V návaznosti na minulý informativní příklad tohoto odborného čtrnáctideníku, kde bylo uvedeno několik základních symbolů (např.: n, zn, ae, Tc, D), se kterými se můžeme běžně setkat ve vzorcích a schematických obrázcích popisujících technologii třískového obrábění, bude dnes věnována pozornost vysvětlení významu symbolů a jejich aplikaci do matematických vzorců.
Terminologie a jednotky pro technologii frézování
ae [mm] šířka záběru
ap [mm] hloubka řezu
D [mm] průměr řezného nástroje
fn [mm] posuv na otáčku
fz [mm] posuv na zub
kc [N.mm-2] měrná řezná síla
lm [mm] délka obrábění
n [min-1] otáčky vřetene (řezného nástroje)
Pc [kW] čistý řezný výkon
Q [cm3.min-1] velikost úběru materiálu
Tc [min.] doba záběru
vc [m.min-1] řezná rychlost
vf [mm.min-1] posuvová rychlost
zn [ - ] celkový počet zubů řezného nástroje
? [ - ] účinnost
Výpočet řezné rychlosti / otáček řezného nástroje
Například při nedostatečné kvalitě obrobeného povrhu v důsledku tvorby nárůstku vede zvýšení řezné rychlosti (zvýšení otáček) k nárůstu teploty řezu a odstranění tohoto nežádoucího jevu. Zvýšení řezné rychlosti má však negativní vliv na životnost břitů (při poměrně malém zvýšení řezné rychlosti prudce klesá životnost – prudce se rozvíjí opotřebení). Vypnutí procesní (chladicí) kapaliny má obdobné vlivy, a proto lze doporučit změnu vyměnitelných břitových destiček (dále jen VBD) za VBD s pozitivní geometrií nebo s hladkým čelem.
Výpočet posuvové rychlosti
Zvýšení posuvové rychlosti má příznivý vliv na dobu obrábění (součást je obrobena rychleji) a tudíž mnohdy na zvyšování zisku. Může však způsobit vylamování obrobku, které je nutno řešit např. redukcí posuvu na zub. Aplikace frézy s jemnou nebo velmi jemnou roztečí však nabízí možnost použití řezné rychlosti (otáček) bez výše popsaných nežádoucích jevů a přesto dojde ke zvýšení posuvové rychlosti. Ponecháme-li však hodnotu posuvu na zub, musíme počítat s větším počtem zubů v záběru a tím i s nárůstem silového zatížení nástroje/obrobku. Umožní-li operace aplikaci nástroje s úhlem nastavení např. 45° namísto předchozích 90°, pak touto změnou geometrie docílíme snížení tloušťky třísky při zachování hodnoty posuvu na zub a tudíž nám opět poklesnou zatěžující síly. Jistým řešením např. pro rovinné frézování může být i změna polohy frézy tak, aby při výjezdu břitu z materiálu vznikala tenší tříska.
Výpočet velikosti úběru materiálu
Zvyšování velikosti úběru materiálu je klíčové zpravidla pro hrubovací operace. Je zapotřebí minimalizovat vyložení řezného nástroje (snižuje se tím rovněž náchylnost k vibracím), zajistit dostatečně tuhé upnutí obrobku a vytvořit opory proti směru sil působících mezi frézou a obrobkem. Změnu směru působení či změnu silového zatížení můžeme docílit např. aplikací sousledného/nesousledného obrábění. Zvýšení hloubky řezu sice zvýší úběr materiálu, ale projeví se i požadavkem vysokého výkonu stroje (zvýší se působící síly). Stejný vliv má zpravidla i zvýšení šířky záběru či posuvové rychlosti, ale současná aplikace moderních funkcí CNC obráběcích strojů řeší tuto problematiku např. tzv. trochoidním obráběním. Výrazné zvýšení posuvové rychlosti za současného snížení hloubky řezu a případně i šířky záběru je řešeno technologií tzv. vysokoposuvového frézování (HFM nebo HFC – viz akademie č. 13).
Výpočet doby obrábění
Výpočet doby obrábění je zpravidla velmi důležitý pro ekonomické výpočty. Snížení doby obrábění dílce (čas, kdy je obrobek v kontaktu s řezným nástrojem; není zde započítán čas na výměnu řezných nástrojů či doba ustavování polotovaru) zpravidla vede k navýšení počtu vyrobených kusů za časovou jednotku a rozpočítáním hodinové sazby stroje či dalších fixních nákladů na větší počet vyrobených součástí za časovou jednotku dosahujeme nižších výrobních nákladů na jeden kus.
Výpočet čistého výkonu
Narazíme-li na problém s nedostatečným výkonem obráběcího centra, bývá primárním řešením redukce řezné rychlosti, která dále zvýší životnost břitu řezného nástroje, ale prodlouží dobu obrábění. Jistým řešením však může být i např. změna rozteče zubů frézovacího nástroje (použijeme tzv. hrubou rozteč), která vede ke zmenšení počtu zubů, nebo aplikace pozitivní frézy, která je energeticky méně náročná než negativní geometrie. V minulých informativních příkladech byly zmiňovány i výhody sousledného frézování, které zpravidla vykazují menší silové zatížení při shodné hodnotě řezných parametrů. S ohledem na předchozí informativní příklad je však možno zopakovat, že při snaze realizovat např. rovinné frézování může být aplikován nástroj poměrně velkého průměru, což povede k užití nízkých otáček, při kterých mnohdy obráběcí stroj ztrácí účinnost. V takovém případě je zmenšení průměru frézy (obrábění na více průchodů) nebo zmenšení hloubky řezu vhodným použitelným řešením.
Článek vznikl za spolupráce Vysokého učení technického v Brně, FSI, ÚST, Odboru technologie obrábění s redakcí Technického týdeníku a firmou Siemens. Ing. Aleš Polzer, Ph.D.