebo při gravírování. Rovněž se dají použít pro frézovací nebo soustružnická centra, ale také i pro roboty. Zrychlovací hlavy umožňují obrábění vysokým výkonem, jsou tak vhodné pro hrubování nebo HSC frézování nástroji od d 2–10 mm. Používají se pro frézovací centra, CNC nebo manuální frézky a vrtačky. Násobí otáčky stroje v poměru 1 : 4 nebo 1 : 6.“ Obecně lze říci, že volba přídavného zrychlovacího vřetena bývá ve výrobních provozech aktuální v případech, kdy otáčky vřetena obráběcího stroje nedosahují požadované řezné rychlosti v místě řezu. Při výběru CNC obráběcího stroje je vhodné volit konfiguraci stroje, výkon a otáčky vřetena s ohledem na výrobu, kterou chci na stroji dělat, a tím předejít nutnosti přídavných zařízení. Bohužel to vždy nejde. Další oblastí využití jsou velké horizontální obráběcí stroje, kde jejich konstrukce vřeten není vždy schopna pokrýt technologické požadavky výroby a doplněním o přídavné zrychlovací vřeteno získáme více technologických možností.
Příklady přídavných vřeten se vzduchovým pohonem, elektrickým pohonem a mechanické konstrukce
ZÁKLADNÍ DĚLENÍ ZRYCHLOVACÍCH PŘÍDAVNÝCH VŘETEN
přídavná vřetena s elektrickým pohonem Výhody: házivost menší než 0,001 mm, regulace rychlosti, různé způsoby řízení: z panelu, z řídicího systému CNC, zpětná vazba – přetížení, chybová hlášení, funkce konstantních otáček při zatížení, zdroj přidává proud při zátěži, otáčky do 60 000 otáček/ minutu, trvale 50 000 otáček/minutu. Nevýhody: nelze použít do výměny, omezený výkon (pouze jedno provedení motoru)
přídavná vřetena se vzduchovým pohonem
Výhody: vysoký výkon, lze použít do automatické výměny (ANO za určitých podmínek), otáčky až 90 000 otáček/ minutu Nevýhody: nelze regulovat otáčky, vysoká spotřeba vzduchu
přídavná vřetena mechanická
Výhody: variabilita, pro nástroje i do průměru 20 mm, lze použít do automatické výměny, lze použít středové vysokotlaké chlazení Nevýhody: omezení otáček (poměr 1 : 4 nebo 1 : 6), nutnost kvalitního propojení s vřetenem
Český výrobce mechanických přídavných vřeten www.NAREXMTE.cz má na svých stránkách následující doporučení:
- Co je třeba zvážit před nákupem zrychlovacích přídavných vřeten?
Zda jde o vhodné řešení pro zamýšlené použití. Doporučujeme možnost funkčního odzkoušení formou zápůjčky, pokud je požadované provedení přídavného zařízení k dispozici.
- Jaké jsou požadavky na obráběcí stroj při volbě zrychlovacích přídavných vřeten? A – upínací dutina vřetena stroje musí být v takovém stavu, aby upnutí bylo přesné a tuhé. B – uložení vřetena a stolu stroje musí mít potřebnou tuhost, aby se předešlo nežádoucímu chvění při obrábění.
- S jakou přesností lze upínat nástroje do zrychlovacích přídavných vřeten? Měřeno házení upnutého průměru d ve vzdálenosti 2,5d od kraje kleštiny: V rozsahu průměrů d 1,0–10,0 mm je maximum 0,02 mm. V rozsahu 10,0– –20,0 mm je maximum 0,025 mm.
- Jak je limitována životnost zrychlovacího přístroje?
Přídavné zařízení má trvalou tukovou náplň s životností 2500 provozních hodin. Při chodu v zaběhnutém stavu by teplota neměla přesahovat hranici 60 °C a hlučnost 80 dBA/1m. Házení vřetene by nemělo přesáhnout na kraji dutiny pro kleštinu hodnotu 0,025 mm a osová vůle musí být vždy nulová.
Závěrem odpověď Jana Heryána ze společnosti TGS nástroje-stroje-technologické služby s. r. o. na stejnou otázku, kde nachází uplatnění elektrovřetena, pneumatická vřetena a kde mechanická zrychlovací vřetena a na jakých obráběcích stojích a při jakých technologiích výroby: „Naše zkušenosti s využíváním zrychlovacích přídavných vřeten lze shrnout takto: Nástrojárny, které pořizují nové obráběcí stroje, vždy volí vestavěné vřeteno s požadovanými otáčkami a výkonem. Největší výhodou přídavných zrychlovacích vřeten je možnost doplnění stávajících obráběcích strojů, např. horizontek s 1500 otáček/minutu, a tím možnost využití vlastností současných řezných materiálů. Bez možnosti více otáček na nástroji a středového chlazení si nelze představit vrtání karbidovými nástroji na horizontálních strojích. Co se volby typu přídavných zrychlovacích vřeten týká, nejlepší zkušenosti máme s mechanickými, a to od švýcarské firmy PIBOMULTI. Výhodou mechanické konstrukce je dostatečný krouticí moment, výkon a geometrická přesnost.“
Samostatná kapitola by se dala věnovat i úhlovým hlavám pro obráběcí stroje. Tento obrázek přibližuje možnosti technologii a více najdete i na: www.benz-tools.de
Tento seriál si neklade za cíl poučovat, ale otevírat oči. Jedná se o subjektivní vyjádření autora, aktivně působícího v oboru CNC obráběcích strojů od roku 1997 v oblastech CAD/CAM software, obsluhy CNC řídicích systémů, NC programování a seřízení výroby. Vaše otázky, připomínky i nápady lze průběžně konzultovat na http://www.technickytydenik.cz/diskuzni-forum/. Na tomto fóru je i téma týkající se zdrojů informací a odkazů na zajímavé příspěvky k seriálu na internetu.
Vlastimil Staněk