Pětiosé obráběcí stroje
Pětiosé obráběcí stroje byly vyvinuty za účelem obrábění tvarově složitých obrobků. Mezi tyto stroje počítáme multifunkční soustružnická centra a frézovací centra. Pětiosá frézovací centra se dnes staví jako samostatný produkt se specifickými prvky všech konstrukčních skupin. Pět řízených os tvoří tři osy translační a dvě osy rotační. Řízené osy na sebe stavebně navazují, říkáme, že tvoří určitý řetězec. Rotační osy A a C mohou být plynule řízené, což znamená, že se mohou při obrábění plynule natáčet. Nebo mohou být nastavitelné jen do určitých pozic, tj. mohou být indexovány. Rotační osa C se dnes často staví jako soustružnická. To znamená, že osa je vybavena výkonným pohonem s dostatečným krouticím momentem a s velkým rozsahem otáček. Geometrick á přesnost a geometrické chyby pětiosého centra Základní vlastností každého obráběcího stroje je jeho geometrická přesnost, neboť ta do značné míry ovlivňuje přesnost obrobků. Geometrická přesnost je určena přesností jednotlivých součástí stroje, počínaje jeho základnou, pečlivě ustavenou do vodorovné polohy, a konče vřetenem a nástrojem. Můžeme také říci, že geometrická přesnost obráběcího stroje záleží na přesnosti celého řetězce jeho řízených os. Geometrickou přesnost je nutno přesně změřit, výsledky analyzovat a nepřijatelné odchylky snížit na odchylky přípustné vhodnou kompenzační metodou. K měření geometrických odchylek se používá řada metod a přístrojů. Měření musí být prováděno velmi pečlivě, za ustálených podmínek okolí, a proto bývá časově náročné. Firma OKUMA, ve snaze měření usnadnit, zavedla na svých pětiosých strojích postup nazvaný “5axis auto tuning system”. V tomto článku vysvětlíme jednoduchou funkci tohoto systému. Nejprve však ukážeme, o jaké geometrické chyby se jedná např. u frézovacího centra s kolébkou a otočným stolem. Na obr. 1 jsou zobrazeny odchylky poloh středů natáčení rotačních os A a C. Zleva doprava jsou to: Vyosení čepu kolébky ve směru Y a ve směru Z, nesouosost osy rotace C stolu a osy vřetena ve směru osy X a nesouosost osy C a osy čepu kolébky, C-A. Znalost skutečné polohy středů otáčení rotačních os v souřadném systému stroje je velmi důležitá. Je- -li ve strojních parametrech zadána poloha středů jinde než jsou fyzicky na stroji, nemůže při součinnosti (interpolaci) těchto os stroj správně sledovat žádanou trajektorii. Druhou skupinu geometrických odchylek vidíme na obr. 2. Zleva doprava jsou to: odchylka kolmosti osy kolébky A od osy Y, v rovině ZX odchylka kolmosti osy A od osy X a také odchylka osy C otočného stolu od kolmosti k ose Y a X. Na obr. 3 jsou to chyby kolmosti lineárních os X, Y a Z. A konečně i úhlové chyby osy vřetena v rovině XZ a v rovině YZ vidíme na obr. 4. 5axis auto tuning system OKUMA 5axis auto tuning system obsahuje modul „Měřicí funkce“ a „Kompenzační funkce“. Měřicí funkce měří geometrické chyby pomocí dotykové sondy upnuté ve vřetenu a přesné koule upevněné na otočném stole. Výsledky se automaticky přenáší do kompenzační funkce, která kompenzuje naměřené odchylky plynule ve všech módech řízení stroje AUTO, MDI, MANUAL. Celý postup ukazuje obr. 5. Nejprve se připraví měření. Blízko obvodu stolu se namontuje přesná koule připevněná na magnetu. Poloha koule je doporučena výrobcem pro každý typ stroje. Dotyková sonda se upne do vřetena. Vřeteno se sondou se umístí nad kouli dle podrobných instrukcí firmy OKUMA. Zapne se režim MDI. Stiskne se tlačítko [F6] START MEASURE a měření se spustí tlačítkem CYCLE START. Měření proběhne automaticky a jeho výsledky se přenesou do modulu „Kompenzační funkce“. Geometrické chyby se mění v závislosti na stáří stroje a na prostředí, ve kterém je stroj instalován. Systém firmy OKUMA umožňuje jednoduché měření chyb v krátké době, takže je možné reagovat operativně zejména na změny pracovního prostředí stroje a geometrické chyby přeměřit. Naměřené geometrické chyby jsou systémem kompenzovány, takže stroj po ukončení cyklu obrábí s vysokou přesností. Cyklus měření se opakuje v každé indexované poloze rotačních os. Počet cyklů lze nastavit. Před měřením je třeba provést připravené cykly, kterými se stanoví kompenzační hodnoty rádiusu a délky sondy. Kompenzace geometrick ých odchylek a kompenzace náklonu os Způsob kompenzace polohových chyb koncového bodu nástroje a kompenzaci náklonu os vysvětlíme na příkladu náklonu osy vřetena vůči upínací ploše otočného stolu, obr. 6. Při vypnuté kompenzaci je vřeteno s nástrojem v pozici (a). Jakmile se aktivuje kompenzace polohy, přemístí se koncový bod nástroje do pozice (b). Aktivací kompenzace rotační osy (v tomto příkladu osy A) se kolébka, vůči ose vřetena a koncovému bodu nástroje, nastaví do pozice (c). Takže kompenzace je efektivní u fréz, které obrábí povrch obrobku. U strojů s jednou nebo dvěma rotačními osami nelze úhlové chyby v některých směrech (rovinách) kompenzovat. Aby se po kompenzaci úhlových odchylek nepřemístil nulový bod do nesprávné pozice, je třeba jej vhodně volit. Systém automatického měření geometrických chyb firmy OKUMA podstatně zvyšuje přesnost obrábění na pětiosých strojích firmy. Jeho obsluha je jednoduchá, měření netrvá dlouho. Automatický režim měření zvládne všechny popsané geometrické chyby včetně jejich kompenzace. K systému jsou vydány podrobné a přehledné návody k obsluze, které zvládne každý zkušený operátor CNC stroje. Zlepšení přesnosti stroje lze ilustrovat výsledky měření přesnosti stroje dle obr. 7. Popsaná progresivní metoda eliminace geometrických odchylek přesnosti pětiosých strojů zapadá do moderního trendu, pro který je typické, že výrobce obráběcího stroje myslí nejen na nejdůležitější vlastnosti stroje, ale poskytuje také vyšší uživatelský komfort ve smyslu přenesení realizace vlastních měřících cyklů do formy předpřipravených maker a automatického vyhodnocení číselných výsledků zkoušek. Doc. Ing. Pavel Bach, CSc. Ing. Ondřej Svoboda, Ph.D.
