deskripce konstrukce vŘetene frÉzovacÍho stroje_david_vitek

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJU, SYSTÉMU A ROBOTIKY

INSTITUTE OF PRODUCTION MACHINES, SYSTEMS AND ROBOTICS

DESKRIPCE KONSTRUKCE VŘETENE FRÉZOVACÍHO

STROJE

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE

AUTOR PRÁCE DAVID VÍTEK

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. MICHAL HOLUB

BRNO 2011

ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJU, SYSTÉMU A ROBOTIKY

strana 1 SEMESTRÁLNÍ PRÁCE

DESKRIPCE KONSTRUKCE VŘETENE FRÉZOVACÍHO STROJE

1 Obsah 2 Úvod ......................................................................................................................................... 2

3 Druhy frézovacích strojů .......................................................................................................... 3

3.1 Rozdělení frézovacích strojů............................................................................................. 3

3.1.1 Konzolové frézky....................................................................................................... 3

3.1.2 Stolové frézky ........................................................................................................... 4

3.1.3 Rovinné frézky .......................................................................................................... 5

4 Vřetena frézovacích strojů ....................................................................................................... 7

4.1 Typy vřeten ....................................................................................................................... 7

4.1.1 Vřetena s náhonem řemenem ................................................................................. 8

4.1.2 Vřetena s náhonem ozubenými koly ........................................................................ 8

4.1.3 Vřetena s přímým pohonem..................................................................................... 9

4.1.4 Vřetena s integrovaným pohonem – elektrovřetena ............................................... 9

4.2 Rozdělení vřeten podle umístění .................................................................................... 10

4.2.1 Vertikální a horizontální vřetena ............................................................................ 10

4.2.2 Vřetenové naklápěcí hlavy ..................................................................................... 10

4.3 Ložiska používaná ve vřetenech ..................................................................................... 12

4.3.1 Vřetenová valivá ložiska ......................................................................................... 12

4.3.2 Hybridní ložiska ...................................................................................................... 13

4.4 Hřídel vřetena ................................................................................................................. 14

4.5 Upínání nástrojů ............................................................................................................. 14

5 Závěr ....................................................................................................................................... 15

6 Seznam obrázků ..................................................................................................................... 16

7 Seznam použité literatury ...................................................................................................... 16

ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJU, SYSTÉMU A ROBOTIKY strana 2

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE DESKRIPCE KONSTRUKCE VŘETENE FRÉZOVACÍHO STROJE

2 Úvod Vřeteno je nositelem hlavního řezného pohybu. U frézky se do něj také upíná nástroj. Úkolem vřetene je zajistit nástroji přesný otáčivý pohyb. Kvalita povrchů a konečná přesnost obrobených ploch je ovlivněna nepřesnostmi pohybů na konci vřetene. Z tohoto důvodu se musí konstrukci vřetene věnovat náležitá pozornost. Vřeteno a jeho uložení musí být konstruováno dostatečně přesné a tuhé, aby bylo zajištěno přesné a klidné obrábění pokud možno bez chvění. Všechny charakteristiky vřetene, mezi které patří jeho tuhost, točivý moment, maximální otáčky, uložení motoru, upínací systém atd., mají výrazný vliv na výrobní přesnost stroje. Stroje mohou být určeny pro různé odvětví průmyslu, na čemž taky závisí volba vřetene. Dnes již mnoho výrobců obráběcích strojů přenechává výrobu vřeten specializovaným firmám, mezi které patří např. GMN, Heinz Fiege, Fischer, Weiss a mnoho dalších. Tito výrobci nabízejí nepřeberné množství vřeten. Výrobce obráběcího stroje už pak jen namontuje vřeteno společně s podpůrnými systémy jako celek do vřeteníku stroje.



3 Druhy frézovacích strojů Frézky jsou jedny z nejvýkonnějších a nejrozšířenějších obráběcích strojů. Lze s nimi obrábět rovinné i tvarové plochy, ale také zuby ozubených kol, drážky, závity apod. Nevýhodou frézek je, že z důvodů přerušovaného odebírání třísek mají sklon ke chvění.

3.1 Rozdělení frézovacích strojů Frézovací stroje můžeme rozdělit podle druhu frézovacích operací a konstrukční koncepce ne frézky portálové (rovinné), stolové (ložové) a konzolové. Frézky můžeme také dělit na frézky řízené ručně a frézky řízené programově.

3.1.1 Konzolové frézky

Konzolové frézky mají výškově přestavitelnou konzolu s příčnými saněmi a podélným stolem, na který se upíná obrobek. Tato koncepce umožňuje přestavování obrobku ve třech pravoúhlých souřadnicích vzhledem k nástroji. Na podélný stůl může bát namontován přídavný stůl, buď pevný univerzální, nebo CNC řízený, čímž získáme více možností polohování obrobku vůči nástroji. Podle polohy vřetena můžeme rozdělit konzolové frézky na vodorovné, svislé a univerzální. Starší univerzální frézky umožňují natočit stůl na obě strany až o 45° a pohon dělící hlavy mají v závislosti na podélném posuvu stolu, což umožňuje frézování šroubovic. Nové CNC řízené frézky mají rotační stůl v rozsahu 360° a otočnou frézovací hlavu, což umožňuje 5 řízených os. Mezi konzolové frézky se také řadí konzolové frézky s příčně výsuvným vřeteníkem. Výhodou této konstrukce je zkrácení délky vyložení konzoly. Výsledkem je zvýšení celkové tuhosti stroje. Konzolové frézky se využívají především v malosériové a kusové výrobě pro obrábění menších obrobků. V praxi jsou více používané frézky stolové.

Obr. 3.1 Vpravo konzolová frézka vodorovná, vlevo konzolová frézka svislá



3.1.2 Stolové frézky

Stolové frézky, někdy jsou také označovány jako frézky ložové, mají místo konzoly stůl, který se pohybuje v příčném a podélném směru. Výška stolu je tedy neměnná, což je hlavní výhoda stolových frézek. Pohyb ve svislém směru je zajištěn pohybem vřeteníku po vedení. Toto uspořádání činí stroj podstatně tužší a přesnější a zároveň umožňuje obrábět větší a těžší obrobky. Další výhodou neměnné výšky stolu je, že takovýto stroj lze zařazovat do automatických výrobních linek. Většina stolových frézek je vybavena CNC řízením. Stolové frézky se vyrábějí jak v provedení horizontálním tak vertikálním.

Obr. 3.2 Stolová frézka vertikální a horizontální

Snahou je zvýšit základní užitné parametry stolových frézek, kterými jsou hlavně výkonnost a kvalita obrábění. Tyto snahy vedou k vývoji nových koncepcí, kde se opouští tradiční koncepce s křížovým stolem a obrobek je posouván pouze v jedné ose, podélné souřadnici (X). Dále je ve většině případů aplikován vřeteník s otočnou hlavou, jedno nebo dvouvřetenovou, která umožňuje nastavení vřetena do vodorovné či svislé polohy v automatickém cyklu. Na frézce s touto koncepcí jsou pohyby rozděleny následovně: obrobek – pohyb ve směru osy X, nástroj – pohyb v ose Y a v ose Z. Výhodami této konstrukce jsou zejména zvýšená tuhost stroje a stroj má také lepší předpoklady k zařazení do automatických linek.

Automatická výměna nástrojů je již dnes téměř samozřejmostí, ale některé stoje jsou vybaveny i systémem výměny vřetenových hlav. Tato konstrukce stoje zvyšuje jeho univerzálnost a technologickou užitnost a umožňuje realizovat obrábění tvarově komplikovaných součástí. Jednou z další možností jak zvýšit univerzálnost stroje, je použití CNC řízeného rotačního stolu nebo stolu naklápěcího (obr. 3.3). Vyrábí se kromě jednodušší verze s otočným stolem, čímž vznikne 4. osa A, i pětiosá verze se stolem otočným a zároveň naklápěcím, tím vznikne 5. osa B. Pohyby na 5tiosé verzi jsou následovné: osa X – otočný a sklopný stůl osa Y – vřeteník osa Z – stojan osa A – rozsah naklápění stolu osa B – rozsah otáčení stolu



Obr. 3.3 Pohyby na frézovacím centru H 63, výrobce Tajmac-ZPS

3.1.3 Rovinné frézky

Rovinné frézky jsou především určeny pro obrábění obrobků velkých rozměrů. Staví se pro šířky stolu od 800 mm do 4000 mm (u portálových až 24m). Často jsou řešeny stavebnicově a mají CNC řízení. Rovinné frézky mají velký výkon a při dokončovacích operacích se jimi dosahuje vysoké geometrické přesnosti obrobených ploch. Proto se dnes tyto stroje používají namísto hoblovek. Rovinné frézky můžeme rozdělit na frézky portálové a frézky rovinné s pohyblivým stolem. Častěji používané jsou portálové frézky. Jsou vhodné pro obrábění obzvláště velkých, především dlouhých, obrobků. Základním prvkem portálových frézek je posuvný portál, který vykonává pracovní pohyb. Na portále je upevněn vřeteník s vřetenovou hlavou. Obrobek se upíná na pevný, nepohyblivý stůl, což zajišťuje lepší manipulaci s rozměrově velkými obrobky. Stroje jsou osazeny stoly o délkách 4000 a 16000 mm. U těchto velkých strojů je nezbytná modulární koncepce. Rovinné frézky s pohyblivým stolem se především využívají k obrábění svislých ploch, kolmých k upínací ploše. Osazují se vřetenovou hlavou. Nejčastěji se setkáme s výškově přestavitelným vřeteníkem (obr. 3.4).



Obr. 3.4 Rovinná jednostojanová horizontální frézka s pohyblivým stolem FU EFEKTIV TOS Kuřim Můžeme se setkat i s frézkami portálové koncepce ale s pohyblivým stolem. Posuvný stůl se podélně pohybuje mezi dvěma stojany portálu. Portál je nepohyblivý. Tento typ frézek je využíván především pro obrábění menších obrobků.

Obr. 3.5 Portálová konstrukce s posuvným stolem

Jak již bylo zmíněno, rovinné frézky jsou stavebnicového řešení. To znamená, že z typizovaných velikostí a druhů stolů, loží příčníků, stojanů, příček, výložných ramen, vřetenových hlav, vřeteníků a posuvných ústrojí se sestavují stroje požadovaného uspořádaní a velikosti.



4 Vřetena frézovacích strojů Vřetena frézovacích strojů zprostředkovávají řeznou rychlost a zajišťují část relativního pohybu mezi nástrojem a obrobkem. Relativní pohyb mezi obrobkem a nástrojem potřebný k obrábění se skládá z posuvového pohybu, který je zajištěn posuvovým mechanismem stroje a pohybem řezným, který koná nástroj a je zajištěn právě vřetenem stroje. Úkolem vřetena je, aby byl tento otáčivý pohyb nástroje co nejpřesnější, tedy aby se dráhy jednotlivých bodů nástroje co nejvíce blížily ideální kružnici. Do vřetena se upíná nástroj. Je tedy jasné, že přesnost vřetena má obrovský vliv na celkovou výrobní přesnost stroje. Vřeteno a jeho uložení musí být konstruováno dostatečně tuhé a přesné, aby bylo zaručeno klidné a přesné obrábění bez chvění. Nejdůležitější částmi vřetena jsou: vřetenová hřídel, ve které je upínací plocha pro upnutí nástroje, pohon vřetena, upínací mechanismus (ruční nebo automatický), přední a zadní ložiska, chladící systém a u moderních vřeten také diagnostické přístroje jako např. senzor vibrací, otáček, teploty apod.. Na obr. 4.1 je řez vřetenem s popisem jednotlivých částí.

Obr. 4.1 Řez elktrovřetenem, výrobce Weiss

Nejčastěji obráběné materiály jsou běžné konstrukční oceli a litina, hliník a titan, grafit a měď, popřípadě i kalené oceli při frézování zápustek a forem atd. Podívejme se na příklady, když hrubujeme ocelové odlitky, tak je zapotřebí nižších otáček, vysokého krouticího momentu a velká hloubka třísky. Pokud však frézujeme ocelovou kalenou zápustku, požadujeme vysoké otáčky nástroje a mnohonásobně menší hloubku záběru. Je tedy zřejmé, že v praxi se setkáme s mnoha různými a rozličnými požadavky na frézovací stoje, potažmo na vřetena a jejich konstrukci. Z těchto důvodů existuje mnoho typů konstrukce vřeten, jejich pohonů a uložení.

4.1 Typy vřeten Vřetena můžeme dělit podle druhu pohonu, spojení motoru s hřídelí vřetena, a na vřetena s náhonem ozubeným řemenem, ozubenými koly, přímím náhonem a integrovaným motorem ve vřetenu tzv. elektrovřeteno. Každá z těchto konstrukcí má své klady a zápory a také má specifické předpoklady na možnosti nastavení pohybu, otáček, momentu na nástroji, tepelné ztráty, vibrace při obrábění, na cenu a složitost údržby.



4.1.1 Vřetena s náhonem řemenem

U tohoto typu spojení je motor spojen s vřetenem přes řemen. Používají se buď ozubené řemeny, nebo klínové řemeny. Ozubené řemeny se požívají tam, kde je potřeba přesné polohy vřetena vůči motoru. Řemeny mají široké uplatnění. Používají se jak u strojů s vysokými otáčkami a malými krotícími momenty, tak i u strojů s nízkými otáčkami a vysokými krotícími momenty. Převody řemeny mají vyšší účinnost než převody ozubenými koly, okolo 95%. Do soustavy je tedy přenášeno méně tepla. Další výhodou je, že nepřenášejí vibrace od motoru do vřetena a dobře tlumí vibrace vznikající při frézování. Nevýhodami vřeten poháněných řemenem jsou vetší potřebná zastavěná plocha a také snížená trvanlivost ložisek, které je způsobena radiální sílou, kterou vyvolává potřebné napětí řemene. Nevýhodou také je, že se řemen po čase opotřebuje a je potřeba ho vyměnit.

Obr. 4.2 Spojení vřetene s motorem řemenovým převodem

4.1.2 Vřetena s náhonem ozubenými koly

Náhon ozubenými koly umožňuje jednoduchou změnu převodového poměru a umožňuje pracovat s vysokými momenty při nízkých otáčkách nástroje. Stroj, který je vybavený tímto vřetenem, může pracovat při hrubování velkými nástroji za použití převodu na vysoký moment. Při dokončovacích operacích se přeřadí na vyšší otáčky.

Obr. 4.3 Dvourychlostní převod ozubenými koly



Velkou nevýhodou náhonu ozubenými koly je velká ztrátovost vzniklá třením mezi ozubenými koly. Účinnost náhonu ozubenými koly je okolo 90%. Teplo vzniklé třením se přenáší do celého stroje, to vede k teplotní roztažnosti a ta negativně ovlivňuje přesnost. Dalším negativem této konstrukce je, že ozubená kola vytvářejí vibrace a také špatně tlumí vibrace vzniklé při obrábění. Vibrace opět negativně ovlivňují přesnost obrobené plochy. I přes tyto negativa se vřetena s náhonem ozubenými koly používají, protože nevyžadují přílišnou čistotu a častou údržbu.

4.1.3 Vřetena s přímým pohonem

Konstrukce vřetena s přímým pohonem je provedena ta, že vřeteno je s motorem spojeno přes spojku. V podstatě se jedná o jakousi alternativu vřeten s integrovaným motorem, ale motor není umístěn ve vřetenu, ale mimo něj. Takovéto uspořádání nedovoluje použití převodu, otáčky vřetena jsou stejné jako otáčky motoru. Ale u strojů, kde se s touto konstrukcí setkáme, to není potřeba. Vřetena s přímým pohonem se používají u strojů s vysokými otáčkami. To je převážně u strojů, které jsou určené pro HSC obrábění, u kterých nepotřebujeme převodování na vysoké momenty. Ve vřetenu jsou umístěny talířové pružiny, které slouží k upnutí nástroje. Odepnutí probíhá pomocí uvolňovací jednotky, která se nachází buď na zadní straně motoru, nebo mezi vřetenem a motorem, což je ale méně častá varianta. Výhod vřeten s koaxiálním je hned několik. Jednou z nich je jednoduchá výměna motoru za jiný. To umožňuje stavbu strojů s růžně výkonnými motory. Další výhodou oddělené konstrukce je jednodušší údržba. Pokud dojde k poruše některé z obou částí, nemusí se opravovat celá soustava. Z důvodu že motor je mimo vřeteno, není potřeba tak intenzivního chlazení jak např. u elektorovřeten.

4.1.4 Vřetena s integrovaným pohonem – elektrovřetena

Vřetena s integrovaným pohonem mají motor integrovaný ve vřetenu. Rotor je nasazen na vřetenovou hřídel a stator je zasazen v tubusu vřetena, což je vnější plášť. Pro pohon se používají asynchronní pohony nebo vektorově řízené synchronní motory. Otáčky se obvykle pohybují v rozmezí od 15 000 ot/min až do 60 000, někdy i více. Pohon je uložen mezi zadními a předními ložisky, není proto potřeba žádných spojovacích součástí, což snižuje vznik vibrací. To je důvod proč má tato konstrukce vřeten ty správné předpoklady pro použití za vysokých otáček. Stejně jako vřetena s přímým pohonem se elektorvřetena používají pro HSC obrábění. Z důvodu vysokých otáček se používají speciální hybridní keramická ložiska. Jednu z největších nevýhod těchto vřeten způsobuje samotný motor umístěný ve vřetenu. Motor vytváří velké množství tepla, které se samozřejmě přenáší na vřeteno. Je tedy nutno zabránit teplotním dilatacím tak, že teplo vzniklé uvnitř vřetena se musí odvádět. Elektrovřeteno musí být tedy intenzivně chlazeno a musí být monitorována teplota, vibrace, axiální posunutí atd. Chladící systém funguje tak, že voda protéká množstvím kanálků uvnitř tubusu vřetena.



Obr. 4.4 Vnitřní chlazení elektrovřetena

Elektrovřetena jdou poměrně snadno vyměňovat. Obráběcí stroje některých výrobců disponují systémem automatické výměny vřeten. Tento systém dovoluje použít určitý typ vřetena pro danou aplikaci. Nejčastěji se s tímto systémem setkáme na obráběcích strojích s vřetenovými hlavami, tedy na portálových frézkách.

4.2 Rozdělení vřeten podle umístění Umístění vřetena záleží především na druhu použití, pro které je stroj určen. Na konzolových a stolových frézkách se nejčastěji setkáme s vertikálními nebo horizontálními vřeteny. Vertikální a horizontální vřetena mohou být použita i u rovinných frézek, ale častěji se u těchto druhů frézek používají vřetenové hlavy.

4.2.1 Vertikální a horizontální vřetena

Vertikálními vřeteny jsou osazeny stroje menších výkonů. Používají se k obrábění forem a zápustek. Nevýhodou vertikálních vřeten je, že třísky zůstávají v místě řezu. Horizontální vřetena se naopak používají u frézek s vyšším výkonem.

4.2.2 Vřetenové naklápěcí hlavy

Vřetenové hlavy se používají na takových strojích, kde je potřeba více řízených os, tedy lepší a větší přístupnost nástroje. Příkladem použití může být frézování zápustek, forem nebo turbínových kol. Většinou se setkáme s kombinací rotačního stolu a naklápěcí hlavy, tím dostaneme 5 řízených os.



Obr. 4.5 Frézování turbínového kola vřetenovou naklápěcí hlavou

Vřetenové hlavy však mají největší využití na rovinných a portálových frézkách, u kterých není možnost naklápění stolu. Využití vřetenových hlav dovoluje řízení ve více osách, je jejich konstrukce má bohužel menší tuhost, z toho důvodu jsou používány pro menší úběry materiálu a dokončovací operace. Pohony přídavných os bývají řešeny pomocí převodů ozubenými koly, v současné době se ale začínají používat speciální motory, které jsou integrované v přídavné ose rotace přímo ve vřetenové hlavě, tzv. přímý náhon osy. Zbavením se ozubených kol se dosáhlo vyšší tuhosti a bezvůlového a tedy přesnějšího polohování. Vřetenové hlavy portálových frézek se většinou navrhují jako výměnné a taktéž v mnoha variantách. Výměna se provádí ručně nebo automaticky. Může být volena optimální hlava pro danou operaci.

Obr. 4.6 Výměnná vřetenová hlava portálového centra



Připojení vřetenové hlavy na vřeteník musí být samozřejmě tuhé a také přesné. Pro tento účel se používá tzv. Hirthovo ozubení, což je spojka s čelními zuby. Pro hlavní pohon jsou nejčastěji použita elektrovřetena. Někteří výrobci nabízí systém manuálního nebo automatického výměny vřeten, což v kombinaci s výměnou vřetenových hlav dovoluje volbu optimálních řezných podmínek přesně pro specifický obrobek.

4.3 Ložiska používaná ve vřetenech Ložiska ve vřetenech slouží k zachycení sil při obrábění. U frézovacích vřeten jsou nejrozšířenější valivá ložiska různých provedení a typů. Ve velmi malé míře se používají ložiska elektromagnetická a hydrostatická. Používají se však jen specifické a speciální aplikace. Požadavky kladené na vřetenová ložiska:

Co největší tuhost

Přesnost – ložisko nesmí házet

Odolnost proti opotřebení

Jednoduchá údržba a spolehlivost

Malé pasivní odpory – třením vzniká teplo a to způsobuje dilatace

Klidný chod

Možnost vymezení vůle

4.3.1 Vřetenová valivá ložiska

Nejpoužívanějšími ložisky jsou tedy ložiska valivá a to hned z několika důvodů. Mají vysokou tuhost, nízký součinitel tření, možnost vymezení vůle, nevyžadují záběh a jsou poměrně jednoduše vyměnitelná. Nadrbou stranu jejich nevýhodami je špatné tlumení vibrací a poměrně značná citlivost na rázy. Ve vřetenech se můžeme podle druhu aplikace setkat s kuličkovými ložisky kosoúhlým stykem, kuželíkovými a válečkovými ložisky. Ložiska s kosoúhlým stykem umožňují vysoké otáčky a zároveň přenos axiálních sil a jsou používány pro rozměrově menší uložení. Kuželíková ložiska mají vyšší tuhost a přenesou větší axiální zatížení, používají se pro větší uložení. Válečková ložiska mají vysokou tuhost, velkou únosnost v radiálním směru, ale nepřenesou žádné axiální zatížení. Používají se pro uložení zadního konce.

Obr. 4.7 Druhy valivých ložisek používaných ve vřetenech

Nejdůležitějšími faktory při volbě ložisek je jejich výrobní přesnost a otáčkový faktor n.dn, kde n jsou otáčky a dn je střední průměr ložiska. Tyto údaje nejčastěji najdeme v katalogu výrobce. Nejlepších výsledků těchto parametrů dlouhodobě dosahují ložiska s kosoúhlým stykem. Aby byla zajištěna správná funkčnost ložisek s kosoúhlým stykem, je třeba na ně působit předpětím, tedy stálou axiální sílou. Předpětím eliminujeme axiální a radiální vůle v ložisku a zvýšíme jeho tuhost. Samozřejmě předpětí nesmí překročit doporučeno velikost předpětí, kterou udává výrobce, jinak by došlo ke snížení životnosti ložiska. Předpětí je možno dosáhnout více způsoby.



Předpětí může být vytvořeno pružinou, která působí silou na nerotující vnější kroužek ložiska. Další možností je použití distančních kroužků určité tloušťky. Nejčastěji se však ložiska s kosoúhlým stykem montují v sadách. Předpětí je dosaženo montáží ložisek vedle sebe.

Obr. 4.8 Možnosti uspořádání ložisek s kosoúhlým stykem

4.3.2 Hybridní ložiska

Hybridní ložiska byla vyvinuta kvůli neustálému zvyšování otáček vřeten. Tyto ložiska jsou stejné konstrukce lako ložiska ocelová, ale s tím rozdílem, že valivé elementy jsou keramické – Si3N4. Valivé elementy jsou lehčí, protože keramika má nižší hustotu než ocel. Díky tomu že jsou valivé



elementy lehčí, jsou méně zatížení odstředivou silou. Také mají nižší koeficient tření, tudíž v ložisku vzniká méně tepla. Keramická tělíska mají také vyšší tuhost něž ta ocelová. Hybridní ložiska jsou ovšem dražší než klasická ocelová. Používají se zejména na vysokorychlostních vřetenech. Jejich nevýhodou je, že může dojít k jejich křehkému lomu například při kolizi nástroje s obrobkem.

4.4 Hřídel vřetena Hřídel vřetena je prostředníkem mezi motorem a upínacím kuželem. Zajišťuje přenos krotícího

momentu mezi motorem a nástrojem. Je v ní umístěna upínací tyč a na předním konci je

ukončena kuželovou plochou pro upnutí nástroje. Nejdůležitější charakteristiky, které určují

chovaní hřídele během provozu jsou její průměr a její délka. Hřídel je při klasickém řezném

procesu cyklicky namáhána, a to ohybem za rotace.

Aby nedošlo k rozkmitání hřídele, musí být přirozená frekvence hřídele vyšší než maximální

otáčky vřetene. Přirozená frekvence závisí na délce hřídele a jejím průměru. Přirozenou

frekvenci tedy zvýšíme tak, že budeme hřídel zkracovat a její průmět zvětšovat. To je také

důvod, proč se vřetena pro vysokorychlostní obrábění navrhují co nejkratší. Krátký hřídel má

také výhodu v tom, že při zahřátí se bude méně měnit jeho délka, než hřídele dlouhého.

4.5 Upínání nástrojů Upnutí nástroje musí být navrženo tak, aby bylo rychlé a jednoduché a také musí s dostačující rezervou přenést kroutící moment z vřetene na nástroj. Systémy upínání nástrojů dělíme na ruční a automatické. Celý systém upnutí se skládá z držáku nástroje tzv. upínacího kužele, ve kterém je připevněn nástroj. Dále z kuželové upínací plochy na hřídeli vřetena, upínací tyče a u vřeten s automatickým upínáním nástrojů jsou na upínací tyči umístěny talířové pružiny, která vyvíjí stálou upínací sílu. Pružiny jsou ovládány pomocí uvolňovacího hydraulického nebo pneumatického válce, který je umístěn na zadní části vřetene. Tento válec stlačí pružiny a umožní tak vysunutí nástroje.

Obr. 4.9 Upínací kužely



5 Závěr Do vřetene frézovacího stroje se upíná nástroj a vřeteno je vykonavatel hlavního řezného pohybu. U frézky je tímto pohybem pohyb otáčivý. Tento pohyb musí být co nejpřesnější, tedy musí se blížit ideální kružnici, protože od jeho přesnosti se odvíjí konečná přesnost obrobených plocha a kvalita jejich povrchů. Kvalita konstrukce vřetena a jeho tuhost, přesnost a chvění, které je nežádoucí, se tedy velmi odrazí na celkové výrobní přesnosti stroje. Není tedy divu, že v dnešní době se některé firmy specializují jen na konstrukci a výrobu vřeten. Ve strojírenské praxi se setkáme s mnoha různými požadavky na frézovací stroje, respektive na vřetena. Někdy je potřeba vysokého kroutícího momentu a nízkých otáček, jindy zase vysoké otáčky a malý krotící moment a do toho ještě různá hloubka třísky. Z těchto důvodů je tedy až utopií přemýšlet o nějakém univerzálním vřetenu. Existuje tedy velké množství vřeten odlišných konstrukcí, s různými druhy pohonů, uložení a charakteristikami. Některé z nich jsem se pokusil v této práci zpracovat. Nicméně toto téma je velice rozsáhlé.



6 Seznam obrázků Obr. 3.1 Vpravo konzolová frézka vodorovná, vlevo konzolová frézka svislá Obr. 3.2 Stolová frézka vertikální a horizontální Obr. 3.3 Pohyby na frézovacím centru H 63, výrobce Tajmac-ZPS Obr. 3.4 Rovinná jednostojanová horizontální frézka s pohyblivým stolem FU EFEKTIV TOS Kuřim Obr. 3.5 Portálová konstrukce s posuvným stolem Obr. 4.1 Řez elktrovřetenem, výrobce Weiss Obr. 4.2 Spojení vřetene s motorem řemenovým převodem Obr. 4.3 Dvourychlostní převod ozubenými koly Obr. 4.4 Vnitřní chlazení elektrovřetena Obr. 4.5 Frézování turbínového kola vřetenovou naklápěcí hlavou Obr. 4.6 Výměnná vřetenová hlava portálového centra Obr. 4.7 Druhy valivých ložisek používaných ve vřetenech Obr. 4.8 Možnosti uspořádání ložisek s kosoúhlým stykem Obr. 4.9 Upínací kužely

7 Seznam použité literatury [1] BORSKÝ, Václav. Základy stavby obráběcích strojů, skriptum ES VUT. Gradia Prostějov, 1991. ISBN 80-214-0361-6. [2] MAREK, Jiří a kol, a. Konstrukce CNC obráběcích strojů. MM publishing, s.r.o., 2010. ISBN 978-80-254-7980-3. [3] HUMÁR, Antonín. Technologie I: Technologie obrábění - 1. část *online+. Studijní opory pro magisterskou formu studia. VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2003, 138 s. http://ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/opory-save/TI_TO-1cast.pdf [4] KUBÍČEK, Josef. Základy stavby výrobních strojů: obráběcí stroje. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2001.159 s. ISBN 80-7082-710-6. [5] KOLÁŘ, Petr. EMO Hannover počtvrté: vřetena a vřetenová ložiska. MM průmyslové spektrum *online+. 2008. únor 2008 *cit. 6. dubna 2009+. http://www.mmspektrum.com/clanek/emohannover-poctvrte-vretena-a-vretenova-loziska ISSN 1212-2572. [6] IMRICH, David. Konstrukce vřetene frézovacího stroje, Bakalářská práce. VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2009. [7] FAG. Rolling Bearings. Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, 2010. [8] SKF. Provedení uspořádání ložisek – Příklady použití [online]. http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&lang=cs&newlink=9_4_35

http://ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/opory-save/TI_TO-1cast.pdf

http://www.mmspektrum.com/clanek/emohannover-poctvrte-vretena-a-vretenova-loziska

http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&lang=cs&newlink=9_4_35

deskripce konstrukce vŘetene frÉzovacÍho stroje_david_vitek

Documents