Požadavky na vyvážení rotačních nástrojových systémů

Otáčky rotačních nástrojů a nástrojových systémů při obrábění vysokými řeznými rychlostmi v důsledku nasazení nových nástrojů a nových řezných materiálů v posledních letech výrazně vzrostly. Z toho plynou nejen nové požadavky na vyvážení, ale současně i zjištění, že dosud používaná norma již nevyhovuje. Proto byla po intenzivní práci renomovaných odborníků z oblasti nástrojů i obráběcích strojů vydána letos v září norma nová, DIN 69888. Nová norma lépe odráží požadavky na vyvážení, technické možnosti jeho zajištění i měření a uvádí je do souladu s požadavky použitého obráběcího stroje i výrobního procesu samého. Stávající způsob stanovení požadavku na vyvážení na základě normy DIN ISO 1940 posuzuje nástroj jako tuhé těleso a z předepsané, resp. doporučené třídy vyvážení stanovuje nevývahu. Tento relativně jednoduchý způsob jednak nebere v úvahu cyklické namáhání obráběcího stroje, vznikající v důsledku nevývažku, jednak nezohledňuje požadavky na jakost obráběné plochy a konečně, je li aplikován na lehký nástroj při vysokých otáčkách, stanovuje nereálné, neměřitelné a nereprodukovatelné hodnoty. Například přípustná nevývaha při 25 000 ot./min a požadovaném stupni vyvážení G2,5 činí 1 gmm/ kg; to při nástroji o hmotnosti 1 kg představuje excentricitu těžiště 1 ?m a pro lehčí nástroj při ještě vyšších otáčkách vede k hodnotám ještě podstatně menším. Dále, moderní nástrojové systémy vykazují oproti představě nástroje jako tuhého tělesa časovou variabilitu – není zvažována výměna nástrojů. V důsledku nepřesnosti upnutí, radiální odchylka při HSK upínání představuje 2 až 4 ?m, dochází ke změně vyvážení při každé výměně; dalším aspektem, limitujícím možnosti vyvážení, jsou tolerance rozměrů jednotlivých elementů nástrojové sestavy. Především nepřesnosti, vznikající při upnutí, limitují reálnost a reprodukovatelnost stupně vyvážení celé soustavy vřeteno / upínač / nástroj. Proto byly na bázi stávající normy DIN ISO 1940 vyvinuty postupy, pomocí nichž lze nově stanovit požadavky na rotující nástrojové systémy s přihlédnutím ke všem podstatným vlivům, které vyvážení ovlivňují. Cílem nových postupů, zpracovaných především pro HSK upínací systémy, je omezit zatížení celého systému a zamezit ovlivnění vlastního pracovního procesu v důsledku nevývahy. Nevývaha se posuzuje jako aspekt, který ovlivňuje systém obráběcího stroje a kvalitu obráběcího procesu cyklickým zatížením v závislosti na otáčkách. Normou předepsané postupy ke stanovení nevývahy vycházejí z předpokladu, že samotný nástrojový systém je posuzován jako tuhý, že hranice proměnného zatížení nevývahou je dána přípustným zatížením ložisek vřetena obráběcího stroje a způsobem obrábění – dokončovacím či běžným. Nejsou zohledněny vlastní frekvence a jiné rušivé vlivy systému; z bezpečnostních důvodů, daných normou DIN ISO 15641, musí být u nástrojů s obvodovou rychlostí větší než 1000 m/min jakost vyvážení minimálně G40. Dále, pro užití nové normy je nutno respektovat normativní požadavky na HSK upínací systémy (DIN 69893 a 69063 ), jakož i bezpečnostní předpisy pro frézovací nástroje, pracující ve vysokorychlostním režimu, které stanovuje norma DIN ISO 15641. Nová norma uvádí rovněž požadavky na modulární, tedy složené nástroje, sestávající se minimálně z těla nástroje, upínacích částí řezných elementů a řezných elementů samotných a na nástroje s vedením v obrobku. Definuje, kdy je nutno použít vyvážení statické, v jedné rovině, a kdy je nutno přistoupit k vyvážení dynamickému, tj. ve dvou rovinách kolmých na osu otáčení. Pro stanovení přípustné nevývahy nástrojového systému uvádí nová norma příslušné matematické vztahy, které berou ohled na výše uvedené skutečnosti; pro praktické použití obsahuje řadu grafů, zobrazujících vztahy mezi přípustnou nevývahou v gmm, hmotností nástroje a otáčkami. Tyto grafy jsou zpracovány pro jednotlivé velikosti HSK a obsahují údaje pro běžné a dokončovací obrábění.Petr Borovan