Modul: Moderní konstrukní řešení CNC strojů · Střední odborná škola technická Uherské...

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



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



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.



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



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.



Obr. Popis konstrukčních částí obráběcích strojů

Obr. CNC soustruh a jeho funkční jednotky



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



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



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



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.



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



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.



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



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



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).



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



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



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



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.



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:



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



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.



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



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



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.)



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



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:



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.



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



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.



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.



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



- 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



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.



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



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.



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.



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



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



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



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.



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.



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.→).



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?



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.


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.




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:



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.

http://www.toshulin.cz/

http://www.vtlblansko.cz/

http://www.mmspektrum.com/

http://www.tajmac-zps.cz/

http://www.newtech.cz/

Date post:	28-Jul-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

Modul: Moderní konstrukní řešení CNC strojů · Střední odborná škola technická Uherské...

Documents