VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚBRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE

FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERINGINSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

NÁVRH ZPŮSOBU VÝROBY NÁSTROJE A JEHOOSTŘENÍ NA CNC BRUSCE WALTER

MODE OF PRODUCTION DESIGN OF A GIVEN TOOL AND ITS SHARPENING ON A CNCGRINDER WALTER

BAKALÁŘSKÁ PRÁCEBACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE TOMÁŠ SMÍTALAUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. MILAN KALIVODASUPERVISOR

BRNO 2011

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Ústav strojírenské technologieAkademický rok: 2010/2011

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

student(ka): Tomáš Smítal

který/která studuje v bakalářském studijním programu

obor: Strojní inženýrství (2301R016)

Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním azkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce:

Návrh způsobu výroby nástroje a jeho ostření na CNC brusce Walter

v anglickém jazyce:

Mode of production design of a given tool and its sharpening on a CNC grinder Walter

Stručná charakteristika problematiky úkolu:

Uvedení výrobního stroje (parametry, software). Představení vzorku nástroje (geometrie ostří,materiál). Stanovení procesu technologie (včetně sady brousicích kotoučů a řezných podmínek).Ověření návrhu simulací na stroji (komentář ke kolizním situacím). Fyzické provedení naostřenívzorku. Proměření vzorku, doložení měřicího protokolu.

Cíle bakalářské práce:

Bližší pohled do problematiky ostření nástrojů na CNC brusce. Znalost vhodnosti nástroje kzamýšlenému obrábění budoucího obrobku. Zvládnutí procesu ostření na vzorku nástroje.Vyhodnocení naměřených veličin.

Seznam odborné literatury:

1. CIHLÁŘOVÁ, P., HILL, M. and PÍŠKA, M. Fundamentals of CNC Machining. [online].Dostupné na World Wide Web: <http://cnc.fme.vutbr.cz>.2. KOCMAN, K. a PROKOP, J. Technologie obrábění. 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelstvíCERM, 2001. 270 s. ISBN 80-214-1996-2.3. ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje a jejich programování. 1. vyd. Praha: Technická literaturaBEN, 2007. 128 s. ISBN 978-80-7300-207-7.4. AB SANDVIK COROMANT - SANDVIK CZ s.r.o. Příručka obrábění - Kniha pro praktiky.Přel. M. Kudela. 1. vyd. Praha: Scientia s.r.o., 1997. 857 s. Přel. z: Modern Metal Cutting - APractical Handbook. ISBN 91-972299-4-6.5. HUMÁR, A. Materiály pro řezné nástroje. 1. vyd. Praha: MM publishing s. r. o., 2008. 240 s.ISBN 978-80-254-2250-2.6. KOCMAN, K. Speciální technologie obrábění. 3. vyd. Brno: VUT v Brně, Akademickénakladatelství CERM, 2004. 230 s. ISBN 80-214-2562-8.

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Milan Kalivoda

Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2010/2011.

V Brně, dne 24.11.2010

L.S.

_______________________________ _______________________________prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc.

Ředitel ústavu Děkan fakulty

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 5

ABSTRAKT

Cílem této bakalářské práce je přiblížit problematiku výroby a ostření

nástroje na CNC nástrojové brusce Walter. Práce obsahuje stručný popis

výrobního a měřicího zařízení, návrh nástroje a jeho použití. Dále je provedena

volba sady brousicích kotoučů a řezných podmínek. Význačnou součástí práce

je experiment, kde je provedeno vybroušení nástroje a proměření jeho parame-

trů.

Klíčová slova

Výroba nástroje, CNC nástrojová bruska, měřicí zařízení, sada brousi-

cích kotoučů, experiment.

ABSTRACT

The aim of this Bachelor thesis is to explain the production and sharpe-

ning issues of tools for Walter CNC tool grinder. This thesis contains a brief

description of the manufacturing and measuring machine, tool design and its

usage. Furthermore, a selection of grinding wheels is performed including their

cutting conditions. A part of the thesis presents actual grinding of the tool and

measuring its parameters.

Key words

Production of tool, CNC tool grinder, measuring machine, set of grin-

ding wheels, experiment.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

SMÍTAL, T. Návrh způsobu výroby nástroje a jeho ostření na CNC brusce

Walter. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství,

2011. 33 s. 2 přílohy. Vedoucí bakalářské práce Ing. Milan Kalivoda.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 6

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Návrh způsobu výroby

nástroje a jeho ostření na CNC brusce Walter vypracoval samostatně

a použité zdroje jsem uvedl do seznamu literatury.

V Brně dne 27. 4. 2011 ………………………………….

Tomáš Smítal

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 7

Poděkování

Děkuji tímto společnosti Honeywell Aerospace Olomouc za poskytnutí

zázemí, Ing. Martinu Bielikovi a Radovanu Provazovi z Honeywell Olomouc

za cenné rady a připomínky při vypracování bakalářské práce. Dále děkuji

vedoucímu práce Ing. Milanu Kalivodovi z VUT Brno a své rodině za podporu

při studiu.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 9

OBSAH

Abstrakt ............................................................................................................. 5

Prohlášení ......................................................................................................... 6

Poděkování ....................................................................................................... 7

Obsah ............................................................................................................... 9

Úvod ............................................................................................................... 10

1 VÝROBNÍ STROJ ....................................................................................... 11

1.1 Varianta výrobního stroje ........................................................................ 11

1.2 Hlavní technická data ............................................................................. 12

1.3 Software ................................................................................................. 13

2 MĚŘICÍ ZAŘÍZENÍ ...................................................................................... 15

2.1 Varianta měřicího zařízení ...................................................................... 15

2.2 Hlavní technická data ............................................................................. 17

3 NÁSTROJ ................................................................................................... 18

3.1 Geometrie nástroje ................................................................................. 18

3.2 Materiál nástroje a polotovar .................................................................. 18

3.3 Použití nástroje ....................................................................................... 19

4 SADA BROUSICÍCH KOTOUČŮ ................................................................ 20

4.1 Materiál a tvary brousicích kotoučů ........................................................ 20

4.2 Sestavení sady brousicích kotoučů ........................................................ 21

5 ŘEZNÉ PODMÍNKY A PROSTŘEDÍ .......................................................... 22

6 SIMULACE BROUŠENÍ .............................................................................. 23

7 POSTUP PŘI VÝROBĚ NÁSTROJE .......................................................... 24

8 PROMĚŘENÍ NÁSTROJE .......................................................................... 26

8.1 Princip měření ........................................................................................ 26

8.2 Vyhodnocení naměřených hodnot .......................................................... 27

9 PŘEOSTŘENÍ NÁSTROJE ........................................................................ 28

Závěr ............................................................................................................... 29

Resumé .......................................................................................................... 30

Seznam použitých zdrojů ................................................................................ 31

Seznam použitých zkratek a symbolů ............................................................. 32

Seznam příloh ................................................................................................. 33

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 10

ÚVOD

Současné trendy v obrábění se ubírají cestou automatizovaných výrob-

ních linek, urychlení dodávek strojírenských výrobků a samozřejmě snížení

všech nákladů spojených s výrobou. Růst kvantity ovšem nesmí probíhat

na úkor kvality. To umožňují moderní výrobní CNC stroje s propracovaným

softwarem, přesné nástroje a fungující logistika.

Výroba nástrojů je samostatný obor, který se rozvíjí ruku v ruce s novými

technologiemi obrábění a je nutno věnovat výrobě a ostření nástrojů patřičnou

pozornost. Většinou je pro zpracování obrobku třískovým obráběním nutný větší

počet nástrojů, které se používáním opotřebovávají, nebo je nutné vyvinout

nové unikátní nástroje z hlediska geometrie. K jejich přeostřování a výrobě

se v současné době používají flexibilní CNC nástrojové brusky, které dokáží

spolupracovat s měřicími stanicemi a vytvořit tak dokonalý nástroj pro konkrétní

aplikaci.

Obr. 1.1 CNC nástrojová bruska Walter Helitronic Basic [1]

Cílem této práce je přiblížit problematiku výroby a ostření nástrojů

pomocí moderní CNC technologie. Důraz je kladen zejména na seznámení

s výrobním a měřicím zařízením. Význačnou část práce tvoří stručný popis kon-

krétního nástroje, sady brousicích kotoučů a také popis úkonů spjatých jak s vý-

robou nástroje, tak i s jeho případným ostřením a měřením.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 11

1 VÝROBNÍ STROJ

Německá společnost Walter Maschinenbau GmbH, sídlící v Tübingenu,

se zabývá vývojem CNC nástrojových brusek a měřicích zařízení. Pobočka

Walter Kuřim s.r.o., která se nachází v České republice, je zaměřena na výrobu

těchto strojů. Walter dodává svoje produkty do celého světa.

Pěti-osé nástrojové brusky Walter jsou vyráběny v různých variantách.

Například Basic, Vision, Micro, Diamond, Power. Bližší informace o jednotlivých

variantách se nachází na webových stránkách [1] nebo v katalogu výrobce.

1.1 Varianta výrobního stroje

Pro tuto práci byla použita varianta Helitronic Basic (obr. 1.1). Přednosti

tohoto stroje spočívají ve flexibilitě, schopnosti tvořit a upravovat velké množství

monolitních rotačně symetrických nástrojů, např. vrtáků, fréz, záhlubníků,

závitníků atd.

Portál stroje je díky větší hmotnosti a extrémní tuhosti odolný vůči vibra-

cím. Brousicí vřeteník se dvěma vřeteny, který se pohybuje vertikálně a hori-

zontálně, dokáže pojmout až šest brousicích kotoučů. Vřeteno stroje, ve kterém

se otáčí upínací trn s obrobkem, je umístěno na otočném stole a obsahuje

pneumatické zařízení pro upínání trnu. Přímé pohony jsou zajištěny digitálními

lineárními motory. Díky automatickému určování polohy a měření obrobku lze

rychle zjistit jeho polohu v pracovním prostoru a parametry. Samozřejmostí je

integrovaný ovládací pult s barevným monitorem. Stroj funguje na bázi

operačního systému FANUC 310i a je vybaven mnoha nástroji pro přenos

a uchovávání dat. Tato varianta stroje není opatřena zásobníkem a podavačem

nástrojů, proto se nehodí k sériové výrobě ani hromadnému ostření nástrojů.

Stroj musí splňovat přísné bezpečnostní předpisy, a proto je vybaven

množstvím bezpečnostních prvků, kterými jsou například kryty stroje, hlavní

a bezpečnostní vypínače a hasicí zařízení. Pro chod stroje jsou nezbytná další

zařízení, a to filtrační, chladicí, mazací a odlučovač výparů.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 12

Obr 1.2 Pracovní prostor stroje s označením os

1.2 Hlavní technická data

Parametry stroje jsou uvedeny v tabulkách 1.1 a 1.2 a rozměry stroje

jsou znázorněny v obrázku 1.4.

Tab. 1.1 Pracovní rozsah [2]

Max. průměr broušení [mm] 320

Mаx. délka obrobku pro vnější broušení [mm] 350

Max. délka obrobku pro čelní broušení [mm] 280

Pohyb v ose X [mm] 460

Pohyb v ose Y [mm] 320

Pohyb v ose Z [mm] 660

Max. hmotnost obrobku [kg] 20

Rychloposuv X/Y/Z [m.min-1] 15

Otočný stůl osa C ± [°] 200

Přesnost lineárního rozlišení [mm] 0,0001

Přesnost radiálního rozlišení [°] 0,000

-Y+

- Z +

- A

X +

-

+ C

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 13

Tab. 1.2 Brousicí vřeteník se dvěma vřeteny [2]

Průměr vřetena [mm] 70

Max. průměr brousicího kotouče [mm] 150

Otáčky brousicího vřetena [min-1] 0 - 8000

Příkon stroje [kVA] 20

a) b) c)

1.3 Software

Všechny CNC nástrojové brusky řady Helitronic mohou být vybaveny

moderním softwarem Helitronic Tool Studio, který disponuje jednoduchostí

a názorností. Především názornost dělá prostředí velmi přátelským pro progra-

mátora i obsluhu stroje. Při různých typech operací (broušení hřbetu, čela,

fazetky nástroje) se broušené plochy zobrazují různými barvami (obr. 1.4). Lze

také vytvořit libovolnou rovinu řezu nástrojem a v této rovině změřit jeho úhly

a délky. Díky integrované 3D simulaci jsou změny vstupních dat okamžitě

viditelné na modelu před začátkem broušení i během něj. (obr. 1.5). V softwaru

je zabudováno také sledování případných kolizních situací, což vylučuje nebez-

pečí poškození stroje nebo obráběné součásti kolizí pohyblivých částí stroje.

Samozřejmostí je také možnost vytvoření výkresu broušeného nástroje.

Software obsahuje také editor sad brusných kotoučů. V základní výbavě stroje

je zahrnuta pouze zjednodušená verze a výše popisované Tool Studio lze

získat za příplatek.

Obr. 1.3 Rozměry stroje [mm]: a) pohled z boku, b) pohled zepředu, c) pohled shora [2]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 14

Obr. 1.4 Náhled na model broušeného nástroje s barevným rozlišením broušených

ploch v Helitronic Tool Studio

Obr. 1.5 Simulace broušení nástroje v Helitronic Tool Studio [1]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 15

2 MĚŘICÍ ZAŘÍZENÍ

Univerzální měřicí zařízení Walter disponují technologií automatického

bezkontaktního měření rotačních nástrojů všech typů geometrií a brousicích

kotoučů. Jsou vyvinuty pro úzkou spolupráci s nástrojovými bruskami Walter.

Obr. 2.1 Bezdotykové měřicí zařízení Walter Helicheck Basic [1]

Podobně jako nástrojové brusky Walter jsou i měřicí zařízení vyráběna

v několika provedeních. Například Plus, Pro, Basic. Bližší informace o jednotli-

vých variantách se nachází na webových stránkách [1] nebo v katalogu

výrobce.

2.1 Varianta měřicího zařízení

Pro tuto práci bylo využito čtyř-osé měřicí zařízení Walter Helicheck

Basic (obr. 2.1).

Základ stroje tvoří žulová deska. Díky ní je měření nezávislé na teplot-

ních výchylkách a případném chvění. Vřeteno pro upínání měřených součástí

pojme různé tvary upínacích stopek. Optická část neobsahuje žádné pohyblivé

části, což zaručuje vysokou stabilitu a přesnost měření (obr. 2.2 a 2.3). Stroj

disponuje funkcí autofokus, tzn. odjíždí kamerou automaticky do zaostřené

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 16

polohy. Tím dokáže přesně změřit vzdálenosti a hloubky, jejichž velikosti se ne-

dají přesně rozeznat.

Obr. 2.2 Optika měřicího zařízení

Obr. 2.3 Poloha nástroje při měření [3]

Obr. 2.4 Měření parametrů brousicích kotoučů [3]

osvětlení kruhovým světlem - boční

kamera pro dopadající světlo - boční

měřený nástroj v upínači

osvětlení procházejícím světlem

kamera pro procházející světlo

osvětlení a objektiv - čelní (zespodu)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 17

2.2 Hlavní technická data

Parametry měřicího zařízení jsou uvedeny v tabulce 2.1 a jeho rozměry

jsou znázorněny v obrázku 2.2.

Tab. 2.1 Vybrané parametry [3]

Osa X [mm] 270

Osa Y [mm] 455

Osa Z [mm] 325

Osa A [°] 360

Maximální průměr měřeného dílu [mm] 320

Maximální délka měřeného dílu [mm] 420

Max. hmotnost měřeného dílu [kg] 25

Měření průměru - opakovatelná přesnost [m] ≤ 1,5

Měření délek - opakovatelná přesnost [m] ≤ 1,5

Rozlišení polohování pro všechny lineární osy [m] 0,05

Měřicí rozlišení [m] 0,25

a) b) c)

- X +

+ Z

-

- Y +

+ A

Obr. 2.5 Rozměry měřicího zařízení [mm] s naznačením os: a) pohled z boku, b) pohled zepředu, c) pohled shora [3]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 18

3 NÁSTROJ

Některé parametry navrhovaného nástroje jsou zvoleny z katalogu mo-

nolitních fréz [4] společnosti Seco Tools AB, která se zabývá vývojem a výrobou

značného množství druhů nástrojů určených k třískovému obrábění. Pojem

nástroj tedy bude v dalších kapitolách představovat monolitní frézu.

3.1 Geometrie nástroje

Upínací část, neboli stopka, navrhované frézy je válcová. Průměr řezné

části se shoduje s průměrem stopky. Navrhovaná fréza je pravořezná se čtyřmi

břity v pravé šroubovici, určená pro frézování drážek. Ostří bude tedy jak na če-

le nástroje, tak i na válcové ploše. Dva z břitů nástroje zasahují až do jeho

středu. Pro lepší představu uvedeno schéma (obr. 3.1) se základními navrže-

nými parametry. Všechny výše uvedené parametry se zadávají do softwaru

stroje pomocí jednoduchého průvodce.

Obr. 3.1 Schéma frézy s některými navrženými rozměry v mm

3.2 Materiál nástroje a polotovar

Monolitní frézy bývají vyráběny z nástrojových a rychlořezných ocelí,

řezné keramiky nebo ze slinutých karbidů (WC, TiC, TaC, NbC s pojivem Co)

atd. V současné době jsou hojně používané slinuté karbidy (dále jen SK).

A to pro výrobu jak monolitních nástrojů menších rozměrů, tak i vyměnitelných

břitových destiček. Proto je tento materiál zvolen ke zhotovení navržené frézy.

Označení materiálu nástroje HW - K01 podle ISO 513 (22 0801) udává

jeho složení a vhodnost k zamýšlenému obrábění různých druhů materiálů.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 19

Konkrétně symboly HW značí, že se jedná o nepovlakované SK na bázi karbidu

wolframu WC. Symbol K udává oblast použití SK v závislosti na svém složení.

Symboly 01 blíže specifikují oblast použití SK. Složení a mechanické vlastnosti

výše uvedeného materiálu udává tabulka 3.1.

Tab. 3.1 Složení a mechanické vlastnosti slinutých karbidů K01 [5, s. 62]

Polotovary pro výrobu monolitních nástrojů se vyrábějí v podobě tyčí

o tolerovaném průměru. Polotovar pro navrženou frézu má tedy průměr 10 mm

se stupněm přesnosti 5h a jeho délka je 110 mm.

3.3 Pouţití nástroje

Vzhledem k navržené geometrii je fréza určená primárně pro výrobu

drážek. Může však být použita k opracování menších rovinných ploch.

S ohledem na zvolený materiál je navržený nástroj nejvíce vhodný k obrábění

železných kovů s krátkou třískou a to např. šedé litiny, tvrzené litiny a kalené

oceli. Použití náročných řezných podmínek při obrábění touto frézou je nepří-

pustné.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 20

4 SADA BROUSICÍCH KOTOUČŮ

Při výrobě nebo ostření nástrojů na CNC bruskách jsou používány sady

brousicích kotoučů různých tvarů a materiálů. Jsou sestaveny tak, aby bylo

možné opracovat nástroj bez výměny kotoučů během broušení. Jednotlivé

kotouče se volí s ohledem na broušený materiál a tvar broušených ploch.

4.1 Materiál a tvary brousicích kotoučů

Pro výrobu a ostření nástrojů ze slinutých karbidů jsou přímo určeny

diamantové brousicí kotouče. Základem těchto kotoučů je pracovní část, která

udává tvar kotouče. Na ni jsou naneseny nejčastěji syntetické diamantové práš-

ky s kovovými pojivy (určené především k hrubování) nebo pryskyřičnými pojivy

(určené k polohrubovacímu a dokončovacímu broušení). Pro výrobu navržené-

ho nástroje se jako vhodnější varianta jeví použití diamantových brousicích

kotoučů s pryskyřičným pojivem. Brousicí kotouče bývají upnuty na vlastních

upínacích trnech a po celou dobu životnosti se z těchto trnů nesnímají, aby byla

omezena radiální a axiální házivost.

K vybroušení čelní plochy na obvodu nástroje se používá obvodový

brousicí kotouč s označením 1A1, které udává tvar kotouče (obr. 4.1).

Obr. 4.1 Obvodový brousicí kotouč [6]

K vybroušení ostrých hran a mezer na čele nástroje se používá miskový

brousicí kotouč s označením 12V9 - 45° (obr. 4.2).

Obr. 4.2 Miskový brousicí kotouč 12V9 - 45° [6]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 21

K vybroušení 1. a 2. úhlu hřbetu na obvodu, čele i na sražení nástroje

se používá miskový brousicí kotouč s označením 11V9 - 70° (obr. 4.3).

Obr. 4.3 Miskový brousicí kotouč 11V9 - 70° [6]

4.2 Sestavení sady brousicích kotoučů

Jak je již zmíněno výše, brousicí kotouče se skládají do sad o jednom

až třech kusech. Nejpoužívanější sady jsou již v softwaru stroje přednastaveny

a lze je libovolně upravovat. To znamená měnit brousicí kotouče, ale také

editovat sady nové. K výrobě navrženého nástroje jsou použity dvě sady

nástrojů. Není nutné během broušení sady kotoučů vyměňovat, protože dvě

brousicí vřetena stroje umožňují tyto sady použít zároveň. Schémata upínacích

trnů s brousicími kotouči jsou uvedeny na obrázku 4.4.

Obr. 4.4 Sady brousicích kotoučů

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 22

5 ŘEZNÉ PODMÍNKY A PROSTŘEDÍ

Řezné rychlosti, posuvy a přísuvy se odvozují na základě použitých

brousicích kotoučů. A tedy po editaci, volbě materiálu nástroje a sady brousi-

cích kotoučů si software stroje automaticky stanoví optimální řezné podmínky

pro výrobu navrženého nástroje, které lze ovšem upravovat manuálně. V tabul-

ce 5.1 jsou uvedeny řezné podmínky stanovené softwarem výrobního stroje

pro vybroušení navrženého nástroje.

Tab. 5.1 Řezné podmínky

Operace vc ns Nájezd

Počet průchodů

[m.s-1] [min-1] [%] [-]

Čelo na obvodu 16 3000 100 1

Vybroušení na čele ostré hrany 22 4800 50 1

Vybroušení mezery na čele ostré hrany 24 4800 100 1

2. úhel hřbetu na obvodu 25 7200 100 1

1. úhel hřbetu na obvodu 25 7200 100 1

2. úhel hřbetu čela 25 7200 100 1

1. úhel hřbetu čela 25 7200 100 1

2. úhel hřbetu na sražení 25 7200 100 1

1. úhel hřbetu na sražení 25 7200 100 1

Řezné prostředí má významný vliv na parametry řezného procesu.

Proto je nutné použití procesní kapaliny. Tím se docílí odvodu tepla a také

odstraňování třísek z místa řezu. Zde je podstatné i vyplavování zanesených

pórů brousicího kotouče. Důležité je správné nastavení trysek tak, aby byla

procesní kapalina, která proudí pod tlakem, přiváděna přímo do místa řezu

a tím splnila svůj účel.

Obr. 5.1 Nastavení trysek [2]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 23

6 SIMULACE BROUŠENÍ

Simulace broušení umožňuje shlédnout virtuální výrobu nástroje

a předejít tak případným kolizním situacím, které mohou nastat. Je to poslední

část návrhu výroby nástroje a lze ji s výhodou použít pro kontrolu průběhu

výrobního procesu. Jednotlivé operace a jejich posloupnost lze sledovat na mo-

nitoru počítače, který obsahuje kopii softwaru, nebo přímo na monitoru

ovládacího panelu stroje. Samozřejmostí je libovolné natáčení, přibližování

a oddalování pohledu virtuální kamery, což umožňuje pozorovat průběh výroby

nástroje pod libovolným úhlem a z jakéhokoliv místa. Při simulaci lze zobrazit

celý stroj (obr. 6.1) nebo jen brousicí kotouč s barevně označenou činnou

plochou a nástroj se stejně barevně označenou broušenou plochou. Pro bez-

pečnější ověření kolizí je zde přímo zabudovaná funkce, kdy počítač sám

prověří průběh výroby nástroje a případné kolize zobrazí graficky.

Simulace výroby nástroje, který byl navržen v kapitole 3, proběhla

v pořádku. Nebyly zjištěny žádné kolize brousicího kotouče s ostatními částmi

stroje a zároveň proběhla volba optimálního vyložení polotovaru. Je tedy možné

bez obav přejít do poslední fáze a tou je výroba nástroje.

Obr. 6.1 Simulace výroby nástroje při úplném zobrazení

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 24

7 POSTUP PŘI VÝROBĚ NÁSTROJE

Jakmile jsou polotovar, brousicí kotouče a řídicí program připraveny

k použití, vlastní výroba frézy proběhne v těchto krocích:

1) Vloţení polotovaru do upínacího trnu

Polotovar (tyčinka) ze slinutého karbidu o daných rozměrech se vloží do

upínacího trnu ve vřetenu stroje a hydraulicky upne tak, aby vyložení polo-

tovaru nebylo příliš velké z důvodu vzniku značného ohybového momentu

při broušení.

2) Uzavření krytu pracovního prostoru stroje

Předpokládá se, že sady brousicích kotoučů jsou již upnuty v brousicích

vřetenech, jejich parametry zapsány v řídicím programu a trysky pro pro-

cesní kapalinu správně seřízeny. Kryt pracovního prostoru se manuálně za-

vře a elektronicky uzamkne.

3) Spuštění řídicího programu

Vřeteník se z nulového bodu stroje automaticky přemístí k upnutému polo-

tovaru a pomocí měřicího senzoru (obr. 7.1), který je součástí brousicího

vřeteníku, přenese do počítače informace o jeho přesné poloze vůči brousi-

cím kotoučům. Následuje spuštění otáček brousicího vřetene a proudění

procesní kapaliny.

Obr. 7.1 Detail měřicího senzoru [2]

4) Výroba nástroje

Stroj se nachází v plně automatickém režimu, kdy dochází k vlastní výrobě

nástroje. Průběh broušení lze sledovat přes průhledný kryt pracovního

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 25

prostoru nebo na monitoru ovládacího panelu. Informace, uvedené na ovlá-

dacím panelu stroje, udávají skutečné hodnoty otáček brousicího vřetene,

řezné rychlosti, rychlosti posuvu kotoučů, polohu v souřadném systému,

aktuální operaci, čas od začátku broušení, čas do konce broušení a další

informace (obr. 7.2).

5) Konec broušení

Brousicí vřeteník se automaticky vrátí do výchozí polohy a řídicí program

ukončí činnost stroje. Kryt pracovního prostoru stroje lze bez obav otevřít

a hotový nástroj vyjmout z upínacího trnu. Fotografická dokumentace hoto-

vého nástroje je uvedena v příloze 1.

Obr. 7.2 Informace na monitoru ovládacího panelu při broušení

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 26

8 PROMĚŘENÍ NÁSTROJE

Pokud se proměřuje nástroj bezprostředně po dokončení jeho výroby,

je nutné z brousicího vřetena stroje vyjmout celý upínací trn, přičemž hotový

nástroj v tomto trnu zůstává stále upnutý. Důvodem je, že při vyjmutí a opětov-

ném upnutí nástroje už není možné změřit jeho parametry zcela přesně,

protože dojde k určitému vychýlení oproti původní poloze.

8.1 Princip měření

Měření nově vyrobeného nebo přeostřeného nástroje probíhá v několi-

ka krocích:

1) Odstranění nečistot z povrchu nástroje

Na povrchu nástroje ulpívají nečistoty v podobě pevných částeček a zbytky

procesní kapaliny. Tyto nečistoty je nezbytné před měřením odstranit.

2) Vloţení upínacího trnu s nástrojem do vřetena měřicího stroje

Konstrukce vřetena měřicího stroje a brousicího stroje je shodná.

3) Volba geometrického prvku pro měření

Měření se může a nemusí provést pro všechny význačné geometrické prvky

nástroje. Měřicí zařízení se ovládá prostřednictvím ovládacího panelu.

4) Vlastní měření

Příčník sjede do úrovně měřeného nástroje a v činnost se uvede optické

zařízení stroje (obr. 2.2, 2.3). Nyní je nutné manuálně určit největší průměr

nástroje pomocí jeho siluety (obr. 8.1) zobrazované na monitoru. Jakmile

je průměr nalezen, měřicí zařízení automaticky dokončí měření zvoleného

parametru. Následně lze pokračovat dalším měřením, nebo tiskem měřicího

protokolu.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 27

Obr. 8.1 Silueta nástroje při určování maximálního průměru

8.2 Vyhodnocení naměřených hodnot

Z měření frézy, která byla navržena v kapitole 3 a následně vyrobena,

byl získán měřicí protokol, jenž je uveden v příloze 2. Obsahuje hodnoty

získané z měření vybraných parametrů frézy.

V měřicím protokolu lze vidět, že například skutečný úhel sražení

nástroje a skutečná délka sražení nástroje se poměrně výrazně liší od hodnot

navržených. Tato skutečnost je způsobena opotřebením brousicích kotoučů.

Protože byl nástroj při měření upnut v upínacím trnu, ve kterém byl také vyro-

ben, je možné trn s nástrojem opět vložit do brousicího vřetena stroje a pomocí

korekcí jej přebrousit. Korekce je úprava rozměru nástroje, pomocí které lze

docílit rozměru požadovaného.

Tomuto lze předcházet tím, že se před výrobou nebo přeostřováním

vloží sady brousicích kotoučů do měřicího zařízení a provede se přesné měření

jejich parametrů (obr. 2.4). Následně se naměřené hodnoty zanesou do softwa-

ru brusky, který pak operuje se skutečnými rozměry brousicích kotoučů.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 28

9 PŘEOSTŘENÍ NÁSTROJE

Přeostření nástroje se provádí podobně jako jeho výroba. Volba brousi-

cích kotoučů a ověření kolizí proběhne i v tomto případě. V softwaru se pro-

střednictvím jednoduchého průvodce zvolí přebroušení nástroje, nikoliv jeho

výroba. Podle druhu nástroje se určí plochy, které budou přebroušeny. U někte-

rých nástrojů se brousí pouze čelní plochy (odchází po nich třísky při obrábění)

z důvodu zachování průměru, nebo plochy hřbetu. Někdy se také brousí

všechny plochy, čímž se nástroj kompletně zmenší o určitou hodnotu.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 29

ZÁVĚR

Nástrojová pěti-osá bruska Walter je velice výkonný stroj pro výrobu

a ostření rotačně symetrických nástrojů k třískovému obrábění. Spolu s měřicím

strojem Walter zajistí vysokou rozměrovou přesnost, jakost povrchu broušené-

ho nástroje a opakovatelnost výroby. Při kusové výrobě nebo ostření různých

druhů nástrojů se jeví popisovaná varianta stroje jako nejvhodnější. V případě

sériové výroby nebo hromadného ostření jednoho druhu nástroje se nabízí

připojit ke stroji i paletový zásobník s podavačem nástrojů. Díky tomu se zkrátí

čas, který je potřebný pro výrobu nebo ostření. Současně se zvýší rychlost celé

operace a činnost obsluhy stroje je omezena pouze na výměnu hotových

nástrojů za nové, určené k broušení. Návrh nástroje prostřednictvím softwaru

Tool Studio lze provést efektivně v několika málo krocích. Výrobní proces

je plně automatický a nevyžaduje zásah obsluhy stroje během broušení.

V experimentální části této práce byl proveden návrh geometrických

parametrů volba materiálu čtyřbřité pravořezné monolitní frézy, která byla

následně vybroušena a proměřena. Nedílnou součástí návrhu je volba brousi-

cích kotoučů a jejich sestavení do sad. Význačnou součástí práce je zjednodu-

šený postup pro výrobu a měření nástroje. Vzorek nástroje, který je hlavním

výstupem experimentu, lze vidět ve fotografické dokumentaci (příloha 1).

Na základě výsledků měření tohoto vzorku, uvedených v měřicím protokolu

(příloha 2), proběhlo vyhodnocení naměřených hodnot.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 30

RESUMÉ

Dnešní vysoce výkonné monolitické nástroje však pouhým vybroušením

nebo přeostřením nejsou pro použití v přesné výrobě naplno využitelné. Proto

se zpravidla finálně dokončují speciálními povlaky, které napomáhají k tomu,

že přesně vybroušené břity jsou tímto povlakem ukryty a získávají další cenné

kvalitativní vlastnosti. Mezi ně patří zejména odolnost proti otěru, lepší odvod

tepla, nebo další zvýšení tvrdosti. To má velký vliv na životnost nástrojů

a v neposlední řadě na jejich využitelnost a produktivitu obrábění. Tato

problematika je velice rozsáhlá a její řešení si žádá stejnou pozornost, jako

vlastní výroba nebo ostření nástrojů.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 31

SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ

1. Walter Maschinenbau GmbH - Tool Grinders, Measuring machines, Soft-

ware [online]. c2006. <http://www.walter-machines.com >.

2. Helitronic Basic [online]. poslední úpravy 29. 8. 2008. [citováno 5. března

2011]. Dostupné na World Wide Web: <http://www.walter-machines.com/

redwork/mediapool/2141839650_29-08-08helitronic_basic_en_100dpi.pdf>.

3. Helicheck Basic 2/ Basic 3 [online]. poslední úpravy 7. 10. 2010. [citováno

5. března 2011]. Dostupné na World Wide Web: < http://www.walter-

machines.com/redwork/mediapool/2141884200_helicheck_basic2-

3+en.pdf>.

4. MN 2008 - JabroTM Solid End Mills [online]. poslední úpravy 5. 9. 2008. [ci-

továno 19. března 2011]. Dostupné na World Wide Web:

<http://www.secotools.com/CorpWeb/Service_Support/machining_navigator

/CEE/Czech/Final_LR_CZ_Jabro.pdf>.

5. KOCMAN, K. a PROKOP, J. Technologie obrábění. 2. vyd. Brno: Akade-

mické nakladatelství CERM, 2005. 270 s. ISBN 80-214-3068-0.

6. Diamantové brusné kotouče│VTN - Servis [online]. [citováno 2. dubna

2011]. < http://www.vtn.cz/ brusne-nastroje-diamantove/>.

7. Walter Helitronic Diamond - Návod k obsluze. Tübingen: Walter Maschinen-

bau GmbH, 2009.

8. Walter Helicheck Basic - Návod k provozu. Tübingen: Walter Maschinenbau

GmbH, 2006.

9. Walter Helitronic Tool Studio - Manuál. Tübingen: Walter Maschinenbau

GmbH.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 32

SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

Zkratka/Symbol

b

CNC

Co

d

D

H

ns

NbC

S

SK

TaC

TiC

Vc

WC

3D

Jednotka Popis

mm šířka činné plochy brousicího kotouče

- Computer Numeric Control - číslicové

řízení počítačem, např. u obráběcích

strojů

- kobalt

mm průměr otvoru pro upnutí brousicího

kotouče

mm vnější průměr brousicího kotouče

mm šířka brousicího kotouče

min-1 otáčky brousicího vřetena

- karbid niobu

mm tloušťka činné plochy brousicího

kotouče

- slinuté karbidy

- karbid tantalu

- karbid titanu

m.s-1 řezná rychlost

- karbid wolframu

- ,,trojrozměrnýʻʻ

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Strana 33

SEZNAM PŘÍLOH

Příloha 1 Pohled na bok nástroje a na čelo nástroje

Příloha 2 Měřicí protokol (v původním formátu A4)

Příloha 1

Pohled na bok nástroje a na čelo nástroje

Příloha 2

Měřicí protokol (v původním formátu A4)