Nástroje pro éru digitálního obrábění

Letošní rok může pro výrobce nástrojů přinést nové šance: V současném období se podle analytiků německého sdružení VDMA očekává nárůst investic u výrobců vozidlových motorů a strojírenských podniků, což by mohlo přinést výrobcům nástrojů zvýšení obratu až o 4 % a oživit situaci v odvětví. Požadavky na nástroje pravděpodobně porostou, a neochota řady těchto společností investovat, která charakterizovala předchozí roky a postihla v průmyslu zejména výrobce upínacího nářadí, se v tomto období zřejmě výrazně zmenší. To však zároveň přináší i nové výzvy.

Nové nástroje pro nové materiály
Vedle tradičních standardních materiálů, jako jsou ocel, hliník apod. i jejich náročnějších alternativ (např. nástrojových a nerezavějících ocelí) a jejich obrábění s použitím standardních monolitických nástrojů se stále více začínají uplatňovat a prosazovat i různé speciální materiály, jako např. nyní populární kompozity či titan, které se ovšem řadí do kategorie tzv. zvlášť těžkoobrobitelných materiálů (např. pro svoji tvrdost či složení z vrstev různých vlastností), jako např. plasty vyztužené skelným či uhlíkovým vláknem, tzv. GFRP a CFRP (glass/carbon fibre reinforced plastics), titan, aramid, měkká pěna, plasty a CFRP - kovové vícevrstvé kompozity.  Tzv. lehké materiály, které byly kdysi téměř výhradní doménou hi-tech produktů, využívá stále více aplikací, zejména tam, kde je kladen důraz na snižování hmotnosti a konzistentní stabilitu. Produkty s lehkou konstrukcí, zejména kompozity vyztužené skelnými a uhlíkovými vlákny a systémy tzv. multimateriálů (CFRP - kovové vícevrstvé kompozity) se stávají čím dál víc běžnější v automobilovém průmyslu, tzv. lehký design hraje klíčovou roli při zavádění elektromobilů, rozvoji větrné energetiky apod. 
Na tyto materiály už běžné nástroje nestačí a vývoj si proto vynutil nasazení tomu odpovídající speciální řešení, která umožňují problémy a bariéry spojené s obráběním těchto materiálů nové generace překonat. Klasickým příkladem je právě obrábění titanu, které vedlo ke vzniku celé nové skupiny nástrojů schopných zpracovávat tento typ materiálu a obrábět jej s vysokou produktivitou a efektivitou.
Příkladem mohou být třeba moderní lehké materiály používané např. v leteckém a kosmickém průmyslu či při výrobě větrných elektráren. Při výrobě kompozitního dílu pro rotor zůstávají na hranách rotorového listu v počáteční fázi přebytečné stopy pryskyřice, které je nutno odstranit, takže speciálně pro tuto operaci byla vyvinuta kotoučová fréza s vyměnitelnými břity se speciálním PKD (polykrystalický diamant) povlakem (brání přehřívání materiálu GFRP) určená pro obrábění kompozitních materiálů. Při konstrukci nástroje je důraz kladen na zamezení delaminace, tvorby otřepů nebo přesahujících vláken a PKD břity nebo speciální diamantový povlak tvrdokovových nástrojů poskytují dlouhou životnost nástrojů i v extremně abrazivních materiálech.
Také pokrok v oblasti vysokorychlostního obrábění, obrábění kalených materiálů a obrábění bez chlazení si vyžádaly výrazné inovace v nástrojové oblasti, např. v podobě moderních nástrojů pro obrábění kovů vyměnitelnými břitovými destičkami (VBD), zejména z povlakovaných slinutých karbidů.
Na druhou stranu zde působí významné ekonomické faktory, jako např. v posledních letech stále rostoucí cena karbidů, které si vyžádaly konstrukční změny. Ty vedou ke stálému zlepšováním výkonových parametrů nástrojů, a nabízejí významné zvýšení jejich životnosti, takže zvládnou delší provozní časy a není nutné tak často investovat do pořizování nových, drahých nástrojů.
K významným trendům poslední doby proto patří výkonné systémy vícebřitých nástrojů s výměnnými destičkami. Díky vyladěné geometrii a moderním povlakovým materiálům jsou schopné výrazně lepších výkonů v oblasti klasického i vysokorychlostního obrábění, které má navíc svá specifika. Jejich vyšší cena je bohatě kompenzována výkonovými parametry, delší životností a kvalitou povrchu dosahovanou při obrábění díky špičkovým materiálům a technologiím používaným při jejich výrobě.

Na přesnosti (a rychlosti) záleží
Digitalizační éra si žádá své, a standardním vybavením moderních konvenčních obráběcích strojů (a zásadním modernizačním prvkem těch starších) jsou proto systémy odměřování polohy, umožňující precizní určení polohy nástroje v jednotlivých osách - u moderních zařízení pracují až s mikrometrovou přesností. To má značný význam i z pohledu opotřebení nástroje, protože odměřovací systém je schopen tyto chyby a nepřesnosti při obráběcím procesu automaticky spolehlivě eliminovat. Systémy odměřování polohy jsou kromě své základní funkce zobrazování polohových dat vybaveny paměťovými a výpočetními funkcemi, které ulehčují a zpříjemňují práci obsluze stroje, zejména při odečítání rozměrů z výkresu.
Přímý vliv na produktivitu - jedno z hlavních zaklínadel dnešní doby - má i rychlost výměny nástrojů. Logicky proto věnují výrobci obráběcích strojů ve spolupráci s výrobci nástrojů této oblasti mimořádnou pozornost.

V hlavní roli vývoj – a zákazníci…
Spolupráce výrobců nástrojů s výrobci obráběcích strojů zahrnuje i vývoj, kdy se obě strany snaží vytvořit řešení co nejlépe odpovídající novým trendům a požadavkům – kromě úzké spolupráce při vývoji pořádají často i společné workshopy a semináře pro uživatele, kde prezentují jejich výhody, a naopak mohou získat zpětnou vazbu v podobě cenných poznatků z praktického provozního nasazení, které mají ve vývoji významnou roli.
Vývojová střediska, která jsou obvykle doménou (a stěžejní výhodou) velkých významných firem, jako je např. Iscar či Sandvik Coromant, sledují trendy v různých průmyslových odvětvích a jejich požadavky, ale snaží se na ně reagovat jak vlastním vývojem, tak přímou spoluprací s výrobci (typické např. v automobilovém či leteckém průmyslu), kdy se na vývoji nástrojů podílejí odborníci obou stran.
V některých případech jsou nástroje vyvíjeny zakázkově speciálně přímo na základě zadání konkrétního uživatele, pro konkrétní určení.
Vývoj nástrojů je spojen s vývojovými trendy strojů, na nichž jsou používány. To v současné době typicky dokumentuje trend multifunkčních, univerzálnějších zařízení, který kopírují i nástroje. Moderní frézovací centra jsou např. funkčně přizpůsobena i pro soustružení (stroje typu turn mill nebo mill turn) a díky rozvoji CAM  systémů jsou stále běžnější výkonné 5osé stroje. Tyto nové trendy se odrážejí i v nových požadavcích na nástrojové vybavení (a jeho možnosti), k jehož charakteristickým rysům patří mj. zvýšení flexibility, menší počet strojů/strojních zařízení potřebných pro dokončení součásti, možnost využití větší délky nástrojů, menší hloubky řezů apod.
K zajímavým novým trendům patří i nástroje nabízející nové možnosti pro výrobu ozubení na univerzálnějších strojích, vhodné pro menší a středně velké výrobní série, kde by nebylo ekonomické pořizovat konvenční specializované, nezřídka i jednoúčelové stroje, jako jsou třeba dedikované profilové frézy apod. Tato řešení představila na svých strojích např. Okuma.
Stejně tak se objevují i řešení v podobě kombinace různých nástrojů a systémů, jako je např. řešení, s nímž přišla firma WTO v podobě systému QuickFlex. Jde o poháněný držák nástrojů kombinující výhody upínací ER kleštiny a rychlovýměnného systému.

Malé je hezké – ale náročné
Kapitolou sui generis jsou speciální nástroje pro obrábění velmi malých součástí, vyžadovaných s pokračujícím postupem miniaturizačního trendu u řady systémů. Zde jsou kladeny na přesnost skutečně extrémní požadavky a pro tuto skupinu nástrojů se postupně etablovala poměrně úzká skupina výrobců, schopných tyto náročné parametry zvládnout. Příkladem je např. firma Schunk se systémem polygonálního upínání Tribos, případně jeho variantou Tribos Mini. Charakteristickými faktory, s nimiž se dodavatelé těchto zařízení musejí zdárně vyrovnat,  jsou jemné nástroje, vysoké otáčky vřetena i citlivost na jakékoli sebemenší nepřesnosti, které může způsobit třeba nečistota v upínači, a požadavky na tepelnou stabilitu zamezující změnu rozměrů a tím i odchylkám v přesnosti. Nástroje této kategorie pro precizní obrábění s vysokou přesností nejsou sice zpravidla levnou záležitostí, ale vzhledem k nekompromisním požadavkům na kvalitu se v tomto segmentu skutečně šetřit nevyplácí.

Drahé vs. levné nástroje
Podstatným faktorem, který ovlivňuje efektivitu výroby, je rovněž návrh a výběr nástroje podle konkrétního typu stroje a aplikace. Pomocí optimalizace a volby nejvhodnějšího nástroje pro daný cíl lze ušetřit, jak významné procento výrobního času, tak energie a tím samozřejmě i nákladů. S tím souvisí i volba a výběr optimalizačních metod, od postupného až po komplexní optimalizaci, či optimalizaci s monitorováním obráběcího procesu, která umožňuje využití ještě pokročilejšího řešení v podobě tzv. adaptivní optimalizace reagující na případné měnící se podmínky výrobního procesu. Neodmyslitelnou pomůckou pro to je výkonný specializovaný software a pokročilé simulace, které se samozřejmě využívají i při vývoji a konstrukci nástrojů jako takových, včetně jejich odladění pro příslušnou aplikaci.
V neposlední řadě zároveň s nástupem nové generace nástrojů roste i význam servisního zázemí a služeb, zejména pokud jde o údržbu, či poradenství pro jejich využívání k dosažení optimálních výsledků či vyšší produktivity. I v tom je silná stránka tradičních výrobců, kteří mohou nabízet řadu služeb jako bonus zdarma či v rámci různých produktových balíčků, vzhledem k tomu, že své nástroje a jejich možnosti znají nejlépe. I když jim začínají zdatně sekundovat specializované firmy zaměřené právě na tuto oblast, které se však nezřídka stávají i jejich certifikovanými partnery (např. v podobě autorizovaných partnerů, servisních středisek apod.). Ve finále by z toho měli profitovat uživatelé a zákazníci - tedy aspoň ti, kteří si uvědomují, že zdánlivá láce a úspory, které získají použitím neznačkových či méně jakostních produktů nemusí být v konečném součtu např. právě kvůli menší spolehlivosti, a náročnějším či někdy i nemožným opravám takovou výhrou…
/red/
 

Publikováno: 30. 3. 2015 | Počet zobrazení: 2324 548