Uživatelé nekompromisně vyžadují stále vyšší užitnou hodnotu nabízených výrobků; chce-li se výrobce upínacích nástrojů na trhu prosadit, musí nabídnout vyšší přesnost upnutí nástroje nebo obráběného dílce, a to při zvýšení bezpečnosti a provozní jistoty upínače včetně úspory času upínání dílce, kratší přeseřízení na jiný dílec a dostatečně krátký čas výměny upínače na stroji.
K tomu přistupují požadavky nastupující digitální výroby, zahrnující možnost dálkového ovládání, kontroly, zapojení upínače do ovládacího systému stroje vč. nezbytné zpětné vazby a generování dat, nutných pro vyšší úrovně řízení výrobního procesu. Jak se daří uvedené požadavky realizovat, se promítá do aktuálních trendů, charakterizujících směry rozvoje oboru.
DIGITALIZACE
I výrobci upínačů musejí reagovat na nástup digitalizované výroby; proto se v nabídkových katalozích stále častěji objevují upínače s poznámkou „kompatibilní s požadavky Průmyslu 4.0“. Zmíněná kompatibilita zahrnuje především dostatečnou flexibilitu, dálkové ovládání – přenos dat i energie – často vlastní řídicí jednotku, propojenou s řídicím systémem stroje, a schopnost generovat data v reálném čase dle vyžádání vyšších úrovní.
Příkladem jsou univerzální elektromechanická sklíčidla MM e-motion, nabízená společností SMW-Autoblok (obr. 1). Vyznačují se individuálním pohonem a řízením každé čelisti, bezdrátovým přenosem energie a senzorických dat, upnutím libovolného tvaru obrobku (obr. 2), automatickým vystřeďováním a průběžnou kontrolou upínací síly a polohy.
Jejich součástí je induktivní elektromechanická ovládací jednotka, zajišťující citlivé nastavení upínací síly a polohy čelisti s vysokou opakovatelnou přesností. Modulární stavba jednotky dovoluje její použití samostatně k ovládání standardních silových sklíčidel i na stole obráběcího centra nebo na paletě, a tím upgrade stroje na úroveň požadovanou Průmyslem 4.0. Další příklad statického upínače obrobků, vybaveného možností přímého zjišťování a kontroly upínací síly, jsou strojní svěráky Allmatic se systémem Clamp Assist nebo automatizačním systémem AutoClamp.
Prvním upínačem rotačních nástrojů, vybaveným digitálním sledováním procesu včetně řízení otáček a posuvu, je hydraulický upínač Schunk iTendo (obr. 3). Vyznačuje se bezdrátovým přenosem dat a možností komunikace s řídicím systémem stroje v reálném čase stroje pomocí elektronického kontrolního a komunikačního modulu. Díky možnosti identifikace nepravidelností lze optimalizovat proces obrábění, resp. snížit výpadky procesu. Nastavení a vizualizace systému se realizuje pomocí příslušných aplikací (více na str. 12).
Snahou využít standardizovaného rozhraní mezi strojem a upínačem nástroje k přenosu médií, energie a dat je návrh inteligentního rozhraní HSK-i, na jehož vývoji se mimo jiných podílela i firma MAPAL. Systém se sestává z mechatronických nástrojů nebo nástrojů, osazených pouze senzory, které jsou vybaveny rozhraním HSK-i, z vřetena s odpovídajícími konektory, z univerzálního vysílače energie a dat z elektroniky, specifické dle aplikace. Předností návrhu je, že je schopen snímat data (rozměry, síly, teploty, vibrace) v nejbližší vzdálenosti od místa vzniku, což přispívá ke kvalitě dat, jejich spolehlivosti a účinné možnosti využití např. při nutnosti okamžité reakce na poruchu. Na obdobném principu s využitím rozhraní HSK-i pracuje i systém Komet KomTronic.
PŘESNOST
Plně se etabloval systém upínání palet s obrobky pomocí nulového bodu (obr. 4), který disponuje dostatečnou tuhostí a opakovanou přesností polohy upnutí
až 0,002 mm na 300 mm délky; lze jej vyrobit v provedení zaručujícím konstantní polohu nulového bodu navzdory teplotním vlivům. V několika aplikacích a s různým způsobem ovládání jej má ve své nabídce řada výrobců upínačů (Röhm, Schunk, Roehmheld aj.)
Přesnost upnutí stopkového nástroje výrazně ovlivňuje jeho životnost, a proto stoupá poptávka po upínačích se zvýšenou přesností. Hydraulické a tepelné upínače dosahují hodnot radiální házivosti pod 0,003 mm/2,5×D; přesné kleštinové upínače typu ER pod 0,008 mm/2,5×D. Na trhu jsou i upínače vybavené systémem jemného doladění házivosti, schopné dosáhnout házivost v rozsahu 0,001–0,002 mm (Nikken Zero Fit Holder, Schunk Tendo Zero). V zájmu posunutí upínací zóny nástroje k čelu upínače a tím i zvýšení přesnosti a stability upnutí se používají kleštinové upínače s centrálním vtahováním kleštiny (Nikken) nebo hydraulické upínače, jejichž upínací zóna včetně hydraulických komor je zhotovena pomocí selektivního laserového navařování (MAPAL). Běžně dosahované hodnoty vyvážení se pohybují okolo G2,5/25 000 ot/min.
BEZPEČNOST
K bezpečnosti upnutí přispívá pravidelná kontrola a údržba upínacího rozhraní, prováděná nejlépe automaticky, v rámci pracovního cyklu. Mazací zařízení Röhm Lubritool se upíná do zásobníku nástrojů pomocí rozhraní HSK 63 resp. HSK 100, a je-li programem aktivováno, po zasunutí do vřetena automaticky opatří pohyblivé plochy rozhraní potřebným množstvím maziva. V současné době probíhá testování vakuového odsavače Nikken Vakuum Extractor, určeného k odstranění třísek kompozitů nebo laminátů z upínací dutiny vřetena. Odsavač pracuje na principu Venturiho trubice, je nepohyblivý, umístěn okolo stopkového nástroje a není ovlivněn jeho otáčkami.
Nutnost přenášet velký výkon a tedy i velké krouticí momenty, aniž by se snižovaly nároky na přesnost upnutí, vedla k rozšíření výkonných upínačů typu Haimer Power Clamp, využívajících tepelné upínání, Nikken X-Treme Milling Chuck s multiválečkovým systémem nebo hydraulických upínačů Schunk Tendo E-compact, vyznačujících se vysokou upínací silou. V souvislosti se stoupajícím objemem obrábění těžkoobrobitelných materiálů, kde je nutno čelit vysoké axiální síle, schopné vytáhnout stopku nástroje z upínače, se rozšířily upínače a provedení upínací stopky Haimer Safe-LockTM (obr. 5) a Haimer Duo-LockTM, charakterizované zajišťovací spirálovou upínací drážkou. Tento princip používá řada partnerů společnosti Haimer.
Pro průběžnou dálkovou kontrolu vtahovací síly tažné tyče ve vřetenu nabízí firma Ott-Jakob měřicí zařízení Power-Check 2, schopné indikovat v reálném čase velikost upínací síly i její nebezpečný pokles.
Spolehlivost pracovního procesu je podmíněna i optimálním chlazením a mazáním nástroje. V nabídce několika výrobců (Big Kaiser aj.) se proto objevily i upínače, přivádějící paprsky chladicí kapaliny otvory v čele upínače co nejblíže pracovnímu prostoru nástroje.
SNÍŽENÍ SEŘIZOVACÍCH ČASŮ, SNÍŽENÍ ČASŮ VÝMĚN
Snaha po redukci neproduktivních vedlejších časů vede k vývoji soustružnických sklíčidel s extrémně krátkými časy výměny čelistí. U sklíčidla Röhm Duro-A RC lze čelisti vyměnit v čase okolo 50 sekund; obdobná sklíčidla nabízejí i další výrobci. Podobné možnosti existují i u strojních svěráků, kde jsou nabízeny i rychloupínací systémy ručního upínání (Schunk Kontex KSX-C nebo KSC-D). Rychlé výměně stopkového nástroje v upínači pomáhají účelně navržené systémy přesného axiálního seřízení nástroje nebo zařízení pro rychlé vyvažování, ohřívací a ochlazovací zařízení včetně axiálního nastavení pro tepelné upínače, upínací zařízení pro polygonální upínače apod.