Projekt s názvem „Vývoj nové generace CNC strojů pro zpracování kamene“, na němž se jako partneři podílely společnost KASPE a. s. a Ústav výrobních strojů a zařízení s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (Fakulta strojní, ČVUT v Praze), byl v loňském roce ukončen výrobou prototypu nového stroje a následně úspěšně obhájen. Realizace projektu byla umožněna díky finanční podpoře z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR v rámci programu TIP pod číslem FR-TI3/401. Projekt byl založen především na spojení znalostí, zkušeností a invence obou výzkumných týmů. Díky těmto zkušenostem vznikl nový typ CNC obráběcího centra pro pětiosé obrábění výrobků z materiálů jako mramor, žula, pískovec, syenit a jiné přírodní materiály.
KONSTRUKCE STROJE Tuhý kompaktní rám tvoří ocelová svařovaná konstrukce. Stůl stroje je osazen hydraulickým zvedacím rámem, který usnadňuje zakládání deskového polotovaru do pracovního prostoru. Základní pracovní plochu stroje tvoří dřevěná deska, pod kterou se nachází hliníkový stůl, osazený vzduchem ovládanými, „všesměrovými“ rolnami, který umožňuje použití klasických upínek nebo systému vakuového upínání usnadňujícího přesné ustavení polotovaru a jeho obrábění. Příčník s pohony v uspořádání master-slave je vyztužen žebry. Vřeteník tvořící součást příčného suportu, je osazen dvouosou vřetenovou hlavou umožňující rotaci v ose C ± 185° a naklápění v ose N –5° až 90°. Vřeteno je uzpůsobeno pro použití jak pilového diamantového kotouče, tak i diamantových fréz a brousků s upínacím kuželem ISO 40 umožňujícím automatickou výměnu nástrojů. Zásobník nástrojů je umístěn v pracovním prostoru stroje a je proti ostřiku chladicí kapalinou chráněn automaticky ovládaným krytem. Uzavřený okruh chladicí kapaliny obráběcího centra je plně automatický s vlastní autonomní kontrolou kvality chladicí kapaliny. Centrální systém mazání všech pohyblivých částí stroje je samozřejmostí. Pohony stroje jsou navrženy tak, aby dosahovaly požadované rychlosti a zrychlení, jak při obrábění, tak při technologických operacích. Osy X a Y jsou realizovány pomocí ozubených hřebenů se spoluzabírajícími pastorky. Naproti tomu osa Z je realizována kuličkovým šroubem poháněným řemenovým převodem. Rotace osy C je zajišťována servomotorem s planetovou převodovkou a řemenovým převodem s možností zpevnění v požadované poloze přídavnými brzdami. Stroj je možno pomocí webového rozhraní na dálku odkudkoli diagnostikovat, kontrolovat jeho stav a případně opravovat chyby. Stroj byl navrhován také s ohledem na transport tak, aby ke koncovému zákazníkovi mohl být dopraven standardní kamionovou či lodní přepravou a nebylo nutné zajišťovat přepravu nadměrného nákladu. Kompaktní rozměry stroje dále usnadňují finální montáž, instalaci a ustavení stroje u zákazníka.
ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ PARAMETRY OBRÁBĚCÍHO CENTRA JSOU: Posuv v ose X = 3 500 mm, Y = 2 000 mm, Z = 450 mm, rotace v ose C = ± 185°, rotace v ose N = –5° až 90°. Maximální posuvová rychlost příčníku a suportu je 30 m/min. Spotřeba chladicí kapaliny dosahuje 30–60 litrů dle použité technologie. Vřeteno o výkonu 15 kW s maximální rychlostí až 10 000 ot/min je možné osadit jak přírubami pro pilový kotouč, tak i nástroji se standardním rozhraním ISO 40. Konstrukce vřetene umožňuje automatickou výměnu nástroje i možnost chlazení středem nástroje. Celková hmotnost stroje činí 5 500 kg. Metodou konečných prvků byla optimalizována celá nosná struktura stroje. Cílem analýzy bylo optimalizovat především tuhost soustavy, která je zásadní pro výslednou celkovou přesnost stroje a tedy i kvalitu obrobku. Díky této spolupráci firma KASPE a. s. získala přístup k novým technologiím modelování sestav a jejich následné optimalizaci s využitím metody konečných prvků. Jako stěžejní se ukázala schopnost pomoci s návrhem a kontrolou virtuálního prototypu, měřením přesnosti stroje a nastavením parametrů pohonů, tak i při měření modální analýzy, jež odhalila slabá místa konstrukce, která by se jinak jen těžko zjišťovala. Pružná spolupráce vedla k rychlejšímu dosažení výsledků a omezení chyb již při návrhu prototypu. Při stavbě prototypu stroje byly připomínky z montáže zaznamenány, analyzovány a zapracovány do 3D modelů i výkresové dokumentace. Důraz byl kladen na optimalizaci montáže s ohledem na následnou sériovou výrobu. V úvahu bylo bráno nejen hledisko zjednodušení montáže a následná snadná údržba stroje. Úpravy byly zaměřeny také na vhodnější vedení kabeláže a její snazší instalaci. Na základě statických a dynamických měření prototypu stroje byly sestaveny korekční tabulky hodnot, které byly zavedeny do řídicího systému pro kompenzaci nepřesností vzniklých při výrobě a montáži. Po dokončení montáže a plném oživení obráběcího centra byla provedena série zátěžových testů. Design v oblasti strojů pro obrábění kamene je významným hlediskem jak pro potenciálního zákazníka, tak pro výrobce. Pomáhá snadno identifi+kovat stroj a jeho výrobce a vedle ergonomie ovládání hraje významnou roli při prodeji. Designový návrh krytování stroje dává stroji tvář a styl, a stroj tak lépe obstojí v tvrdé konkurenci těchto strojů na zahraničních trzích. CNC obráběcí centrum pro zpracování kamene umožňující obrábění v pěti osách a s opakovatelnou přesností polohování 0,01 mm, doposud nebylo v České republice vyráběno. Mezi další výhody tohoto stroje patří zejména vyšší posuvové rychlosti, jak při obrábění, tak při technologických operacích, zajišťujících vyšší efektivitu výroby. Díky novému řídicímu systému upravenému pro tento stroj a využívajícímu CAD a CAM produktů se zjednodušila výroba složitých obrobků a tvorba jejich programů, což také umožňuje využívat pro výrobu menší polotovary. Tímto komplexním přístupem je dosaženo výrazného snížení nákladů na výrobu a materiál. Prototyp vzniklý v rámci tohoto projektu je velkým posunem kupředu, který zvyšuje konkurenceschopnost firmy nejen v České republice, ale zejména v zahraničí. Výsledky projektu přispívají zároveň k zajištění dlouhodobě udržitelného růstu firmy.
Ing. Jaroslav Červenka Ústav výrobních strojů a zařízení
Ú12135 Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii
VCSVTT FS, ČVUT v Praze Ing. Luboš Prchal, KASPE a. s.