Obráběcí stroje: Integrovaná vřetena obráběcích strojů

Share on email
E-mail
Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
POZOR, zobrazili jste si článek z archivu našeho původního webu. Tento článek může obsahovat zastaralé informace a technické vady (chybějící obrázky, nesprávné formátování textu atd.).

[SERIÁL] Pozitivní efekty vysokorychlostní technologie obrábění se nedostavují úměrně se zvyšující se řeznou rychlostí, nýbrž náhle po dosažení určité kritické intenzity řezného procesu, při kterém tříska vlivem vysoké teploty náhle změní své vlastnosti.

Integrované vřeteno obráběcího stroje. Foto: Direct Industry

Běžné stroje dosahují otáček 6 000 až 8 000 ot.min-1, ale také 10 000 ot.min-1 a více. Elektrovřetena a vřetena s vlastním pohonem dosahují až 20 000 ot.min-1. Vysoké otáčky jsou vyžadovány nejen pro brousící operace, ale také pro vrtací a frézovací operace a technologie vysokorychlostního obrábění. Vřeteníky z tohoto důvodu vyžadují nové řešení ložisek, jejich mazání a chlazení a nutností je snímat teplotu, chvění a kontrolovat zatížení ložisek.

Čtěte také další díly seriálu Obráběcí stroje – každou středu:

Hlavní pohon vřetena stroje musí zajistit plynulou změnu otáček při zatížení stroje při obrábění, vysoké zrychlení a zpomalení. Pokud je stroj vybaven C osou, musí zajistit přesné polohování a pootočení vřetene o požadovaný úhel. K nárůstu řezné rychlosti a výkonu řezného procesu je nutné zásadně změnit konstrukční princip. Nejdůležitější konstrukční změnou vysokorychlostních obráběcích strojů jsou vysokootáčková a vysokovýkonná vřetena s integrovanými motory.

Vysokootáčková a vysokovýkonná vřetena s integrovanými motory

Konvenční vřetena obráběcích strojů s externími pohony, mechanickými převodovkami a spojkami nedosáhnou potřebný výkon, geometrickou přesnost, radiální, axiální a torzní tuhost a tlumení vibrací v širokém rozsahu otáček požadovaném vysokorychlsotními technologiemi.

Řez integrovaným vřetenem obráběcího stroje. Foto:CyTec Systems

Nově vyvinuté vysokorychlostní obráběcí stroje jsou vybaveny integrovanými vřeteny se zabudovaným koaxiálním bezkartáčovým (asynchronním nebo synchronním) motorem opatřeným mazacím a chladícím subsystémem.

Vřetena musí být silově předepnuta v radiálním a axiálním směru a pracovat bez vůle, s dobrou tuhostí i účinností v celém rozsahu otáček a pracovních teplot. Tyto požadavky mění konstrukční řešení uložení vřeten ve velmi obtížný problém. Integrovaná vřetena jsou přímé rotační pohony a jako taková nemohou využít výhod, které mají mechanické převodovky s proměnným převodem, tj. výhod konstantního výkonu v celém pracovním rozsahu otáček a vysokých momentů při nejnižších otáčkách. Některé firmy zůstávají u vřeten s mechanikou, většinou dvoustupňovou převodovkou, provedenou v nejvyšší přesnosti a kvalitě. Jiná řešení využívají faktu, že z tepelného hlediska je motor omezen velikostí proudu, nikoliv momentem a používají změn počtu pólů i jiných modifikací vinutí k potřebné modifikaci momentových a výkonových charakteristik. Motory integrovaných vřeten jsou bez výjimky bezkartáčové, s elektronickým přepínáním statorových vinutí během otáčky. U asynchronních motorů je krouticí moment vyvozován účinkem vířivých proudů indukovaných v kleci rotoru (extrémně silné permanentní magnety ze vzácných zemin nebo keramiky). Výhodou synchronních motorů je jejich studený princip.

Uložení a konstrukční provedení integrovaných vřeten

Vřeteno je u CNC obráběcích strojů z 99 % do valivých ložisek. Zbývající 1 % vřeten je ukládáno do rotačních hydrostatických ložisek. Vřeteno obráběcího stroje je uloženo např. ve dvou radiálních a v jednom nebo dvou axiálních ložiskách. Konec vřetena, který vyčnívá ze skříně vřeteníku, se nazývá přední konec. Je vhodně upraven pro nasazení nebo upnutí obrobku či nástroje. Úprava předního konce vřetena závisí na duhu stroje a je normalizována. Ložisko bližší přednímu konci vřetena se nazývá přední nebo hlavní a má rozhodující vliv na přesnost otáčivého pohybu.

Úkolem vřetena je zaručit obrobku (u soustruhů) nebo nástroji (u frézky, vrtačky, brusky) přesný otáčivý pohyb – odchylku bodů obrobku či nástroje v přípustné toleranci.

Vřeteno představuje velmi důležitý prvek ve skladbě obráběcích strojů, a proto jsou na konstrukční provedení kladeny náročné požadavky:

  • přesnost chodu – je určena velikost tzv. radiálního a axiálního házení,
  • dokonalé vedení – vřeteno nesmí měnit polohu v prostoru, mění-li jeho zatížení směr a smysl,
  • v uložení vřetena musí být možno vymezovat vůli vzniklou opotřebením,
  • ztráty v uložení vřetena musí být co nejmenší (účinnost, oteplování a tepelné dilatace, změna polohy funkce),
  • vřeteno musí být tuhé – jeho deformace spolu s přesností chodu má rozhodující vliv na přesnost práce obráběcího stroje.

Přesnost chodu vřetena

Přesnost chodu vřetena se kontroluje na předním konci vřetena na té ploše, která má přímý vliv na přesnost otáčení obrobku (upínací kužel pro soustružnický hrot, plocha pro upevnění desky či sklíčidla apod.) nebo nástroje.

Tuhost vřetena

Tuhost vřetena má zásadní vliv na přesnost obrábění i na dynamickou stabilitu OS. Obvykle se udává tuhost vřetena na jeho předním konci, na nějž se upevňuje upínací zařízení s obrobkem nebo nástrojem (deformace v tomto místě má přímý vliv na jakosti práce).

Konce vřeten obráběcích strojů

Konce vřeten jsou normalizované. Slouží k jednoznačnému a přesnému upnutí součástí nebo nástrojů do vřetena. Všechny konce vřeten jsou přesným kuželovým otvorem, jehož osa je v rámci povolené tolerance totožná s osou otáčení vřetena.

Ložiska vřeten

Úkolem ložiska je radiální a axiální uložení vřetena ve vřeteníku a zachycení na vřeteník působících sil. K tomuto účelu se používají ložiska kluzná (hydrodynamická), hydrostatická a valivá.

Použité zdroje

[1] BORSKÝ, V.: Základy stavby obráběcích strojů, skriptum ES VUT, 2. vydání, Grafia Prostějov, 1991, s. 214, ISBN 80-214-0361-6

[2] MAREK, J.: Konstrukce číslicově řízených strojů, Vřetena obráběcích strojů, speciální vydání MM Průmyslové spektrum, 1. Vydání, 2006, s. 5

[3] ŠTULPA, M.: CNC obráběcí stroje a jejich programování, 1. vydání, BEN technická literatura, Praha 2006, s. 123, ISBN 80-7300-207-N

Share on email
E-mail
Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

Mohlo by vás zajímat...