modul: moderní konstrukní řešení cnc strojů · střední odborná škola technická uherské...
TRANSCRIPT
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 1 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Datum zahájení projektu: 01.11.2010
Datum ukončení projektu: 30.06.2012
Obor: Mechanik seřizovač Ročník: třetí
Zpracoval: Ing. Petra Janíčková
Modul: Moderní konstrukční řešení CNC strojů
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 2 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
OBSAH
OBSAH ....................................................................................................................... 2
ÚVOD ......................................................................................................................... 3
1. Definice CNC stroje ................................................................................................ 4
2. Rozdělení CNC obráběcích strojů .......................................................................... 4
3. Základní části obráběcích strojů ............................................................................. 5
3.1 Všeobecné části obráběcích strojů ................................................................... 5
3.2 Konstrukční celky CNC strojů ........................................................................... 7
3.2.1 Rámy obráběcích strojů .............................................................................. 7
3.2.2 Vřetena obráběcích strojů ........................................................................ 10
3.2.3 Pohonné a převodové jednotky ................................................................ 13
3.2.4 Lineární posuvové soustavy ..................................................................... 14
3.2.5 Odměřování polohy .................................................................................. 24
3.2.6 Rotační náhonové soustavy ..................................................................... 25
3.2.7 Automatická výměna nástrojů................................................................... 26
3.2.8 Automatická výměna obrobků .................................................................. 29
4. CNC soustružnické stroje ..................................................................................... 31
4.1 Soustružnické stroje s vodorovnou osou rotace .............................................. 31
4.2 Svislé soustruhy – karusely ............................................................................. 34
Základní technické parametry ........................................................................... 35
5. Multifunkční obráběcí centra ................................................................................. 36
6. CNC frézovací stroje............................................................................................. 37
6.1 Konzolové frézky ............................................................................................. 37
6.2 Stolové frézky ................................................................................................. 38
6.3 Portálové frézky .............................................................................................. 41
7. OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ: ..................................................................................... 44
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ............................................................................. 46
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 3 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
ÚVOD
Pracovní procesy obráběcích strojů se v současné době vyznačují vysokými
požadavky na maximální výkonnost produktu a zároveň na minimální výrobní čas a
náklady a jsou závislé na všech částech konstrukce celého tohoto mechanismu.
V systému stroj – nástroj – obrobek je nespočet pohybujících se prvků, které do
výrobního procesu patří.
Ve stavbě většiny mechanismů je základním zdrojem energie elektrický proud, jenž
je nejčastěji pomocí motorů převáděn na mechanickou energii v podobě rotačního
pohybu. Jelikož při obrábění je třeba i přímočarý pohyb, proto je nezbytné využití
soustav měnících otáčivý pohyb na přímočarý a vedení, po kterém se tyto členy
stroje pohybují. Moderním trendem pro lineární posuvy je v této oblasti pak zejména
aplikace lineárních motorů. Ty se pak nejvíce vyznačují svojí dynamickou stránkou,
kde pak může být efektivně využita jejich rychlost a to až 20m/s.
Pro pohybovou soustavu je pak také nezbytná dráha, po níž se systém pohybuje -
vedení.
Vedení nebo-li vodící plochy u obráběcích strojů musí z konstrukčního hlediska
splňovat více všeobecných požadavků např. tuhost, přesnost, trvanlivost nebo také
jednoduchost. Ovšem při pohybu po vedení je také nezbytné tento pohyb řídit či
přesně kontrolovat, a k této části právě slouží měřící či odměřovací systém.
Konstrukcí či zhotovením soustavy není zcela dosaženo konečného cíle. Obráběcí
stroje jsou nákladná zařízení, a jeho životnost je proto také velmi důležitý faktor, na
který je třeba myslet. A proto je třeba brát v
úvahu v neposlední řadě i jeho ochranu,
údržbu a také bezpečnost.
K těmto účelům slouží kryty, prvky pro
přívod medii ( jako jsou třeba elektrické
kabely, mazací hadice) nebo bezpečnostní
prvky pro případné vniknutí nebo uvolnění
škodlivých látek či věcí.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 4 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
1. DEFINICE CNC STROJE
- číslicově řízený obráběcí stroj – je charakteristický tím, že ovládání všech
pracovních funkcí stroje je prováděno řídícím systémem pomocí vytvořeného
programu.
- pomocí počítače řídí pohyb nástroje i obrobku po dané ose definovanou
rychlostí po dané trajektorii v prostoru nebo rovině.
- při číslicovém řízení obráběcích strojů jde o řízení celého procesu obrábění i
jeho pomocných funkcí na základě číslicových údajů a příkazů.
Všechny informace potřebné pro obrobení součásti jsou zaznamenávány ve formě
řady numerických znaků. CNC obráběcí stroj je tedy obráběcí stroj, který je
numericky řízen a konstrukčně uzpůsoben tak, aby pracoval v automatickém cyklu a
měl automatickou výměnu nástrojů.
C N C
Computer Numerical Control
2. ROZDĚLENÍ CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ
CNC obráběcí stroje lze rozdělit podle několika hledisek:
1. Podle počtu technologických operací:
jednoprofesní stroje
obráběcí centra
víceúčelová obráběcí centra
2. Podle druhu převládající prováděné práce:
vrtací a závitovací
vyvrtávací
soustružnické
frézovací
brousící
ozubárenské
3. Podle technologie odebírání třísek:
vysokorychlostní (HSC)
vysokovýkonné (HPC)
suché
obvyklé
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 5 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Jednoprofesní CNC stroje jsou charakteristické tím, že provádějí převážně jeden
druh operace, a to např. soustružení, frézování, vyvrtávání, výrobu ozubení. Tyto
stroje bývají často konstruovány podle potřeb zákazníka. Mají nižší cenu než
obráběcí centra.
Obráběcím centrem se rozumí takový číslicově řízený stroj, který:
- může provádět různé druhy operací
- pracuje v automatickém cyklu
- je vybaven automatickou výměnou nástrojů
- je vybaven prvky diagnostiky a měření.
Víceúčelové obráběcí centrum umožňuje obrábět kromě deskových a skříňových i
rotační součásti ( vestavěný soustružnický stůl) a dále vyměňovat skupinu nástrojů –
tzv. operační hlavu s pevnými nebo přestavitelnými vřeteny.
3. ZÁKLADNÍ ČÁSTI OBRÁBĚCÍCH STROJŮ
3.1 Všeobecné části obráběcích strojů
Vřeteník – část stroje zpravidla skříňovitého tvaru. Je v něm uloženo vřeteno,
případně převodové ústrojí na změnu otáček vřetena.
Lože – část stroje, která spojuje základní části stroje v jeden celek. Na loži jsou
vodící plochy (pro stůl, suport….) a případně dosedací plochy pro uložení dalších
částí stroje. Zpravidla má větší délku než výšku.
Základová deska – spodní část stroje plochého tvaru k uložení všech částí stroje.
Stojan – může být svislý nebo šikmý a jsou na něm vodící nebo dosedací plochy
k umístění dalších částí stroje. Obvykle má větší výšku než šířku.
Suport – část stroje sestávající ze soustavy saní, které umožňují nastavení
vzájemné polohy nástroje vzhledem k obrobku a jeho pohyb v určeném směru při
obrábění.
Stůl – obvykle má plochý tvar s vodorovnou upínací plochou, která může mít
obdélníkový, čtvercový nebo kruhový tvar. Je-li možno stolem posouvat ve dvou
směrech nazývá se křížový, jestliže jím lze natáčet nazývá se otočný.
Příčník – vodorovně uložená část stroje skříňovitého tvaru. Bývá jedním koncem
pohyblivě uložen na sloupu nebo stojanu stroje a má na sobě vodící plochy pro
uložení vřeteníku.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 6 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Obr. Popis konstrukčních částí obráběcích strojů
Obr. CNC soustruh a jeho funkční jednotky
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 7 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3.2 Konstrukční celky CNC strojů
3.2.1 Rámy obráběcích strojů
Rám obráběcího stroje se skládá z několika základních částí – lože, stojanu, příčníku
a pomocných prvků. Záleží na konstrukci a provedení stroje, z kterých uvedených
částí se rám stroje skládá.
Na tuhosti, odolnosti proti opotřebení, dynamické stabilitě i stálosti tvaru těchto částí
závisí přesnost obrábění. Při návrhu těchto částí musí konstruktér respektovat řadu
hledisek a požadavků:
- kvalitní materiál rámu
- dobrá statická tuhost
- vyhovující dynamická a tepelná stabilita
- dobrý odvod třísek
- malá hmotnost
- dobré uložení na základ.
Pro konstrukci rámu obráběcího stroje lze využít různé materiály, nejčastěji šedou
litinu, ocel a ocelolitinu. V poslední době se začíná využívat i beton a polymer-beton.
Při volbě materiálu na rám stroje se musí přihlížet k jeho technickým a provozním
vlastnostem, které musí stroj splnit.
MATERIÁLY PRO RÁMY OBRÁBĚCÍCH STROJŮ:
1. Odlitky z šedé nebo tvárné litiny
- ekonomicky výhodné pro vyšší série – výroba forem
- omezení variability tvarů a přechodů, pouze jednoduché tvary
- lepší tlumení než ocel - nevhodné pro malé série vzhledem k ceně forem
- lepší obrobitelnost než ocel - malý modul pružnosti
- vyšší hmotnost než svařená konstrukce
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 8 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
2. Svařence z oceli třídy 11
- ekonomicky výhodné pro kusovou výrobu
- malé materiálové tlumení
- lze konstruovat velmi složité tvary strojů a velké přechody tloušťek stěn a konstrukce žebrování
- horší obrobitelnost než u litiny, komplikovanější zaškrabávání
- vysoký modul pružnosti - větší vnitřní pnutí než u litiny
3. Přírodní žula (granit) - pro velmi přesné stroje - mikrofrézování
- bez vnitřních pnutí - náročná výroba všech ploch broušením
- dokonalá rozměrová stálost - komplikované spojování s ostatními dílci stroje
- tlumí stejně jako šedá litina - omezené možnosti změny hotové konstrukce
4. Polymer-beton
- ekonomicky výhodné pro větší série strojů
- nákladná výroba formy
- lze konstruovat velmi složité tvary strojů
- komplikované spojování s ostatními částmi stroje
- možnost do dílce integrovat elektrické rozvody i ocelové části
- problematické obrábění – rámy se musí odlévat „nahotovo“
5. Vláknové kompozity na bázi uhlíkových vláken
- vynikající modul pružnosti - nákladná výroba, složité ruční vrstvení materiálů
- vysoké hodnoty tlumení - vysoká cena použitých materiálů
- nízká nebo nulová teplotní roztažnost
- komplikované spojování s ostatními částmi
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 9 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
6. Keramika na bázi Al a Si
- velmi nízká tepelná roztažnost
- vysoké náklady na výrobu
- možnost třískového obrábění polotovarů
- omezené rozměry dílců
- vynikající rozměrová stálost - vysoká hmotnost
7. Vysokopevnostní beton HPC
- nízká tepelná vodivost - neznalost techniků jak navrhovat konstrukci, neznalost výpočtů pevnosti
- vysoká schopnost tlumení - dlouhodobé neověření v praxi
- výroba složitých tvarů již při pokojové teplotě
- do betonu lze zalévat různé vestavěné ocelové prvky
- je alternativou ke kovovým částem strojů
8. Hybridní struktury a materiály
- jedná se o složení dílce z více materiálů tak, aby byla zaručena vyšší pevnost a
stabilita součástí. Mohou to být např.:
odlitek z šedé litiny vyplněný pískem (vynikající tlumení)
ocelový svařenec vystužený uhlíkovým laminátem
kombinace oceli a hliníkové pěny (viz. obr)
- možnost dosažení specifických vlastností dílců v závislosti na jejich použití
- vyšší náklady na vývoj, vysoké nároky na konstruktéry
- nižší náklady při výrobě – úspora drahých materiálů
- nutnost kombinovat technologii přípravy a zpracování materiálů
- někdy nižší hmotnost
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 10 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3.2.2 Vřetena obráběcích strojů
Úlohou vřetena je zaručit obrobku (u soustruhu) nebo nástroji (u frézky a vrtačky)
otáčivý pohyb. Vřeteno je u obráběcích strojů ukládáno do valivých ložisek, obvykle
do dvou radiálních a jednoho axiálního. Konec vřetena, který vyčnívá ze skříně
vřeteníku, se nazývá přední konec a je vhodně upraven pro nasazení nebo upnutí
nástroje či obrobku.
Vřeteno představuje ve skladbě obráběcího stroje jeden z nejdůležitějších článků,
proto jsou na jeho konstrukci kladeny vysoké požadavky:
- vysoká přesnost chodu – radiální i axiální házení
- dokonalé vedení – vřeteno nesmí měnit polohu v prostoru, mění-li jeho zatížení
směr a smysl
- vřeteno musí být dostatečně tuhé
- v uložení vřetena musí být možnost po opotřebení vymezit vůle.
Vřeteno CNC obráběcího stroje musí zaručit prostorovou stabilitu osy a přenášet
zatížení při velmi vysokých otáčkách. Proto se musí volit dostatečně široká ložiska,
která přenášejí zatížení, jejich velikost se určuje výpočtem.
Vřetenová ložiska se musí dostatečně mazat plastickým mazivem a olejem, aby se:
- snížilo tření a tím i opotřebení ložiska
- odvádělo teplo od vřetena
- snížila poruchovost stroje
Metoda mazání závisí na konkrétních provozních podmínkách stroje.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 11 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Obr. Vřeteník - magneticky uložené vřeteno s motorem
CHLAZENÍ
Aby se vřeteno při práci příliš nezahřívalo, tak se u moderních konstrukcí používá pro
snižování teploty některé z následujících opatření:
1. Chlazení vřetene proudícím olejovým pláštěm
2. Chlazení vřeteníku průchodem oleje přes chladící kanálky
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 12 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
MORFOLOGIE VŘETENÍKU OBRÁBĚCÍHO STROJE
K přenosu řezného výkonu na nástroj musí být vřeteno spojeno s náhonovým
servomotorem. Toho lze docílit třemi způsoby:
a) Přímý náhon – používá se pro vysokorychlostní obrábění, je dynamicky stabilní.
b) Náhon s vloženým ozubeným převodem – pro přenos velkých výkonů bez
prokluzu řemene. U brousících strojů se používají ploché řemeny, protože nejsou
zdrojem vibrací a nepřenáší vibrace na vřeteno od el. pohonu stroje.
c) Elektrovřeteno – je tvořeno rotorem, který se lisuje na vřeteno. Ve vnějším plášti je
vinutí s chlazením.
Obr. a) Přímý náhon b) Náhon s vlož. převodem c) Elektrovřeteno
UPÍNÁNÍ NÁSTROJŮ
Pro upnutí nástroje ve vřetenu se používají nástrojové držáky s různým zakončením:
kuželová stopka ISO (kuželovitost 7:24) – viz. obr. → →
krátká kuželová stopka HSK (kuželovitost 1:10)
válcová stopka (méně často)
speciální profil (např. trojúhelníkový Sandvik
Coromant Capto) - viz. obr. → → → →
Základní rozdíl mezi ISO stopkou a HSK stopkou je v tom, že ISO stopka má mezi
čelem vřetena a stopkou vůli, zatímco HSK stopka dosedá na čelo vřetena. Výhodou
HSK upnutí je, že zvyšující se otáčky způsobují lepší a bezpečnější upnutí nástroje
vlivem působení odstředivých sil na kleštinu.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 13 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3.2.3 Pohonné a převodové jednotky
Hlavním úkolem této časti stroje je transformace dodávané formy energie, nejčastěji
elektrické energie ze sítě, na takovou formu energie, aby mohl stroj konat samotný
obráběcí proces, nejčastěji řezný cyklus v podobě ubírání třísek.
K dosažení těchto cílů je třeba mnohdy spousta konstrukčních prvků např. motorů,
převodových systémů, spojek atd.
Obr. Členění hlavních pohonů obráběcích strojů
Podle individuálních požadavků uplatnění je třeba rozhodnout o vhodné volbě
principu pohonu. Ve stroji jsou pak tři zásadní kategorie pohonu :
pohony vřeten
pohony posuvů
pomocné pohony
Každý druh těchto pohonů má různé nároky, příkladem mohou být mechanické
vlastnosti jako dynamika, tuhost…
Pro efektivnější využití pohonné jednotky, kdy stroj pracuje v různých pracovních
cyklech (př.: hrubování nebo obrábění na čisto) je třeba upravit dodávané otáčky
motoru až po výsledný relativní pohyb nástroje vzhledem k obrobku, který se děje při
různých rychlostech. Tento úkol zastávají převodové systémy obráběcích strojů. Mezi
základní dva principy převodových mechanismů řadíme systém se stupňovitou
změnou otáček anebo systém s plynulou změnou otáček.
Podle konstrukčního provedení se převodové systémy v obráběcích strojích dělí na:
převodové systémy ozubenými koly
převodové systémy řemenové
převodové systémy kombinované
převodové systémy pro plynulou změnu otáček
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 14 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3.2.4 Lineární posuvové soustavy
Lineární pohyby jsou jedním ze základních pohybů obráběcích strojů, a to formou
hlavních řezných pohybů nástroje nebo obrobku (ve směru řezné rychlosti), posuvů
nebo přísuvů (ve směru kolmém k řezné rychlosti), anebo pomocných pohybů
(přiblížení nástroje k obrobku před započtením práce, oddálení po skončení,
přemísťování částí stroje atd.)
V současné době se využívá při stavbě obráběcích center pro realizaci posuvu
elektromechanická posuvová soustava nebo náhon lineárními servomotory.
Elektrický servomechanismus je regulační soustava tvořená:
- elektromotorem
- výkonovým polovodičovým měničem pro napájení a řízení motoru
- regulátorem pro řízení polohy, resp. otáček
- snímače rychlosti, resp. polohy.
Při regulování polohy CNC strojů se využívá tzv. vlečná regulace, kdy regulovaná
veličina s časovým zpožděním sleduje zadávanou řídící veličinu.
Řídící systém (ŘS) říká, kam mají saně dojet. Nejprve je vydán povel na kterou
souřadnici (polohu). Skutečnou polohu sleduje přímé nebo nepřímé odměřování.
Odtud jde signál do porovnávacího členu (regulátoru polohy), kde je srovnána
skutečná poloha s žádanou. Pohon začne generovat tzv. sledovací (polohovou)
odchylku. Rychlost pohybu saní je přímo úměrná konstantě Kv a polohové odchylce
(žádaná minus skutečná poloha).
Požadovanou polohu XPOZ vypočítává CNC řídící systém. Odměřování polohy udává
skutečnou polohu stolu obráběcího stroje XSK. Regulátor polohy pak vypočítá
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 15 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
regulační odchylku ΔX = XPOZ - XSK a dává pohonu signál o požadované rychlosti
VPOZ. Tato rychlost je přímo úměrná rychlostnímu zesílení KV a regulační odchylce.
Čím větší je nastaveno rychlostní zesílení, tím pohon reaguje rychleji. Tachodynamo
dává informace o skutečném stavu otáček, pokud se liší od požadovaných, tak
regulátor otáček generuje požadavek na zvýšení proudu IPOZ, který je porovnáván se
skutečnou hodnotou ISK. Když je dosaženo polohy XPOZ, motor se zastaví.
Obr. Skladba lineární posuvové soustavy
KULIČKOVÝ ŠROUB A MATICE
Využije-li se pro náhon kuličkový šroub a matice, vyvozuje motor rotační pohyb, který
je přes kuličkový šroub transformován na přímočarý
pohyb.
V provedení posuvového systému se vyskytují dva
případy:
Provedení A – šroub se otáčí a matice stojí
Provedení B – matice se otáčí a šroub stojí
někdy může otáčivý pohyb vykonávat šroub i matice.
Aby se zmenšilo opotřebení závitů, umožnilo se
vymezení vůle a zlepšila se účinnost, zavádějí se šrouby a matice se třením valivým.
V závitech mezi šroubem a maticí obíhají kuličky, jejich účinnost je 90% nebo i vyšší.
Závity jsou kalené a broušené, vyrobené s vysokou přesností (dovolená úchylka
obvykle 0,002mm na 100mm).
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 16 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Přednosti kuličkového šroubu a matice:
vysoká účinnost
minimální oteplování během provozu
možnost úplného odstranění vůle
malé opotřebení – vysoká životnost
potlačení vzniku trhavých pohybů
možnost převodu rotačního pohybu na přímočarý
Servopohon lze na kuličkový šroub napojit několika způsoby:
Přímo
Ozubenými koly
Řemenem
Vložená převodovka
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 17 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
PASTOREK A HŘEBEN
Pro pohony CNC pracovních strojů
s dlouhými zdvihy je použití posuvových
šroubů již nevhodné (tuhost, vysoké
otáčky). Zde nachází výhodné uplatnění
princip pohonu ozubeným hřebenem a
pastorkem. Má proti šroubu a matici
menší převod, menší tuhost, ale lepší
účinnost. Díky vůli mezi pastorkem a
hřebenem je nutné provést její
vymezení. Vymezení vůle je možné provést více způsoby:
mechanicky pružinou
hydraulicky
náhon posuvu dvěma motory
Použití:
Tam, kde svými rozměry končí výrobní možnosti kuličkových šroubů a kde jsou velké
přesouvané hmoty (u velkých strojů).
ŠNEK A ŠNEKOVÝ HŘEBEN
Tento mechanismus lze uplatnit ve dvou variantách:
A ) Šnek je vytvořen po celé délce zdvihové časti hřídele a s ním je ve styku šnekový
hřeben připevněný ke stolu. Při chodu se hřeben pohybuje po šnekovém hřídeli, jak
je znázorněno na obr. A
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 18 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
B ) V tomto případě je hřeben uložen po celé délce stolu a šnek je vytvořen jen na
části hřídele. Zde se nepohybuje hřeben po šneku, ale právě šnek proplouvá závitem
v hřebeni, a tím dochází k pohybu stolu. Schéma provedení je znázorněno na obr. B
Používá se u těžších obráběcích strojů, především u portálových frézek.
Další možností šnekového převodu je hydrostatický šnekový hřeben.
Ozubená šneková tyč je opatřena olejovými kapsami, do nichž je přiváděn tlakový
olej pomocí přívodů dotlačovaných na boky ozubeného hřebenu, vždy jen do sekce
kapes, které jsou v záběru se šnekem. Olej z kapes stéká volně přes šnek do
sběrného žlabu pod šnekem. Pohon šneku je proveden ozubením od pastorku na
hnací hřídeli spojené přímo s náhonovým motorem.
Obr. Pohon hydrostatickým šnekem a šnekovým hřebenem
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 19 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
LINEÁRNÍ MOTOR
Moderní technologické aplikace provozované na CNC obráběcích strojích se
pohybují mezi dvěma krajními hodnotami: vysokorychlostní obrábění HSC a výkonné
obrábění HPC. Požadavkům na stroje odpovídají i pohonné soustavy, zatímco pro
HPC jsou vhodné spíše kuličkové šrouby, pro HSC lineární motor.
Lineární motory jsou elektromotory konstrukčně uzpůsobené tak, že nemají žádný
vložený převod jako jsou ozubená kola, řemeny, apod. Posuvovou sílu vyvozují
přímo působením elektromagnetických sil na suport stroje. Elektromagnetická síla
vzniká mezi pohyblivým primárním dílem (přišroubován ke stolu) a pevným
sekundárním dílem (přišroubován k loži). Primární částí se u lineárních motorů
zpravidla označuje stator, který je tvořen feromagnetickým svazkem z
elektrotechnického plechu a vinutí je umístěno v jeho drážkách. Rotor je tedy
sekundární díl, a jedná se
o tu část, která je tvořena
z permanentních magnetů
které, jsou nalepeny na
ocelovou desku.
Je-li potřeba větší posuvová síla, tak se motory zdvojují. Jsou řízeny z jednoho
napájecího zdroje a mají rovněž jedno společné odměřování polohy.
Pohyblivá i pevná část motoru je vyrobena z feromagnetických materiálů, čímž
vznikají přitažlivé síly, které musí zachycovat lineární vedení.
Z funkčního hlediska jsou lineární motory založeny na stejném principu jako klasické
rotační motory, avšak s konstrukční výjimkou, kde jsou permanentní magnety
rozloženy po přímce ne do kružnice.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 20 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Výhody:
Rychlost posuvu ( mohou dosahovat rychlosti až 20m/s )
Velmi přesné polohování až 0,001 mm
Opakovatelnost - kdy se můžeme vracet mnohokrát do referenčního bodu se
stálou přesností
Dynamika - lze dosahovat velmi vysokých hodnot zrychlení
Nevýhody:
Cena - jde o nákladný mechanismus oproti konvenčnímu převodovému řešení
Přívod energie - je komplikované docílit schopnosti dodávat energii i při
rychlém pohybu
Složitost mechanické konstrukce - je zde složité vyřešit uchycení motoru
Při konstrukci a stavbě CNC obráběcích strojů lze používat následující druhy vedení
posuvových soustav:
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 21 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
A) VEDENÍ KLUZNÉ
Používají se dvě varianty vedení a to hydrodynamické a hydrostatické.
Hydrodynamické vedení – přiváděný olej vytvoří souvislý mazací film až za pohybu
stroje, kdy vzniknou podmínky hydrodynamického mazání. Proto při rozběhu může
dojít k poskokům a trhavým pohybům stroje. Obvykle se přiléhající vedení zhotovují
ze dvou různých materiálů s rozdílnou tvrdostí.
Materiály používané na vedení:
šedá litina
kalená šedá litina
kalená ocel – nejvyšší tvrdost i odolnost
proti opotřebení
umělé hmoty různého složení – mají stále
širší využití, pro své výborné třecí vlastnosti
a prakticky i s nemožností zadření. Tenké
desky z plastických hmot se na kovové
části obráběcích strojů mohou přišroubovat,
přinýtovat nebo přilepit.
Vliv volby materiálu je při hydrodynamickém vedení velmi důležitý, protože při
suchém a polosuchém tření jsou třecí vlastnosti a tím i velikost opotřebení velmi silně
závislé na vlastnostech materiálů použitých na kluznou dvojici.
Hydrostatické vedení – jeho princip je založen na dodávce tlakového oleje mezi
vodící plochy např. loží a saní, čímž je docíleno kapalinného tření. Při tomto vedení
musí být na jedné z vodících ploch vytvořeny mazací kapsy, druhá plocha je hladká.
Výhody hydrostatického vedení:
velmi malé tření, až 1000krát menší než u hydrodynamického vedení
se vzrůstem rychlosti stoupá třecí síla, což ovlivňuje stabilitu pohybu při
malých rychlostech
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 22 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
vysoká tlumící schopnost ve směru kolmém na vodící plochy
neexistuje vůle, protože všechny mezery jsou vyplněny vrstvou tlakového
oleje, který má vysokou tuhost
prakticky nulové opotřebení, protože pracovní plochy se nedotýkají ani za
klidu
vysoká tuhost vedení.
Nevýhody hydrostatického vedení:
nutnost speciálního čerpadla
komplikovanější konstrukce stroje
(rozvod oleje, ventily…)
nutnost pečlivé filtrace oleje
náročnější údržba a provoz.
Na obrázku je znázorněno schéma otevřeného
hydrostatického vedení. Olej od čerpadla o
konstantním tlaku pč je veden přes škrtící ventil
s konstantním odporem Ro do tlakové jednotky
vedení. Škrtící ventil sníží tlak na pracovní
hodnotu p1 a pod tímto tlakem je vytlačován
z ložiskové jednotky mezerou h. → → →
Zmenší-li se vlivem zatížení
tloušťka mezery a tím i vrstvy
oleje, klesne odtok z odpovídající
kapsy a tím stoupne tlak v kapse.
Na zvýšení tlaku reaguje regulátor
zvýšením přítoku oleje a udržuje
tak konstantní šířku mezery.
Protože se tlakem v jedné kapse
vyrovnává vždy šířka mazací mezery
na jedné rovinné ploše, musí být
vytvořeny kapsy pro jednotlivé plochy,
aby mohly být kompenzovány vlivy
všech příčných sil.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 23 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
B) VEDENÍ VALIVÁ A PŘÍMOČARÁ
Valivá vedení se používají u nejpřesnějších strojů. Jejich přednosti jsou podobné
jako srovnání valivých a kluzných ložisek. Mají mnohem plynulejší posuvy i při
rozjíždění a najíždění na požadovaný rozměr.
Výhody valivého vedení:
menší součinitel tření
dlouhá životnost
vysoká přesnost pohybu i při malých
rychlostech
Nevýhody valivého vedení:
vysoká náročnost na přesnost výroby
stroje
větší rozměry než kluzné vedení
menší schopnost tlumit chvění.
Jako valivé tělíska se obvykle používají:
- VÁLEČKY – nejčastější, dobrá tuhost a přesnost
- JEHLIČKY – v provedení s prizmatickým vedením
- KULIČKY – má nejmenší únosnost, vodící plochy se musí obložit kalenými plechy
V případech dlouhých vedení se valivé
tělíska po výběhu ze zatížené dráhy
vracejí zpět na začátek zatížené
dráhy. Pro vedení kuliček po
válcových plochách jsou kuličky
umístěny ve válcových pouzdrech,
které udržují kuličky v pravidelných
odstupech od sebe.
C) AEROSTATICKÉ VEDENÍ
U aerostatického vedení se místo
kapaliny používá stlačený vzduch.
Toto uložení je se srovnání
s hydrostatickým méně tuhé, proto
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 24 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
se používá jen u méně přesných strojů, převážně u měřících automatů. Změnou tlaku
lze jednoduše korigovat vůli uložení a tím i vliv hmotnosti výrobku. Velkou výhodou je
rovněž čisté prostředí a odpadají i starosti se zpětným odvodem vzduchu.
3.2.5 Odměřování polohy
Pro odměřování polohy se používají snímače polohy, které jsou jejich nejdůležitější
součástí, protože se podílejí na výsledné přesnosti polohování obráběcího stroje.
Charakteristickým parametrem odměřování je jeho základní inkrement, což je jeho
nejmenší rozlišitelná délková míra.
Přímé odměřování – používá se lineární snímač, který snímá skutečnou polohu
stolu CNC stroje. Jezdec pravítka je spojen s pohybující se částí posuvové
souřadnice.
Nepřímé odměřování – využívá se buď rotační odměřování polohy, což je snímač
napojený přímo na konec kuličkového šroubu, nebo signálu z odměřování
vestavěného přímo do servomotoru.
Podle druhu získaných informací:
Přírůstkové (inkrementální) odměřování polohy v sobě neuchovává informaci o
poloze, kde se po výpadku el. energie nebo vypnutí stroje posouvaná část nachází.
Proto je nutné po opětovném zapnutí najet zpět do referenčního bodu.
Absolutní odměřování v sobě uchovává informace a není nutné znovu odměřovat
referenční bod.
Lineární měřící systémy Heidenhain
pracují na principu fotoelektrického
snímání jemných rastrů. Lineární
odměřování pracuje se skleněným
měřítkem opatřeným mřížkou. Perioda
dělení mřížky je 10 nebo 20µm. Vlastní
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 25 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
mřížka sestává z rysek nepropouštějících světlo a mezer propouštějících světlo o
stejné šířce. Na souběžné stopě se nacházejí i referenční značky. Snímací hlava
obsahuje zdroj světla, který světelné paprsky nasměruje paralelně. Jakmile se začne
pohybovat snímací hlava vůči měřítku, překrývají se střídavě mezery a rysky mřížky
a snímací masky. Fotočlánky pak zaznamenávají změny světla a tmy periodicky a
vytvářejí elektrické signály.
Výstupem jsou dva sinusové signály fázově posunuté vůči sobě o 90°. Současně je
k dispozici referenční signál Ie0.
Laserové snímání polohy je založeno na principu laserového Dopplerova metru.
Tento způsob se vyznačuje vysokým rozlišením 0,002µm, vysokou přesností,
velkými délkami snímání a kompaktností (malými rozměry). Oproti tomu je
nevýhodou, že zdroj laseru i zpětné zrcátko musí být dokonale krytovány, aby
v dráze paprsku nebyly žádné nečistoty.
3.2.6 Rotační náhonové soustavy
Jsou nedílnou součástí každého obráběcího stroje, který obrábí pomocí rotačního
pohybu nástroje nebo obrobku. Ve stavbě CNC obráběcích strojů se používá dvou
typů rotačních náhonových soustav – podle toho, kterou kinematickou skupinu
nahánějí:
Konstrukční principy rotačních náhonových soustav jsou podobné jako u
posuvových. Torzní motor si lze vysvětlit jako svinutí lineárního pohonu do kruhu.
Desky stolu, který se má otáčet, se ukládají do speciálních ložisek (viz. obr.)
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 26 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
MORFOLOGIE ROTAČNÍ NÁHONOVÉ SOUSTAVY
ODMĚŘOVÁNÍ POLOHY U ROTAČNÍ
NÁHONOVÉ SOUSTAVY
3.2.7 Automatická výměna nástrojů
Systémy automatické výměny nástrojů mají za cíl v co nejkratším čase:
odebrat stávající nástroj
nastavit nový nástroj do potřebné polohy
Na konstrukční provedení sestavy tvořící automatickou výměnu nástrojů jsou kladeny
specifické požadavky, zejména pak:
minimální čas cyklu výměny nástroje
funkční spolehlivost s ohledem na četnost výměny
optimální kapacitu zásobníků
odolnost proti znečištění
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 27 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
ZÁSOBNÍKY NÁSTROJŮ
Slouží pro bezpečné uložení a zajištění nástrojových jednotek v blízkosti pracovního
prostoru a pro dopravu požadovaného nástroje do polohy pro výměnu. Podle
konstrukčního uspořádání se zásobníky dělí na:
a) Nosné zásobníky – přenášejí řezné síly od
nástroje do rámu stroje a jsou obvykle tvořeny
revolverovou hlavou. Nástroje v těchto
zásobnících mohou být jak soustružnické tak
rotační. Typické použití je hlavně u soustruhů.
Mohou být ve stroji situovány se svislou i
vodorovnou osou otáčení. revolverová hlava je
tvořena n-bokým hranolem (podle počtu nástrojů).
Nosné zásobníky se vyznačují menším počtem
nástrojových míst. Mají malé rozměry a proto jsou umísťovány přímo na stroji, takže
nezvětšují půdorysnou plochu stroje. Nástroj, vřeteno s nástrojem nebo
vícevřetenová hlava jsou pevně uchyceny na zásobníku, který musí přenášet řezné
síly při obrábění.
b) Skladovací zásobníky – nepřenášejí řezné síly a slouží pouze ke skladování
nástrojů. Skladovací systémy je možné rozdělit podle kapacity zásobníku na systémy
s maloobjemovým zásobníkem (do 40 nástrojů) a systémy s velkoobjemovým
zásobníkem (až 250 nástrojů). Rozeznávají se následující typy výměn u
skladovacích zásobníků:
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 28 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
přímá – pick-up
zásobník – výměník – vřeteno
zásobník – manipulátor – výměník –
vřeteno
výměny celých vícevřetenových hlav
Obr. Kruhový zásobník nástrojů (pick-up) Řetězový zásobník nástrojů
PŘÍMÁ VÝMĚNA předpokládá, že je zásobník technologického příslušenství
dostupný samotnému stroji. Takovýto zásobník může být stacionární nebo pohyblivý.
Pracovní vřeteno nejprve odloží původní nástroj do zásobníku, otočením zásobníku
se do osy vřeteny dopraví nový nástroj, který si odebere a upne pracovní vřeteno
vlastními mechanismy. Celkový čas výměny trvá v řádech vteřin (obvykle 5s).
c) Kombinovaná výměna spojuje výhody skladovacích a nosných zásobníků.
Zpravidla mají jeden nebo více zásobníků se skladovací funkcí a jednu nebo více
nástrojových či vřetenových hlav.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 29 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3.2.8 Automatická výměna obrobků
U systémů s automatickou výměnou obrobků je obrobek zpravidla upínán na paletu
mimo pracovní prostor během práce stroje, samotná výměna palet je pak realizována
automaticky bez zásahu lidského činitele. U automatické výměny nástrojů jsou
nástroje většinou do vřetena nebo na nosič nástrojů upínány na jednotné upínací
plochy v jednotném držáku nástrojů. Při automatické výměně obrobků se používá
podobného mezičlánku s jednotnými upínacími plochami mezi strojem a obrobkem.
Ten se nazývá obrobková popř. technologická paleta.
Použití palet při automatické výměně obrobků je vhodné u součástí skříňového a
plochého tvaru a u rozměrnějších plochých a přírubových součástí. U malých a
středních rotačních součástí a pro hřídelové obrobky všech velikostí se častěji
používají k výměně obrobků manipulátory a roboty. U nově nabízených strojů na
dnešním trhu lze sledovat tendence zvyšování kapacity zásobníků obrobků u
jednotlivých strojů a také využívání manipulátorů a robotů pro manipulaci bez palet i
s rozměrnějšími skříňovými obrobky.
Požadavky, které jsou kladeny na systémy automatické výměny obrobků, jsou
zejména co nejkratší čas na výměnu palet, dostatečně pevné a přesné upnutí palety
na pracovním stole a v neposlední řadě také přesné ustavení a pevné upnutí
obrobků různých tvarů k paletě. Podle konstrukce systémů výměny obrobků je lze
rozdělit do tří základních skupin:
A) Systémy automatické výměny obrobků s paletami
Stroje používající při výměně obrobků palet mívají zpravidla jeden pracovní stůl s
upínačem palet, na kterém probíhá výměna. Ta může probíhat za pomoci dvou
manipulačních stolů, jak je zobrazeno na
obr. → → →
Tento systém se používá v praxi v
několika různých modifikacích. Všechny
však mají následující postup výměny: po
dokončení obrábění na jednom obrobku
přejede stůl do krajní polohy a upínací
zařízení uvolní paletu, která je potom
vysunuta s hotovým obrobkem na volný
první manipulační stůl. Prázdný stůl přejede do opačné krajní polohy, kde na druhém
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 30 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
manipulačním stole je připraven na druhé paletě nový obrobek, paleta je přesunuta
manipulačním zařízením na stůl stroje a upnuta. V zobrazeném příkladě probíhá
výměna v jedné poloze pracovního stolu stroje a po uvolnění je paleta s hotovým
obrobkem přesunuta manipulačním zařízením do zásobníku palet a tím uvolní cestu
pro druhou paletu s novým obrobkem, který je stejným způsobem upevněn na
pracovní stůl stroje.
Jiným způsobem zajišťující výměnu
palet může být výměna pomocí
otočného dvojstolu. Výhodou těchto
systémů je, že se obsluha palet provádí
stále z jednoho místa, a že pracovní stůl
stroje ve většině případů nevykonává
žádné manipulační pohyby. Výměna
palety je provedena otočením stolu o
180°, obrobky jsou přímo upínány na
stůl stroje.
B) Systémy automatické výměny obrobků
bez palet
U těchto systémů se nepoužívají palety,
obrobek je vyměňován přímo na pracovním
stole stroje nebo v upínači vřetena. Tyto
systémy se mohou objevovat u strojů se dvěma
a více vřeteny či pracovními stoly.
Zajímavé řešení v této skupině výměny obrobků
nacházíme u firmy Hermle (viz. obr.). →
Jde o stroj s čtyřpolohovým bubnem, na němž
jsou upnuty obrobky.
C) Systémy automatické výměny obrobků s roboty či manipulátory
Tyto systémy se dříve výhradně používaly u strojů s jedním vřetenem nebo
pracovním stolem převážně pro rotační obrobky malé a střední velikosti. Dnes se
stále častěji používají i pro manipulaci skříňových obrobků a palet.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 31 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
4. CNC SOUSTRUŽNICKÉ STROJE
Soustružnické stroje patří do nejrozsáhlejší skupiny obráběcích strojů, používají se
pro obrábění rotačních součástí. Lze na nich obrábět vnější i vnitřní rotační plochy
válcové, kuželové, tvarové, čelní rovinné plochy, řezat závity, vrtat, vyvrtávat,
vystružovat, kopírovat a brousit.
Pro soustružnické stroje je charakteristický rotační hlavní řezný pohyb dosahovaný
otáčením obrobku. Zásadním konstrukčním problémem je tedy spojit obrobek
s rotující činnou částí obráběcího stroje a přenést na něj točivý moment od systému
hlavního pohonu. Na přesnosti uložení rotující činné části (vřetena, upínací desky)
soustružnického stroje, její statické tuhosti, tvarové přesnosti a statické tuhosti jejího
uložení podstatně závisí přesnost práce. Nástroj (nejčastěji soustružnický nůž) musí
být upevněn k jiné pohyblivé části stroje, vyměňován a nastavován a pohyblivou částí
veden rovnoběžně, kolmo nebo různoběžně vzhledem k ose rotace obrobku.
4.1 Soustružnické stroje s vodorovnou osou rotace
Rozdíl mezi soustružnickým strojem a obráběcím centrem je v tom, že soustružnické
centrum musí umožňovat:
- různé technologické operace (vrtání, frézování, soustružení)
- automatickou výměnu nástrojů
- práce v automatickém cyklu
Obráběcí centrum je tedy takový obráběcí stroj, na němž lze z velké části anebo
úplně obrobit různé součásti pokud možno při jednom upnutí. Ke splnění
předepsaných obráběcích operací probíhajících v technologickém sledu za sebou
jsou nástroje připraveny v zásobníku náležejícím ke stroji a samočinně jsou
vyměňovány. Přitom lze u některých koncepcí použít také automatickou výměnu
výrobků.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 32 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
A) SOUSTRUH MASTURN 70 CNC-2000 - KOVOSVIT MAS
Univerzální hrotový soustruh s CNC řízením. Umožňuje obrábění pomocí
automatických cyklů s podporou CNC systému. Ty pracují na bázi pevných cyklů.
Stroj je vhodný zejména pro přesné
soustružení tvarově náročných
povrchových, čelních i vnitřních
ploch při konstantní řezné rychlosti,
ale i pro vrtání středových otvorů a
řezání vnějších i vnitřních závitů.
B) SOUSTRUŽNICKÉ CENTRUM MORI SEIKI SÉRIE NL
- pohled na hlavní části stroje bez krytu
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 33 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
- pohled na stejný stroj opatřený kryty - schéma téhož stroje
Kryty jsou konstruovány tak, aby se po jejich jednoduché demontáži získalo co
největší přístupové místo pro údržbu nebo servisní práci. Při demontáži pravého
bočního krytu není nutné demontovat pneumatický systém.
Tyto stroje vynikají vysokou tuhostí a přesností. Jsou určeny pro široký sortiment
obrobků. Na tomto stroji je aplikován princip BMT, což vede k tomu, že revolverová
hlava se stává tuhou a vede to též ke zvýšení tuhosti spojení hlava - držák nástrojů.
Tímto konstrukčním provedením se tuhost nástrojového držáku zvedla na 180 %
původního řešení. Skrz vřeteno lze prostrčit materiál o průměru 61-91 mm podle
velikosti stroje.
Na stroji byly rozšířeny vodicí plochy pro lepší přenos zatížení z hlavních prvků
(vřeteník, koník, suport). Stroj může být dodáván v provedení s hlavním vřetenem a
protivřetenem anebo s koníkem.
DRŽÁK ROTAČNÍCH NÁSTROJŮ
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 34 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Tento stroj je opatřen technologií BMT – což je úprava stroje, při které je motor
přímo spojený s vřetenem rotačního nástroje. Tato technologie přináší řadu výhod:
velký frézovací výkon – u soustružnických strojů s BMT technologií se
frézovací výkon blíží výkonu standardních frézovacích strojů. Na nástroj se
přenáší 100% výkonu motoru. Díky odstranění mechanických převodů
odpadá riziko jejich poškození při případné kolizi a tím servisní náklady.
menší vibrace - velikost rozsahu vibrací u BMT nástrojové hlavy je 3x menší
než hlavy konvenční, což má také pozitivní vliv na délku životnosti nástroje a
tím nákladů na výrobu.
větší přesnost obrábění - kromě snížených vibrací je přesnost obrábění
zvýšena také díky tuhému uložení rotačních nástrojů, jejichž poloha je na
nástrojové hlavě zajištěna pomocí tří přesných per.
nižší teplota - nárůst teplot nástrojové hlavy s BMT technologií je 10x menší
než u nástrojové hlavy konvenčního stroje, protože vznikající teplo je
efektivně odváděno olejovým chlazením pláště motoru.
4.2 Svislé soustruhy – karusely
Svislé soustruhy se dělí na jednostojanové a
dvoustojanové. Skládají se z jednoho nebo dvou
stojanů, příčníku, lože s otáčející se upínací
deskou, jednoho nebo dvou příčníkových suportů,
stojanového suportu a z horní příčky, která spojuje
oba stojany. Na příčníku je uchycen suport, který
nese smykadlo a na smykadle je nožová hlava.
Základním parametrem svislých soustruhů jsou
největší průměr soustružení a největší výška
soustružení daná vzdáleností mezi upínací deskou
a nožovým držákem při nejvyšší poloze příčníku.
Upínací deska je nejnáročnější částí karuselů. Uložení
upínací desky může být kluzné, valivé, kombinované
nebo hydrostatické. Upínací desky do průměru
4000mm jsou celistvé, nad tuto hodnotu se vyrábějí
dělené.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 35 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Smykadlo suportů má zpravidla čtyřboký profil a je vybaveno
nožovou hlavou (držákem). U některých strojů je jeden ze suportů
vybaven revolverovou nožovou hlavou. Při obrábění dlouhých ploch
je smykadlo značně vyloženo a nadměrně namáháno, smykadlo je
nejslabší část celého svislého soustruhu.
SVISLÉ SOUSTRUHY ŘADY SKG – výrobce TOS HULÍN
Svislé soustruhy řady SKG jsou vyráběny s průměrem upínací desky 4000, 5000
mm. Hlavní přednosti svislých soustruhů řady
SKG:
obrábění těžkých rozměrných obrobků
velký rozsah pojezdu suportů zvyšuje
variabilitu použití strojů
variabilní koncepce výměny nástrojů a
nástrojových držáků.
Nástroje a nástrojové držáky jsou uloženy v
kotoučových zásobnících. Progresivní způsob
automatické výměny nástrojů umožňuje pokrýt široké spektrum operací. Stroje lze
osadit nástrojovými držáky s klasickými noži 50x50 mm nebo držáky umožňujícími
automatickou výměnou řezných hlavic různých výrobců.
Stroj lze vybavit třetí řízenou osou C a náhonem rotačních nástrojů. Na přesnost
stroje má příznivý vliv termosymetrická konstrukce rámu stroje.
Základní technické parametry
SKG 40 50
Max. průměr čelního a obvodového soustružení
mm 4500 5500
Max. průměr obrobku mm 4500 5500
Max. výška obrobku mm 3500 4200
Max. hmotnost obrobku kg 60000 90000
Průměr upínací desky mm 4000 5000
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 36 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
5. MULTIFUNKČNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRA
Jsou to stroje vybavené vřetenovou nástrojovou hlavou, do které můžou být upnuty
jak pevné nástroje, tak i nástroje poháněné. Tato nástrojová hlava se často doplňuje
ještě revolverovým nosným zásobníkem nástrojů, který kromě upínání nástrojů plní
funkci koníku popř. lunety. Multifunkční stroje jsou často osazovány protivřetenem.
Umožňují většinu obráběcích operací (soustružení, vrtání, vyvrtávání, frézování,
broušení i výrobu ozubení odvalovacím způsobem). Stroje jsou vybaveny
zásobníkem nástrojů a zařízením pro jejich výměnu.
Jsou konstruovány s vodorovnou osou otáčení vřetena s obrobkem.
MULTIFUNKČNÍ STROJ INTEGREX e-410H-S II - Mazak
INTEGREX je multifunkční stroj vybavený pouze vřetenovou hlavou. Nástroje jsou
skladovány v řetězovém zásobníku. Do zásobníku se vejde 40 nástrojů (poháněné i
pevné). Tato varianta stroje je vybavena protivřetenem. Pro řízení je použit řídicí
systém Mazatrol MATRIX. Součástí stroje
je informační terminál e-Tower, který
schraňuje všechny informace o obrábění,
umožňuje sledování provozu stroje
pomocí mobilního telefonu. K němu
mohou být připojeny kamery sledující
pracovní prostor stroje. Stroj je vybaven
funkcí minimalizující vibrace.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 37 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
6. CNC FRÉZOVACÍ STROJE
Frézovací stroje patří mezi nejrozšířenější a nejvýkonnější obráběcí stroje. Jsou
určeny pro obrábění ploch rovinných, tvarových, šikmých, obrábění drážek, zubů
ozubených kol a závitů.
Vzhledem k proměnlivé řezné síle při frézování jsou kladeny vysoké požadavky na
statickou a dynamickou tuhost všech částí rámu i pohonů frézovacích strojů.
Frézovací stroje mohou být doplněny zásobníkem nástrojů a palet s jejich
automatickou výměnou.
6.1 Konzolové frézky
CNC konzolové frézky mají obvykle dva směry
pohybu obrobku (svislý konzoly a její podélné
přesouvání), příčný posuv bývá realizován
nástrojem. Tento typ strojů se poslední dobou
nahrazuje stroji, ve kterých se vřeteník
s nástrojem pohybuje ve třech osách.
5TIOSÁ UNIVERZÁLNÍ KONZOLOVÁ FRÉZKA DMU 60MONOBLOCK
Frézka má otočnou vřetenovou hlavu, čímž
vznikne 4. osa A a otočný upínací stůl, jehož
rotací vznikne 5. osa B. Pohyb v ose Z a X
vykonává vřeteník. Konzola se tedy pohybuje
pouze v ose Y. Tento stroj je určen pro obrábění
menších tvarově složitých obrobků jako jsou
malé formy, zápustky atd.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 38 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
6.2 Stolové frézky
Jsou novějším typem frézek, jejich velkou předností je možnost upínání
rozměrnějších a těžších výrobků. Svislý pohyb vykonává vřeteník, vřeteno může mít
vodorovnou i svislou osu rotace. Jsou podstatně tužší a pracují s vyšší přesností.
U moderních stolových frézek vykonává stůl s obrobkem pouze pohyb v jedné ose –
podélné souřadnici X a ostatní pohyby vykonává vřeteník s nástrojem. Dále se stále
častěji používá vřeteník s otočnou
hlavou, která umožňuje nastavení vřetena
v automatickém cyklu.
Na frézce této koncepce (bez křížového
stolu) jsou pohyby rozděleny následovně:
obrobek – pohyb ve směru osy X
nástroj – pohyb v ose Z a Y
Tyto stroje se koncepčně blíží
vyvrtávacím strojům, proto se pro ně
používá i označení Frézovací a vyvrtávací
stroj.
Obr. Stolová CNC frézka DMC 635 V
výrobce Gildemeister
Vodící plochy stolových CNC
frézek jsou bohatě
dimenzovány a řešeny
zpravidla na principu kalených
delších vodících ploch
s protiplochou vytvořenou
obložením litinového stolu
umělou hmotou. Docílí se tím
dobrých dynamických
vlastností stroje, neboť kluzné
vedení s obloženou plochou
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 39 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
má velmi dobré tlumící účinky.
Kromě automatické výměny nástrojů jsou některé stroje vybaveny systémem výměny
vřetenových hlav. Tato konstrukce zvyšuje technologickou užitnost a univerzálnost
stroje a umožňuje provádět obrábění tvarově složitých součástí. Některé frézovací
hlavy mohou být otočné v různých směrech,
čímž vzniknou další řízené osy. Na obrázku je
frézovací centrum výrobce Soraluce, na kterém
je možnost vyměňovat vřetenové hlavy.
Další možností jak zvýšit univerzálnost stroje, je použití CNC řízeného rotačního
stolu nebo stolu naklápěcího. Takovýto stroj je například horizontální frézovací
centrum H 63 výrobce Tajmac-ZPS. Výrobce vyrábí kromě jednodušší verze s
otočným stolem (čímž vznikne 4. osa A) i pětiosou verzi se stolem otočným a
zároveň naklápěcím, tím vznikne 5. osa B
Pohyby na 5tiosé verzi jsou následovné: osa X – otočný a sklopný stůl
osa Y – vřeteník
osa Z – stojan
osa A – rozsah naklápění stolu
osa B – rozsah otáčení stolu
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 40 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Vřetenové naklápěcí hlavy
Vřetenové hlavy se používají na strojích, kde potřebujeme větší přístupnost nástroje
(více řízených os). Příkladem použití na menších strojích může být frézování forem,
zápustek nebo turbínových kol. Na frézkách pro menší obrobky se většinou
konstruuje rotační stůl a naklápěcí
hlava, čímž dostaneme 5 řízených os.
Největší využití mají vřetenové hlavy
na portálových a rovinných frézkách,
kde není možnost naklápění stolu.
Použití vřetenových hlav umožňuje
řízení ve více osách, ale jejich
konstrukce má menší tuhost, proto se
používají pro menší úběry materiálu a
dokončovací operace. Pohony
přídavných os mohou být řešeny
převody ozubenými koly, v současné době se ale spíše používá speciálních motorů
integrovaných v přídavné ose rotace přímo ve vřetenové hlavě (přímý náhon osy).
Vřetenové hlavy portálových frézek se často konstruují jako výměnné, a to v mnoha
variantách. Výměna se provádí ručně nebo automaticky, což umožňuje volbu
optimální hlavy pro danou operaci.
Připojení vřetenové hlavy na vřeteník musí být tuhé a přesné a pro tento účel se
využívá spojení Hirthovým ozubením (spojka s čelními zuby).
Pro hlavní pohon se používají nejčastěji elektrovřetena.
Na obrázku jsou některé z nabízených vřetenových hlav výrobce portálových a
stolových frézovacích center Zimmerman. Pro všechny frézovací hlavy dodává
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 41 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
výrobce výměnná vřetena (hrubovací, dokončovací a univerzální), která lze mezi
sebou vyměňovat. Vřetenová hlava M3 ABC má 3 řízené osy.
6.3 Portálové frézky
Rovinné frézky jsou určeny pro obrábění obrobků velkých rozměrů. Staví se pro šířky
stolu od 800 mm do 4000 mm (u portálových až 24m), často jsou řešeny
stavebnicově a mají CNC řízení. Rovinné frézky se vyznačují velkým výkonem a při
dokončovacích operacích se jimi dosahuje vysoké geometrické přesnosti obrobených
ploch. Z těchto důvodů se dnes místo hoblovek používají tyto stroje.
Rovinné frézky se dělí na portálové (spodní gántry, horní gántry) a rovinné frézky s
pohyblivým stolem.
Portálové frézky jsou nejčastěji používané. Jsou vhodné pro obrábění zvlášť velkých
(zejména dlouhých) obrobků. Základním prvkem portálových frézek je posuvný
portál, který vykonává pracovní posuv. Na portále je umístěn vřeteník osazený
vřetenovou hlavou. Obrobek je upnut na pevný nepohyblivý stůl, což umožňuje lepší
manipulaci s rozměrnými obrobky. Stoly jsou dodávány v délkách 4000 až 16000 mm
a bývají modulární koncepce, která je u nadměrně velkých strojů nezbytná. Výhodou
portálových frézek je mimo jiné optimální využití pracovního prostoru s ohledem na
zastavěnou plochu.
Portálové frézky koncepce spodní gántry (viz. obr.) jsou zkonstruovány tak, že
konzolu tvoří 2 pojezdové stojany spojené příčníkem. Oba stojany se pohybují v
bocích stolu. Na příčníku je umístěn vřeteník s vřetenovou hlavou.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 42 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Portálové frézky typu horní gántry (obr.↓) mají na rozdíl od konstrukce spodní gántry
oba stojany nepohyblivé, a to pevně spojeny se stolem. Stojany jsou po celé délce
stolu a tvoří „zdi“. Na nepohyblivých stojanech se pohybuje pojízdný příčník s
pohyblivým vřeteníkem.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 43 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Rovinné frézky s pohyblivým stolem se používají zejména pro frézování svislých
ploch kolmých k upínací ploše čelními frézovacími hlavami. Bývají osazeny otočnou
vřetenovou hlavou. Nejčastěji se používají s výškově přestavitelným vřeteníkem
(obr.→).
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 44 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
7. OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ:
KAPITOLA 1:
1. Definujte pojem CNC obráběcí stroj.
2. Doplňte slovo ve větě:
Všechny informace potřebné pro obrobení součásti jsou u CNC strojů
zaznamenávány ve formě řady ………………….. znaků.
KAPITOLA 2:
1. Rozdělte CNC stroje podle počtu prováděných operací.
2. Rozdělte CNC stroje podle druhu prováděné práce.
3. Definujte pojem obráběcí centrum.
KAPITOLA 3:
1. Popište následující části stroje a uveďte, k čemu se používají:
- vřeteník
- lože
- suport
2. Popište části stroje na obrázku
3. Vyjmenujte materiály používané na rámy obráběcích strojů.
4. Jaké výhody a nevýhody má litina při použití na rámy obráběcích strojů?
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 45 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
5. Jaké výhody a nevýhody má vysokopevnostní beton při použití na rámy
obráběcích strojů?
6. Proč se musí vřetenová ložiska vydatně mazat?
7. Popište obrázek, jaké jsou přednosti tohoto
vedení?
8. Jaký je rozdíl mezi hydrodynamickým a hydrostatickým kluzným vedením?
Vyjmenujte výhody a nevýhody obou uvedených metod.
9. Vyjmenujte výhody a nevýhody valivého vedení.
10. Doplňte slovo ve větě:
Pro odměřování polohy se používají ………. polohy, které jsou jejich nejdůležitější
součástí, protože se podílejí na výsledné přesnosti polohování obráběcího stroje.
11. Jaký je rozdíl mezi přímým a nepřímým odměřováním polohy?
KAPITOLA 4:
1. K čemu se používají soustružnické obráběcí stroje?
2. Uveďte, o jaký typ soustruhu se jedná a popište jeho základní části.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 46 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
3. Doplňte slovo ve větě:
Pro soustružnické stroje je charakteristický hlavní řezný pohyb dosahovaný rotací
…………...
KAPITOLA 5:
1. Co znamená pojem multifunkční obráběcí stroj?
KAPITOLA 6:
1. K jakým technologickým operacím se nejčastěji používají frézky?
2. Vyjmenujte druhy frézovacích strojů (obecně).
3. Jaký je rozdíl mezi konzolovou a stolovou frézkou?
4. Na jaké obrobky se používají portálové frézky?
5. Popište obrázek:
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost 47 Název projektu: Sbližování teorie s praxí
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
[1] MAREK, J. Konstrukce CNC obráběcích strojů. Praha: MM publishing, s.r.o,
2010. 420 s. ISBN 978-80-254-7980-3.
[2] DILLINGER, J. Moderní strojírenství pro školu i praxi. Brno: CENTA,
spol.s.r.o., 2007. 612 s. ISBN 978-80-86706-19-1.
[3] ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje. Praha: BEN – technická literatura, 2008.
127 s. ISBN 978-80-7300-207-7.
[4] KOLAJA, J. Lineární posuvové soustavy. Bakalářská práce. Brno: VUT
v Brně, FSI, 2008. 60 s.
[5] BAŠEK, O. Deskripce vodorovných soustružnických strojů. Bakalářská
práce. Brno: VUT v Brně, FSI, 2008. 37 s.
[6] VYPLAŠIL, J. Návrh horizontální výměnné hlavy VA1-C. Diplomová práce.
Brno: VUT v Brně, FSI, 2011. 94 s.
[7] MAREK, J. Soubor přednášek. CD nosič. Hulín 2010
[8] webové stránky firem vyrábějících a dovážejících obráběcí stroje, www
stránky odborných časopisů: www.toshulin.cz, www.vtlblansko.cz,
www.mmspektrum.com, www.tajmac-zps.cz, www.newtech.cz.