Zásobníky a podavače tyčí pro soustružnické stroje
Tento díl seriálu Výběr vhodného CNC obráběcího stroje se zaměřuje na zásobníky a podavače tyčí pro soustružnické stroje. Vychází z poznámek, které jsem si dělal při práci s doc. Jiřím Pujmanem, CSc., který měl ve firmě CNC Technology na starosti projekt zásobníků a podavačů tyčí. Bohužel už není na tomto světě.
Při rozborech efektivnosti výrobních procesů bylo již v sedmdesátých letech statisticky dokázáno, že na skutečné výrobní činnosti připadá jen asi 7 % celkové kapacity stroje (jednosměnný provoz s uvážením pracovního volna i časů všech dalších ztrát). Z toho je zřejmé, že snižování spotřeby času zkracováním vlastního obrábění je neefektivní a nákladné (znamená zvýšení technických nároků na CNC stroj, provázené růstem jeho ceny). Proto byl od té doby prosazován trend výstavby automatizovaných výrobních systémů, které umožňují prakticky nepřetržitý provoz a výrazně zkracují všechny vedlejší časy (zejména časy manipulační). Návratnost těchto systémů je dlouhá. Dobrých výsledků však lze dosáhnout i mnohem jednoduššími prostředky, podporujícími vyšší kapacitní využití strojů. Tím je např. vícesměnný provoz s omezením prostojů, zpravidla vynucovaných tím, že řada činností je vykonána a řízena člověkem. Pokud jeho úlohu omezíme alespoň takovou automatizací, která tyto činnosti zajištuje, vzroste výrazně efektivita celého procesu. Toho se dosahuje využitím CNC strojů ve spojení s různými dopravními zařízeními, manipulátory a roboty, které na základě požadavku stroje automaticky zakládají nový polotovar, případně přemisťují hotový výrobek. Při soustružení z tyčoviny je to např. možnost samočinného podání tyče pro obrábění dalšího kusu. Moderní CNC obráběcí stroje však představují velkou investici a vzhledem k tempu technického rozvoje v této oblasti je nutné, aby se svojí produkcí rychle zaplatily a vytvořily prostředky pro nákup strojů ještě výkonnějších.
| Činnost | Ruční posuv ve sklíčidle | Posuv podavačem tyčí |
| dělení tyče na přířezy | 10 s | 10 s |
| čekání na zareagování operátora | 10 s | - |
| posunutí a upnutí tyče | 10 s | 4 s |
| vlastní obrábění | 60 s | 60 s |
| celkový čas výroby součásti | 90 s | 75 s |
Příklad posouzení nárůstu efektivity při práci s podavačem tyčí v porovnání s manuálním zakládáním a posunem tyče. Tento případ ukazuje, že při stejně dlouhých tyčových polotovarech ušetří použití podavače oproti ruční práci ze sklíčidla 18 % času
Další analýzou nashromážděných statistických dat zjistíme, že více než 55 % soustružnické produkce představovala a představuje práce z tyčí nebo tyčových přířezů. Zbytek je práce ve sklíčidle, protože se jedná o polotovary určené na výrobu jedné součásti (výkovky, odlitky, přířezy velkých rozměrů nebo jinak předchozím zpracováním upravené polotovary). Vlivem rostoucích možností CNC strojů se poměr složitých, předem zpracovaných polotovarů ku jednoduchým hutním produktům (tyčím, trubkám) snižuje. Tento trend bude pokračovat s dalším rozvojem CNC strojů.
Práce s tyčí, v porovnání s prací s polotovary připravenými pouze pro jednu součást, však přináší i řadu technických problémů. Největším z nich je nárůst rotující nevyvážené hmoty. Každý polotovar představuje jistou míru nevývažku, který bude obecně větší, je-li polotovar, určený k výrobě řady součástí, hmotnější. Nárůst rotující nevyvážené hmoty vede k nutnosti využívat kvalitních CNC strojů, při jejichž návrhu bylo s tímto vlivem počítáno. Je však také nezbytné volit řezné podmínky tak, aby výsledné obrábění bylo klidné, s minimálními vibracemi, dostatečně přesné a bez nebezpečí poškození vlastního stroje nebo jeho okolí (zranění obsluhy). Při práci s tyčovým materiálem musíme dále vyřešit i problémy spojené s nakládáním tyče, jejím posunem po uvolnění upínače a vedením a stabilizováním tyče při otáčení vřetena. Právě tyto problémy za nás řeší vhodně vybraný a správně instalovaný podavač tyčí.
Efektivita automatického podávání materiálu vyniká zejména u soustružnických prací na jedno upnutí, kdy je zpravidla vlastní čas obrábění tak krátký, že čas posouvání a upínání tyče trvale zaměstnává obsluhu. Využitím automatického podavače tyčí může obsluha stroje snadno dohlížet na činnost celé skupiny strojů, tzv. vícestrojová obsluha.
ZÁKLADNÍ DĚLENÍ PODAVAČŮ TYČÍ
Podavače dlouhých tyčí
Podavačem „dlouhých tyčí“ je nazýváno zařízení, které zajištuje stabilizaci tyče podavačem i za rotace. Ke stabilizaci otáčení tyče přidal moderní podavač i funkci protlačení tyče vřetenem zpravidla až na mechanický doraz soustruhu, aby mohla být obrobena nová součást.
Tento typ podavače vychází z klasického zásobníku dlouhých tyčí. Ke středění dlouhé tyče je nejčastěji využito hydrodynamického účinku oleje ve vodicí trubce podavače, která tvoří plášť kolem rotující tyče. Hydrodynamický efekt slábne, zvětšuje-li se vůle mezi rotující tyčí a vodicí trubkou. Proto je třeba měnit vodicí trubku při každé výraznější změně průměru tlačené tyče. Někdy je tlačená tyč současně i mechanicky podepírána rotující hlavou tlačníku, tj. částí vysouvanou z podavače a protlačující tyč vřetenem soustruhu. Tlačník je dotlačován k tyči pístem, který je zpravidla posouván ve stejné vodicí trubce a stejným tlakovým olejem. Tyč je často dotlačována i při rotaci. Základní nevýhodou tohoto typu podavačů je velká stavební délka, která je součtem délky tyče a tlačníku, který musí zajistit protlačení tyče celým vřetenem soustruhu. Při manuální výměně tyče dojde často ke znečištění okolí olejem a při nevhodném rozměru vodicí trubky klesají výrazně maximální přípustné otáčky.
Podavače krátkých tyčí
Tento typ podavačů tyčí se výrazně rozšířil na konci 90. let, zejména v USA. Jejich typickým znakem je, že podávaná tyč není při obrábění stabilizována jinak než upínačem (sklíčidlo, kleština) soustruhu, a její délka tedy nesmí překročit délku vřetena (včetně upínacího válce a upínače). Podavač slučuje v jediné jednotce zařízení pro posuv tyče při obrábění součástí, ale i automaticky pracující zásobník tyčí, schopný založit do vřetena bez zásahu obsluhy novou tyč. Vzhledem k tomu, že pracuje s tyčemi kratších délek, umožnuje využívat plný rozsah otáček soustruhu. Navedení tyče a její stabilizaci při obrábění umožnuje vřetenová vložka soustruhu, kterou si uživatel stroje upraví tak, aby její průměr jen málo převyšoval průměr podávané tyče. Na tyče nejsou kladeny neobvyklé nároky ani z hlediska přímosti, ani z hlediska opracování jejich čel. Stůl podavače bývá řešen jako zásobník tyčí, jehož kapacita umožnuje bezobslužnou činnost často značně přesahující jednu pracovní směnu. Pracovním médiem podavače je stlačený vzduch. Podavač zabírá minimální zastavenou plochu, jen málo převyšující délku podávané tyče.
Příklady podavačů krátkých tyčí a podavačů dlouhých tyčí
Tento seriál si neklade za cíl poučovat, ale otevírat oči. Jedná se o subjektivní vyjádření autora, aktivně působícího v oboru CNC obráběcích strojů od roku 1997, v oblastech CAD/CAM software, obsluhy CNC řídicích systémů, NC programování a seřízení výroby. Vaše otázky, připomínky i nápady lze průběžně konzultovat na http://www.technickytydenik.cz/diskuzni-forum/. Na tomto fóru je i téma týkající se zdrojů informací a odkazů na zajímavé příspěvky k seriálu na internetu.
Vlastimil Staněk