Společnost Okuma patří v celosvětovém měřítku mezi nejpřednější výrobce obráběcích strojů. Od konkurentů se odlišuje svým pojetím výroby strojů „vše z jednoho zdroje“. To znamená, že 95 % dílů strojů se vyvíjí a vyrábí ve vlastním závodě.
A to jak mechanické dílce, tak elektronika včetně řídicího systému montovaného na všechny stroje OSP-P300MA. Uživatelé, ale i sám výrobce strojů Okuma pak profitují z vysoké spolehlivosti i rychlého a vysoce odborného servisu.
Tříosá frézovací centra se vyvinula z klasických, manuálně ovládaných frézek. Počátečním impulsem radikálních změn koncepce frézek byla aplikace numerického řídicího systému a servopohonů pohybových os. Téměř současně byly původní pohybové šrouby zajišťující vzájemné polohování nástroje a obrobku nahrazeny kuličkovými šrouby. Požadavek plynulého a rychlého přestavení polohy nástroje si vynutil také změnu konstrukce vedení, po kterých se polohované části stroje pohybují. Zavedení servomotorů vyžadovalo odměřování cílové polohy stolu, vřeteníku i pinoly vřetena. Vřetena byla opatřena systémem automatického upínání a uvolňování nástroje. S tím samozřejmě souvisel odpovídající vývoj nástrojových držáků i nástrojů samotných, včetně zásobníků nástrojů a systémů automatické výměny nástrojů.
Adekvátně se vyvíjely upínací systémy obrobků včetně paletizace. Zavedeny byly rovněž automatické systémy mazání důležitých kontaktních míst a systémy chlazení nástroje včetně nových typů procesních kapalin a jejich revitalizace. Všechny tyto koncepční změny vyvolaly potřebu rekonstrukce nosné struktury stroje. Nárůst produkce třísek si vynutil zavedení prostředků třískového hospodářství. Určujícím požadavkem vývoje, který probíhal po určitých etapách, byla dosažitelná přesnost a výkonnost obrábění při co nejvyšší kvalitě obráběné plochy. Zde se pozitivně uplatnil vývoj technologie obrábění, jakož i vývoj nástrojových materiálů, geometrie nástrojů a technologií povrchových úprav řezných destiček i monolitických nástrojů. Popsaný vývoj ovšem v podstatě platí i pro ostatní typy obráběcích strojů.
Shora zmíněný historický vývoj obráběcích strojů pokračuje v současnosti zejména směrem k vyšší dlouhodobě stabilní přesnosti obrábění, k vyšší kvalitě obráběného povrchu a k spolehlivější ochraně nástrojů i strojů, zejména vřeten, před kolizí.
Okuma již před několika lety zavedla na svých strojích Thermo Friendly Concept, kterým byly podstatně sníženy tepelné deformace mezi nástrojem a obrobkem. Tento koncept využívá teoretických poznatků o šíření tepla nejprve v konstrukci nosných prvků strojů, což primárně snižuje tepelné dilatace. Zbylé dilatace jsou kompenzovány důmyslným systémem měření a výpočtu, který je schopen udržet kolísání polohy nástroje vůči obrobku v řádu jednotek mikrometrů po dobu 24 hodin při proměnlivé teplotě okolí o 8 °C i při proměnlivé teplotě vnitřních zdrojů tepla. Jednou z příčin nedostatečné kvality obráběného povrchu jsou vibrace stroje a také chvění vznikající při obrábění. Snížení vibrací řeší Okuma vysokou tuhostí nosných dílů, precizní výrobou a montáží vedení, dokonalým vyvážením rotorů a seřízením servopohonů.
Chvění při obrábění se řadě výrobců obráběcích strojů jeví jako složitý problém obtížně odstranitelný. Je tomu skutečně tak, ale Machining Navi, určený na strojích Okuma k potlačení chvění, je inteligentní funkce, která vyniká jednoduchým ovládáním a rychlým i spolehlivým nalezením řezných podmínek bez chvění. Kolize je nejčastější příčinou poškození nástroje a vřetena. Collision Avoidance System snižuje počet těchto nehod na minimum.
Okuma uvedené inteligentní funkce nepřetržitě zdokonaluje. V úvodu jsme upozornili na společné vlastnosti frézovacích center Okuma. Nyní probereme nejdůležitější znaky jednotlivých typových řad. Vesměs se bude jednat o tříosá frézovací centra. Patří sem série GENOS M, MB-V, MA-V, MP-V, MF-V a MILLAC-V.
GENOS M SÉRIE
Tato řada obsahuje jen dva modely, M460-VE-e a M560-V-e. Na fotografii odkrytovaného stroje (obr. 1) je dobře vidět podobnost nosné struktury moderního frézovacího centra s nosným rámem starého manuálně ovládaného stroje. Tvary lože, stojanu, příčníku i vřeteníku jsou ovšem přizpůsobeny požadavkům pojezdů v řízených osách a nutnosti umístit v nosné struktuře pohony. Svislý pohyb Z koná pinola vřetena ve vřeteníku. Vřeteník se pohybuje po vedení příčníku v ose X. Stůl se pohybuje v ose Y. Důraz je kladen na vysokou tuhost celé konstrukce, což zajišťují dílce složené z křížově žebrovaných boxů. Modely M460-VE-e a M560-V-e se liší velikostí stolu a pracovního prostoru. Vřeteno (max. 15 000 ot/min, 22/18,5 kW, 199 Nm, 7/24 kužel velikosti 40) je poháněno vestavěným elektromotorem. Je uloženo v kosoúhlých ložiskách s kuličkovými valivými elementy.
Maximální zatížení stolů činí u M460 700 kg a u M560 900 kg. Hodnoty rychloposuvů v osách X, Y, Z jsou u obou modelů stejné: 40/40/32 m/min. Vřetena mají stejné maximální otáčky 15 000 ot/min i stejný typ upínání nástroje MAS BT 40. Zásobník nástrojů každého stroje obsahuje 32 míst. Půdorys M460 je 2 200 × 2 805 mm, M560 měří 2 510 × 3 100 mm.
Důkaz o mimořádné rozměrové stabilitě GENOS M přináší graf na obr. 2a. Zkouška proběhla při mokrém obrábění stopkovou frézou o průměru 8 mm, při otáčkách 8 000 ot/min. Thermo Friendly Concept reaguje také na šíření tepla nosnou konstrukcí hlavně při náběhu stroje na provozní teplotu. Stabilizační funkce TAS-C (Thermo Active Stabilizer-Construction) zajišťuje stabilitu hlavních nosných dílců. Funkce TAS-Spindle se stará o stabilitu vřetena jako hlavního interního zdroje tepla při náběhu na provozní teplotu ze studeného stavu i při změnách otáček, viz obr. 2b. Funkce jsou vzájemně nezávislé a během provozu volitelné. 
Základním principem, který umožňuje efektivní kompenzaci tepelných deformací, je symetrická konstrukce obou stojanů a lože, ale i příčníku, vřeteníku a stolu (obr. 3 vlevo). Všechny nosné dílce sestávají z jednoduchých boxů (obr. 3 střed). Takováto konstrukce dilatuje pouze přímo. Neklopí se. Přímé dilatace lze jednoduše a přesně výpočtově předvídat, a tudíž i kompenzovat. Kromě toho je stojan tepelně izolován krytem ze směru pracovního prostoru a vzadu pod elektrickou rozvodnou skříní, aby šíření tepla bylo souměrné a tím také předvídatelné (obr. 3 vpravo).
Příznivé podmínky pro minimalizaci tepelných dilatací vytváří také rychlý odvod teplých třísek z pracovního prostoru do odpadního boxu mimo stroj. 
Okuma usnadňuje obsluze stroje operace prováděné často. Např. umístění a vyjmutí nástroje ze zásobníku nástrojů a také ruční upínání/ odpínání nástroje do vřetena se ovládá v bezprostředním dosahu obsluhy. K dispozici jsou obsluze sondy pro nastavení nulového bodu, případně měření nástroje při automatické kompenzaci jeho délky během obrábění.
Zmínili jsme se již o inteligentní funkci Machining Navi sloužící k rychlému výběru řezných podmínek bez chvění, pokud se chvění při obrábění vyskytne. Machining Navi velmi napomáhá operátorovi stroje optimalizovat proces obrábění. Ilustrace principu této funkce je na obr. 4.
Při frézování se oblasti, kde se chvění může vyskytnout, periodicky opakují v závislosti na otáčkách nástroje, jak naznačuje graf na obrázku. Jestliže výpočtový model, umístěný v řídicím systému stroje, zná počet zubů nástroje a jeho otáčky a dále ještě změří mikrofonem umístěným na řídicím panelu hluk, který vydává kmitající nástroj, pak analýzou hluku a výpočtem stanoví model řadu otáček, v jejichž nejbližším okolí se chvění nevyskytuje. Obsluha pak některé otáčky z doporučené řady nastaví. Z grafu je vidět, že chvění se můžeme vyhnout buď snížením, nebo naopak zvýšením otáček nástroje.
Modely GENOS M byly inovovány s ohledem na aktuální požadavky úspor energie. Bylo přihlédnuto k nárokům snadné údržby. Byla usnadněna manipulace s nádrží na procesní kapalinu a její údržba. I manipulace s třískami je u nových verzí strojů snadnější. Při posledních konstrukčních úpravách bylo pamatováno i na možnost těsného umístění strojů v linkách.
MA-V SÉRIE
V této řadě dodává Okuma dva typy tříosých frézovacích center označených 550VB a 650VB. Číslo v označení odpovídá bez 10 mm šířce stolu.
Modely série MA-V se na první pohled od předchozích strojů GENOS neliší. Mají však jinou koncepci řízených os. Zatímco centra GENOS mají pevný stojan a stůl polohovaný v ose Y, tak stojan modelů MA-V se pohybuje v ose Y a stůl v ose X. Příčník na stojanu nahrazují příčné saně stolu na loži. Zajímavě je řešeno vedení osy Y, tj. pohyb stojanu (obr. 5). Je to hybridní konstrukce, tj. kombinované kluzné a valivé vedení. Valivé vedení samotné má vysokou únosnost, ale nízké tlumení, takže při vysokých hodnotách rychloposuvu může dojít k zakmitání při rozjezdu i dojezdu do dané polohy. Kluzné vedení zvýší celkové tlumení a odstraní kmity. Parametry hybridního vedení musí být vyladěny tak, aby se dosáhlo optimální přesnosti polohování. Stejně jsou řešena i vedení os X a Z.
Centra MA-V jsou stavěna pro těžké obrábění a tomu odpovídají jejich parametry. Nové provedení strojů má zlepšené ovládání
a o 30 % menší půdorys. Stroj je schopen odebrat až 720 cm3 třísek za minutu. Standardní vřeteno strojů řady MA-V s průměrem ve spodním ložisku 100 m má maximálně 6 000 ot/min. Volitelně lze stroje vybavit rychloběžnějším vřetenem s průměrem 65 mm a maximálně 25 000 ot/min. Motor vřeten obou modelů může pracovat 10 minut s výkonem 22 kW, 30 minut se sníženým výkonem
15 kW a trvale s výkonem 11 kW. Ve své třídě patří řada center MA-V k nejrychlejším.
Vřetena modelů MA-V mají konstrukci přizpůsobenou požadovaným maximálním otáčkám. Standardní vřeteno (6 000 ot/min, max. průměr 100 mm v ložisku, opce 150 mm ve spodním ložisku NN K) je poháněno VAC motorem (22/15/11 kW, 1 123 Nm) přes dva páry ozubených kol s vloženým hřídelem. Vřeteno montované jako opce s maximálními otáčkami 12 000 ot/min je poháněno přímo vestavěným elektromotorem 22/15/11 kW a 324 Nm (obr. 6). Podobné je i vřeteno s maximálně 25 000 ot/min. Vřetena si může zákazník volit podle své potřeby. Standardní vřeteno a opce s 12 000 ot/min jsou určeny pro těžší, výkonné obrábění běžných dílců a forem. Vysokootáčkové vřeteno volí zákazník obrábějící např. letecké díly a formy na plasty. Stabilitu rozměrů při změnách teploty zajišťuje Thermo Friendly Concept. Stabilitu řezného procesu pak systém Machining Navi.
MB-V SÉRIE
Tato typová řada zahrnuje tři modely 46V, 56V a 66V, které mají varianty označené A a B. Varianty se liší maximálními otáčkami vřevřeten a upínacím rozhraním nástrojů. Model MB-46V se vyrábí ve dvou provedeních lišících se délkou stolu a pojezdu v ose X. Číslo v označení typu odpovídá šířce stolu. Např. model 46V má stůl šířky
460 mm. V porovnání se sérií MA-V jde zde o stroje o málo menší, určené pro lehčí obrobky. Koncepce strojů je patrná z obr. 7.
Další důležitou odlišností je možnost instalace inteligentních funkcí, které jsme popsali u série GENOS. K dispozici jsou Thermo Friendly Concept, Collision Avoidance System, Machining Navi a ServoNavi.
Podobně jako předchozí stroje vynikají MB-V modely dlouhodobě udržitelnou přesností a stálostí rozměrů. Testy udávají maximální odchylku v osách 8 μm při změně teploty okolí 8 °C u menších modelů MB-46 a 56. Největší stroj v sérii má tuto odchylku 10 μm.
Za provozu funguje funkce ECO Idling Stop, který kontroluje potřebnost chodu jednotlivých agregátů a ty, které jsou aktuálně nepotřebné, vypíná. Např. v rámci funkce Thermo Friendly Concept se sleduje, je-li chlazení stroje ještě nutné a případně se vypíná, aniž by to mělo vliv na dimenzionální přesnost. Podobně funguje spořicí systém při distribuci příkonu vřetena, servopohonů řízených os i pomocných agregátů jako dopravníku třísek a hydraulická jednotka. Jednotlivé příkony se zobrazují na displeji řídicího systému stroje. Příklady testů tohoto systému udávají téměř 20% úsporu energie za měsíční provoz stroje MB-46V. Obsluha center MB-V má k dispozici stejné benefity, které jsme uvedli u série GENOS.
MF-46V
Tato frézovací centra jsou charakterizována dvoupaletovým výměníkem obrobků. Vyrábějí se ve dvou provedeních označených MF-46VA a MF-46VB. Provedení se odlišují maximálními otáčkami vřeten a upínacím rozhraním nástrojů. MF-46VA standard: otáčky 8 000 ot/min a rozhraní MAS BT 40 (HSK-A63), MF-46VB standard: 6 000 ot/min a rozhraní MAS-BT 50. Zákazník může volit také další provedení vřeten. Jako řídicí systém je opět použit OSP P300MA.
Stroje jsou určeny především do automatických linek, kde se dobře uplatní rychlost paletové výměny obrobků a malá šířka strojů. Thermo Friendly Concept udržuje dimenzionální stabilitu pod 8 μm za 24 hodin. Konstrukce řady MF má stejné tepelné vlastnosti, které jsme popsali výše. To znamená teplotní symetrii a vyváženost a také konstrukční systém „box-build“. Collision Avoidance System chrání především vřeteno před kolizí. Machining Navi pomáhá při vyhledávání řezných podmínek bez chvění při obrábění. Stroje jsou velmi rychlé; rychloposuv 40 m/min při maximálním zrychlení 0,7 g. Čas výměny palety činí 9 s. Pro ilustraci výkonnosti uvádíme z katalogu Okuma výsledky testů na obr. 8.
Mechanismus výměny palet lze vidět na obr. 9. Jinak je konstrukce MF-V podobná předchozím modelům. Na konstrukci vřeten odkazuje obr. 10. Všechny varianty vřeten mají vestavěné elektromotory. Vřetena jsou velmi rychlá, což je vidět z časů rozběhu a doběhu: 1,2 s (0 až 8 000 ot/min) a 2 s (0 až 15 000 ot/min).
MP-46V
Frézovací tříosá vertikální centra této řady jsou určena pro výrobu velmi přesných součástí a také zápustek a forem (obr. 11). Z obrázku je patrná velmi tuhá a kompaktní konstrukce stroje s pevným stojanem a příčníkem integrovaným do stojanu. Společným požadavkem na tyto obrobky je vysoká kvalita obrobeného povrchu. Oproti předchozím modelům se zde podařilo snížit časy cyklu o 43 % díky vysokootáčkovému vřetenu 30 000 ot/min (opce). Testovací obrobek na obr. 12 byl obroben v čase 3 h 31 min, zatímco na referenčním vertikálním centru Okuma bylo třeba 6 h a 12 min. Se standardním vřetenem 20 000 ot/min činila úspora 17 %, čas 5 h a 10 min. Velký podíl na těchto výsledcích má také 30% zvýšení akcelerace vřetena. Jako další opci lze dodat vřeteno s max. 15 000 ot/min. Při testech kvality povrchu bylo dosaženo drsnosti Ra 0,033 μm a Rz 0,180 μm. Při testu na oceli 7075 byla použita jednozubá, diamantová fréza s kulovým koncem R3. Všechna dodávaná vřetena mají přímý pohon vestavěným motorem a jsou uložena v předpnutých, kosoúhlých, kuličkových ložiskách. Okuma uvádí v testech dosaženou přímost obrobku 1 μm, kolmost 1 μm a stabilitu rozměrů 5 μm. Na MP-46V funguje funkce ECO Idling Stop popsaná dříve.
Vřetena s maximálními otáčkami 20 a 30 000 ot/min jsou chlazena speciálním systémem zaručujícím minimalizaci délkových dilatací hřídele vřetena a nástroje za chodu. Chladicí olej se přivádí přímo na hřídel vřetena, jak naznačuje obr. 13. Tímto způsobem se zkrátí čas potřebný k ustálení délky vřetena a nástroje při ohřevu. Dilatace na špičce nástroje se sníží na 3 μm a stabilizují se.
Při výměně nástroje ze zásobníku na předchozím provedení MP-V se šířily na nástroj nežádoucí vibrace. Stejně tomu bylo u NC boxu a mazacího agregátu vřetena. Aby se tyto vibrace odstranily, bylo u nových provedení strojů sníženo těžiště stroje zesílením stojanu a snížením polohy zásobníku nástrojů. NC box a mazací agregát byly uloženy na samostatné stojany odděleně od skeletu stroje
(obr. 14).
MILLAC VII SÉRIE
MILLAC 468V II, 561V II, 611V II, 761 II, 852V II a 1052V II jsou modely této typové řady. Patří mezi největší vertikální jednostojanová frézovací centra Okuma. Nejmenší centrum má stůl 1 050 × 460 mm, největší 2 200 × 1050 mm nebo 3 200 × 1 050 mm. Centra MILLAC mají pevný stojan, na němž je svislé vedení osy Z pro polohování vřeteníku. Stůl se polohuje v horizontální rovině os X-Y. Na všech typech mohou být aktivní inteligentní funkce Okuma, tj. Thermo Friendly System, Collision Avoidance System, Machining Navi a ServoNavi. Funguje také ECO Idling Stop. Vřetena jsou nabízena v několika provedeních od pomaluběžných s 6 000 ot/ min (obr. 15) až po rychloběžná s 15 000 ot/min.
ŘÍDICÍ SYSTÉM OKUMA OSP
Informace o vertikálních frézovacích centrech Okuma by nebyly úplné, kdybychom na závěr neuvedli alespoň základní informace o řídicím systému všech popsaných strojů, kterým je OSPP300MA. Jak jsme již předeslali, tento řídicí systém vznikl ve společnosti Okuma a jeho schopnosti jsou zde trvale zlepšovány (obr. 16). OSP představuje vlastně soubor informací nutných k úspěšnému provádění výrobního procesu. Je zřejmé, že čím přehledněji jsou uspořádány informace na každé z přístupných obrazovek, tím je řízení stroje ze strany obsluhy snazší a také efektivnější. To je také snaha vývojářů společnosti Okuma. Systém poskytuje všechny dílenské výrobní pokyny, informace o nastavení, o obrábění a vytíženosti stroje, o nástroji i o údržbě a další.
ZÁVĚR
Na závěr článku se vrátíme k prvnímu představenému stroji s označením GENOS. Je to zkratka ze slov Global Efficient No 1 Standard. Ponechme stranou všechna slova kromě výrazu Efficient. Pod tímto heslem je ve slovníku několik českých výrazů: účinný, schopný, zdatný, dobře fungující, dělný, schopný výkonu, pohotový, výkonný, použitelný, vhodný pro daný účel, účelný, platná pomoc. Myslíme si, že technik, který pozná podrobněji konstrukci a vlastnosti strojů společnosti Okuma, bude souhlasit s tvrzením, že každé z těchto slov je přiléhavým označením kteréhokoli stroje Okuma.
www.misan.cz
Ondřej Svoboda, Pavel Bach