Obrábění rotačních ploch

Tags: CAD | CAM | Praxe

excentricky rozmístěných vůči ose základní válcové plochy

Ačkoliv tento složitý název nahání obavy, o co vlastně jde, jedná se o ne tak vzácný jev v strojírenské praxi. Rotační součástky se zpravidla obrábějí soustružením. Polotovar upnutý do čelistí sklíčidla rotuje a materiál z něj odebírá soustružnický nůž pohybující se ve dvou souřadnicích. Co však dělat v případě, kdy jsme sice schopni obrobit základní válcovou plochu soustružením, ale na její čelní ploše jsou excentricky rozmístěna další tělesa válcového tvaru?

S takovým problémem zápasil jeden z autorů příspěvku, když potřeboval vyrobit kusovou sérii průtokových víček na laboratorní sklo. Základní podmínkou bylo, aby víčko s kolíky bylo monolitickým jednolitým celkem. Tento požadavek vycházel z toho, že při chemických reakcích je třeba zajistit vzduchotěsnou, resp. vodotěsnou soustavu, aby se do ní nedostával falešný vzduch, resp. aby z té soustavy neunikala kapalina. Vzhledem na agresívnost chemického prostředí je v této oblasti používán silon, teflon, resp. jiné plastické materiály podle stupně agrese chemické látky.
Pokud by se jednalo o sériovou výrobu těchto zátek, bylo by nutno vyrobit formu pro vstřikování plastů, což může být cenově náročné. Tato možnost byla vyloučena s ohledem na celkový požadovaný počet dvanácti kusů. Proto byla zvolena kusová výroba technologií třískové obrábění materiálu z válcového polotovaru.

Řešení

Existovala dvě řešení, která byla shodná:
Rozložit celek na rotační tělesa, která by byla opracovaná soustružením a následně spojena pomocí šroubového spoje s těsněním.
Vyfrézovat požadovaný tvar z válcového polotovaru.

Vše soustružením

Způsob, při kterém by se vše realizovalo technologií obrábění soustružením, vyžadoval rozložit výrobek na samostatná jednotlivá tělesa. Postup výroby by pak vypadal následovně:

1. soustružení samostatných těles
2. vyvrtání děr do základního tělesa
3. vyřezání závitů
4. složení jednotlivých komponentů

Jednotlivé komponenty, jakož i celek, jsou znázorněny na následujících obrázcích.

Obr. 1 Jednotlivé části víčka, detail části se závitem, kompletní produkt

Všechny části víčka byly soustruženy a jejich spojení bylo realizováno pomocí šroubového spojení. Při odzkoušení víčka v praxi bylo zjištěno, že v místě závitu dochází k netěsnosti a k úniku kapaliny ze soustavy. Následně jsme se pokusili spoj utěsnit pryžovým těsněním, ale ani to nebylo dostačující řešení. Ani lepením se nám nepodařilo spoj dlouhodobě utěsnit.
Na základě těchto zkušeností jsme se rozhodli toto víčko vyrobit z jednoho kusu materiálu technologií frézování.

Vše frézováním

K návrhu výrobku a vygenerování programu byl použit CAD/CAM systém CATIA V5. Tímto programem byl vygenerován NC kód pro řídící systém Heidenhain 3osé frézy EMCO Concept Mill 155.
Tímto způsobem bylo možné vyrobit požadované víčko jako jednolitý celek – monolit. Jako polotovar nám posloužila kulatina velikosti největšího požadovaného průměru. Aby se tento polotovar dal upnout do čelistí strojního svěráku, byl vyroben přípravek pro uchycení válcového polotovaru. Polotovar byl do vysoustružené dutiny přípravku uchycen čtyřmi středícími šrouby.
Na následujícím obrázku je model polotovaru připevněného v přípravku i skutečný polotovar v přípravku uchycený na stole frézky v čelistích strojního svěráku.

Obr. 2 Model přípravku na uchycení polotovaru a uchycený polotovar v přípravku

Obr. 3 Přípravek a polotovar v přípravku

Model požadovaného tvaru byl navržen v prostředí Part Design. V jednom Part byla namodelována 3 tělesa. Jedno jako finální požadovaný tvar, druhé jako polotovar a třetím tělesem byl přípravek.

Obr. 4 Model součástky a model sestavy pro simulaci obrábění

Následně byla v modulu NC Machining definována dráha nástroje pro vyfrézování požadovaného tvaru. Použita byla strategie Power Machining. Obrábělo se čelní válcovou frézou D = 4 mm. Na závěr byly vyvrtány do tří výstupků 3 díry vrtákem D = 2 mm.

Obr. 5 Definování strategie obrábění Power machining

Obr. 6 Vizualizace dráhy nástroje

Obr. 7 Vizualizace obrábění

Po definování drah byla vygenerována numerická data pro řídící systém stroje Heidenhain a víčko bylo vyfrézováno do polotovaru tvaru válce.

Obr. 8 Obrábění polotovaru

Obr. 9 Vrtání děr a řez tělesem

Řezné podmínky byly následující:
– Rychlost posuvu stolu vf = 100 mm.min-1
– Otáčky vřetena n = 500 min-1

Obr. 10 Příklad použití víčka na laboratorním skle

Obr. 11 Další provedení víček na laboratorní přístroje

Závěr

Tímto způsobem byl definitivně vyřešen problém netěsnosti víček laboratorních lahví. Vyrobením víčka z jednoho kusu materiálu byly odstraněny závitové a lepené spoje. Tím se stalo víčko monolitickým a dokáže odolávat i extrémním chemicky agresívním vlivům. Takže i v tomto byl CAD/CAM ve spojení s CNC velmi účinným pomocníkem.

Autoři pracují na SjF TU v Košicích a na Ústavu geotechniky SAV v Košicích.

Literatura:

[1] Stanová, Eva: Axonometrické zobrazovanie. In: Základy strojného inžinierstva. Košice: TU, 2001, s. 25–30. ISBN 80-7099-661-7
[2] Olejníková, Tatiana: The linear circle-surfaces of revolution. In: Acta Avionica, roč. 8, č. 12 (2006), s. 74–80. ISSN 1335-9479
[3] Fabian, M., Spišák, E.,Ižol, P.: CAM a CNC, Teorie obrábění na základě virtuálního modelu, v Computer Design 4/2006, str. 22–25. Vydavatelství Computer Press, Brno, ČR, ISSN 1212-4389
[4] CATIA Numerical Control Mill Version 4, Interactive Functions, Reference Manual, Dassault Systèmes 1991

Autoři pracují na SjF TU v Košicích
a na Ústavu geotechniky SAV v Košicích