Výsledky sedmiletého výzkumu strojírenské výrobní techniky na ČVUT v Praze

Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii na Fakultě strojní ČVUT v Praze řešilo v letech 2005– 2011 projekt výzkumu a vývoje „Výzkum strojírenské výrobní techniky a technologie“ podporovaný MŠMT z programu „1M Výzkumná centra“. Řešení projektu dnem 31. prosince 2011 skončilo a pracoviště nyní výsledky předkládá. Číselné údaje o počtech jednotlivých výsledků v porovnání s plánem a o aplikacích výsledků výzkumu v průmyslu jsou obsaženy ve výročních zprávách za jednotlivé roky řešení. V databázi RIV získalo centrum za 7 let za své výsledky celkem 8201 bodů. PŘÍKLADY VÝZNAMNÝCH VÝSTUPŮ Nejvýznamnějšími výsledky 7letého výzkumu jsou především technicky realizované výsledky typu G, patenty, užitné vzory a výsledky publikované ve významných zahraničních impaktovaných časopisech, využité a aplikované v průmyslu při inovacích na reálných strojích. Příklady takových výstupů jsou dále uvedeny. Takovými výsledky jsou např.: Deskové teleskopické kryty pohybových os obráběcích strojů (viz obr. 7). Jde o unikátní konstrukci deskového krytu s podpěrným nůžkovým mechanismem pro stroje s vysokou dynamikou. Řešení je chráněno českým užit ným vzorem, českým patentem, ev ropským patentem a od něj odvozeným německým patentem. Licence by la prodána firmě Hestego. Řešení je použito na experimentálním stroji LM-2 a na stroji TOS Varnsdorf SPEEDtec. Navazující výzkum v oblasti modelování krytování mj. podpořil další úspěšné řešení, obhájení jedné disertační práce a vedl k publikaci v mezinárodním impaktovaném časopise. Nová metoda pro matematické modelování valivých ložisek ve vysokorychlostních vřetenech. Sestavený matematický model předpokládá teplotní i mechanické děje a predikuje vlastnosti a stav ložisek při různých podmínkách. Byl vyvinut ve VCSVTT a dále se rozvíjel v Manufacturing Automation Laboratories, University of British Columbia, Kanada. Model se využil při řešení zakázek z průmyslu – návrhů konstrukce obráběcích vřeten (TOS Svitavy, Erwin Junker, TOS Varnsdorf). Metoda byla publikována v prestižním impaktovaném časopise CIRP Annals – Manufacturing Technology. Publikace i metoda vychází z obhájené disertační práce pracovníka Centra Ing. Tomáše Holkupa, Ph.D. Nová metoda měření prostorové přesnosti frézovacích center při tepelně neustálených stavech. Charakteristické znaky metody: • simultánní měření geometrické přesnosti a tepelného stavu stroje a okolí; • geometrická přesnost je určována v rámci celého pracovního prostoru stroje (tzv. volumetrická přesnost). Je možné: • testování různých provozních režimů stroje (studený stroj + standardní teplota okolí; studený stroj + nestandardní teplota okolí; specificky zahřátý stroj + standardní teplota okolí apod.); • posouzení citlivosti jednotlivých parametrů geometrické přesnosti na vybraný provozní režim; • vyhodnocení korelace mezi změnami jednotlivých parametrů geometrické přesnosti a změnou tepelného stavu stroje; • komplexní posouzení změn prostorové přesnosti stroje ve vztahu k tepelnému stavu stroje a okolí; • provést návrh konstrukčních opatření pro minimalizaci odchylek; • provést návrh kompenzačního algoritmu pro eliminaci zbytkových odchylek. Metoda je podrobně zpracována v disertační práci pracovníka centra Ing. Ondřeje Svobody, Ph.D., a je publikována v impaktovaném časopise Precision Engineering. Nová metoda kompenzace tepelných deformací OS. (viz obr. 8 a 9). Jak plyne z obr. 8, je stroj virtuálně rozložen na dílčí části. Tepelnědeformační chování každé části je změřeno a popsáno vlastní rovnicí. Rovnice jsou poté složeny dohromady dle kinematické struktury stroje a výsledkem je korekce celkové deformace stroje v místě nástroje. Na obr. 9 jsou uvedeny výsledky tepelné kompenzace stroje LM-1. Metoda byla aplikována na jednom stroji v Kovosvitu MAS, kde došlo oproti standardním kompenzacím ke zlepšení o cca 70 %. Metoda byla prezentována v prestižním mezinárodním impaktovaném časopise Precision Engineering a na toto téma byla také obhájena disertační práce Ing. Jiřího Vyroubala, Ph.D. Zařízení pro tlumení kmitů, zejména u obráběcích strojů. Je tvořeno přímo vlastní pohybovou osou stroje. Vyznačuje se tím, že rám stroje je opatřen snímačem vibrací (akcelerometrem) sloužícím jako generátor korekčního signálu do regulace motoru. Aplikací na ose Z stroje LM-2 došlo k útlumu vibrací rámu stroje při frekvenci 182 Hz o necelých 30 %, čímž vznikla možnost zvýšit zesílení rychlostního regulátoru. Došlo také ke zvýšení propustného pásma rychlostní smyčky v amplitudě až o 30 Hz ze současných 45 na 75 Hz. Ve fázi dojde ke zvýšení propustného pásma cca o 10 Hz. Řešení lze využít na strojích s lineárními motory a je chráněno užitným vzorem FUZV 19857. Pohon pohybových os, zejména obráběcích strojů. Navržené technické řešení posuvových os strojů spočívá v použití dvou menších servopohonů pro pohon řízené osy (z obou stran posuvového šroubu) místo jednoho silnějšího (z jedné strany šroubu). Toto řešení snižuje setrvačnou hmotu pohonu a tepelné ztráty motorů. Zejména ale zlepšuje přesnost dráhového řízení. Řešení je chráněno užitným vzorem FUZV 19385 a je plně průmyslově využitelné. Předpokládá se jeho nasazení v praxi. Propojené modely stavby OS pro pre dikce dynamických vlastností na nástroji. Byla navržena modulární stavba propojeného výpočetního modelu OS s využitím modelů jednotlivých částí stroje a subkomponent (pohony, nosná struktura, vřeteno s nástrojem) pro zpřesněné predikce komplexních dynamických vlastností. Model je vhodný např. pro simulace dynamických vlastností na nástroji pro predikci využitelnosti výkonového potenciálu stroje při obrábění (aplikace na stroj H50 viz obr. 10 a 11). Verifikace metody proběhla také na stroji TOS Varnsdorf SPEEDtec. Metoda byla též uplatněna ve firmě Kovo svit MAS pro návrh optimálního vřetene ve vazbě na dynamiku nosné struktury OS. Vše je publikováno v prestižním mezi národním impaktovaném časopise The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Hybridní sendvičové struktury na bázi ocelových svařenců a hliníkových pěn (obr. 12 a 13). Aplikací těchto struktur dochází ke zvýšení statické tuhosti a snížení hmotnosti pohybových os a tím ke zvýšení vlastních frekvencí stroje (viz tabulka obr. 13). Hmotné žebrování je nahrazeno lehkým jádrem z kovových pěn. Proběhl vývoj výrobní technologie pro lepení jader do rozměrných dílců. Výsledky výzkumu byly aplikovány ve výrobě dvou stojanů reálných obráběcích strojů. Prof. Ing. Jaromír Houša, DrSc., řešitel projektu 1M0507