Nový vřeteník srdce strojů pro těžké obrábění

Společnost Fermat se v posledních letech, mimo své obchodní činnosti, začala věnovat také vývoji vřeteníku a kovoobráběcích strojů vlastní konstrukce. Tento příspěvek pojednává o novém vřeteníku, jeho provedení a použití. Jedná se o moderní vřeteník „smykadlového“ typu velmi univerzálního použití a špičkových parametrů. Vřeteník lze aplikovat na CNC kovoobráběcích strojích, a to zejména horizontální vyvrtávací a frézovací stroje, a to v provedení jak křížové horizontky s pevným vřeteníkem, tak na stroje koncepce deskového typu s výsuvným vřeteníkem (smykadlem). Nový vřeteník může pracovat i ve vertikální poloze, proto je také vhodný pro použití na portálových frézkách střední a větší velikosti. Všechny tyto koncepce strojů s použitím nového vřeteníku jsou určeny jak na výkonné, tak i přesné obrábění zejména nerotačních obrobků, součástí skříňového typu širokého sortimentu. Jen pro zajímavost váha obrobků na těchto strojích se pohybuje od 1 do 30 000 kg. Na těchto strojích je umožněno při jednom upnutí provést současně nebo postupně různé operace až z pěti stran obroku. Je na nich možno vrtat, vystružovat, zahlubovat, vyvrtávat, soustružit čelní i vnější a vnitřní plochy, frézovat, případně brousit. Pro tyto stroje je typické použití bohatého, běžného i zvláštního příslušenství a přídavných zařízení. POPIS A TECHNICKÉ ŘEŠENÍ Při konstrukci nového vřeteníku byly využity dlouhodobé zkušenosti společnosti Fermat s modernizacemi horizontek a znalost světových trendů v této oblasti. Jelikož jeden z hlavních požadavků na nový vřeteník byla univerzálnost, bylo rozhodnuto o vývoji smykadlového vřeteníku s výsuvným vřetenem s možností připojení univerzálního příslušenství. Hlavní řezný pohyb při obrábění vykonává vřeteno s nástrojem. Vřeteno (? 130) je výsuvné (W=730 mm), uložené suvně v dutém vřetenu. Oba tyto dílce jsou uloženy ve vysoce přesných vřetenových ložiskách s kosoúhlým stykem. Vrtací vřeteno je rovněž uloženo na svém zadním konci ve vřetenových ložiskách s kosoúhlým stykem v tělese (domku), který pomocí lineárního válečkového vedení a kuličkového šroubu s motorem koná výsuvný pohyb ze smykadla. Dále byla koncepce vřeteníku zvolena jako sestava z několika na sobě nezávislých konstrukčních celků. Jednotlivé funkční podsestavy se po jejich složení postupně montují do smykadla (základní stavební prvek vřeteníku), což podstatně zjednodušuje a zrychluje koncovou montáž. Smykadlo, hlavní uložení, mechanismus výsuvu vřetena, hlavní náhon. Smykadlo: jedná se o odlitek z šedé litiny hranolového tvaru (400x400x2350 mm). Hlavní uložení slouží k vedení lineárního a rotačního pohybu pracovního vřetena. Tvoří výslednou přesnost celého vřeteníku. Mechanismus výsuvu vřetena slouží k vyvození lineárního pohybu pracovního vřetena. K uskutečnění tohoto pohybu je použit kuličkový šroub poháněný servomotorem přes vložený řemenový převod. Domek výsuvu vřetena je veden pomocí lineárního válečkového vedení. Náhon vřetena je tvořen hlavním asynchronním vřetenovým motorem, planetovou řaditelnou dvoustupňovou převodovkou (1:1, 1:5,5) a řemenovým převodem. TATO KONCEPCE V SOBĚ NESE MNOHO VÝHOD Montážní skupiny se mohou montovat jednotlivě samostatně, což znamená, že sled výrobních a montážních operací lze dobře naplánovat. Jednotlivé skupiny ve vřeteníku jsou při poruše nebo opotřebení snadno vyměnitelné, a to vždy nezávisle na jiné skupině. Zatěžující síly vznikající při obrábění zachycují jednotlivé konstrukční celky, a to nezávislé na sobě. U všech vyráběných dílů je dbáno na nejvyšší maximální přesnost a jakost, což zajišťuje následnou vysokou geometrickou i pracovní přesnost, spolehlivost a životnost vřeteníku. Ukazatelem náročnosti výroby vřeteníku je zvolena přesnost vyrobených dílců v IT4 a dále obvodového házení, rovnoběžnosti čel jsou 3 až 8 ?m. Dále byl zvolen směr konstrukce na co nejvíce nakupovaných značkových komponent. Na dlouhé životnosti se také velkou měrou podílí použití vysoce kvalitních nakupovaných dílů jako jsou: asynchronní vřetenový motor Siemens, planetová převodovka s řazením dvou převodových stupňů ZF Friedrichshafen AG a řemenový převod Gates, ložiska hlavního uložení vřetena SKF, upínač nástroje OTT Jakob, lineární válečkové vedení Bosch Rexroth, kuličkový šroub KSK-Kuřim, chladicí zařízení Habor, těsnicí prvky Chesterton… V průběhu konstrukce bylo využito moderních výpočtových mechanismů (MKP) pro optimalizaci konstrukce některých dílů a dále byly využity matematické metody určené pro výběr nejlepší konstrukční varianty. Pro ověření správnosti konstrukce je vřeteník neustále podrobován provozním zkouškám, měřením hluku, teploty a vibracím. Rotační dílce jsou dynamicky vyváženy na vyvažovacím zařízení (firma CEMB), kontrola přesnosti vstupních dílců je kontrolována na 3D měřidle (firma DEA), digitálním výškoměru (firma Tesa Swiss). Při 8hodinovém provozu na maximální otáčky vřetena 3000 ot/min dosahujeme teploty ložisek do 40 °C. FRÉZOVACÍ HLAVY JAKO VELMI UŽITEČNÉ PŘÍSLUŠENSTVÍ Nejvíce užitným příslušenstvím našeho nového vřeteníku jsou frézovací manuální univerzální hlavy natáčené ve dvou osách, manuální hlavy pravoúhlé. V současné době je ve vývoji připojení a automatická výměna hlav automaticky polohovaných nebo souvisle řízených 1 až 2osých frézovacích. U tohoto speciálního příslušenství chce společnost Fermat jít cestou nákupu u špičkových výrobců těchto zařízení (Isa Itálie, Emena Španělsko, Sempuco Německo, Fotec Německo, Cytec Německo,…). Další funkce vřeteníku: chlazení oplachem, chlazení středem vřetena až 50 barů, ofuk nástroje stlačeným vzduchem středem vřetena při automatické výměně nástroje. VÝHLED A CÍLE Společnost Fermat vřeteník uvedla ve strojírenské praxi pod obchodním názvem „GB 3000“. Po současných provozních zkouškách a testování zátěže se od ledna roku 2008 spouští sériová výroba nového produktu. V dalším vývoji vřeteníků se společnost Fermat ubírá směrem elektrovřeteníku s výsuvným vřetenem 730 mm, max. otáčky 3400 ot/min, max. moment 1800 Nm. Tento nový vřeteník je již v prvotní výrobě. Cílem společnosti Fermat a týmu konstruktérů je vytvořit velmi univerzální produkty s vysokou spolehlivostí v provozu, dlouhou životností s minimální údržbou a nároky na obsluhu. ING. JOSEF BAMBUCH VEDOUCÍ KONSTRUKCE