Frézování | 17. 5. 2019

Lineární pohony NSK v obráběcích centrech Modig přinášejí nový rozměr hrubování i obrábění na čisto

Vysokorychlostní obráběcí centra RigiMill od švédského výrobce Modig drží světový rekord ve vysokorychlostním frézování. V průběhu ukázky během firemního dne odebíral stroj 16 400 cm3 materiálu za minutu. Osy Y a Z stroje RigiMill mají dvojité pohony s chlazeným kuličkovým šroubem HMD od firmy NSK. Axiální ložiska a válečkové vedení os také dodala firma NSK.

Pro obráběcí centra určená pro letecký a kosmický průmysl je klíčovým parametrem rychlost úběru materiálu, protože je zde třeba z plného materiálu obrábět mnoho rozměrných komponent, jako
jsou např. žebra křídel a jiné konstrukční součásti. Např. díl o hmotnosti 100 kg je obráběn z hliníkového polotovaru o hmotnosti více než 4 t. To znamená, že je třebaodebrat 97,5 % materiálu.

Zákazníci chtějí ƒ co největší rychlost obrábění

Firma Modig Machine Tool AB se sídlem ve Virserumu ve Švédsku je dobře etablovaná na trhu vysokorychlostního obrábění materiálů, jako jsou hliník, titan, ocel a kompozity. Firma, která byla založena v roce 1947 dědečkem současného majitele a výkonného ředitele Davida Modiga, vyvíjí a vyrábí vysoce výkonné CNC stroje, které jsou využívány v leteckém průmyslu po celém světě, včetně firem Airbus, Boeing, SAAB, Sikorsky nebo Volvo Aero. Všechny stroje od firmy Modig jsou známé svou velkou rychlostí a přesností, a frézovací centrum RigiMill v tomto ohledu nastavuje nová měřítka. „Jedním z našich cílů bylo vyvinout první stroj typu dva v jednom v této výkonnostní třídě; jinými slovy frézku pro vysokorychlostní hrubování i frézování na čisto,“ vysvětluje David Modig. „A druhý cíl: RigiMill musí být nejrychlejší frézka na světě.

Stroj RigiMill po svém uvedení na trh dosáhl nového světového rekordu ve vysokorychlostním obrábění. Cílovým trhem je letecký průmysl. © foto: Modig Machine Tool

Tuhost jako předpoklad přesnosti

Tento cíl však nebyl samoúčelný – nešlo o to získat olympijskou medaili. David Modig říká: „Letecký průmysl se rychle rozvíjí a výrobci kontinuálně rozšiřují své kapacity, takže jsme chtěli našim zákazníkům dodat portálovou frézku s ještě kratšími dobami cyklu než dříve.“ Obrábění konstrukčních dílů letounů vyžaduje také velkou přesnost, takže tuhost os stroje je stejně důležitá jako rychlost, nebo dokonce ještě důležitější. Vřetena frézky RigiMill v ose Y a Z proto používají dvojité pohony s přesností nájezdu na pozici 0,5 μm. Dva elektrické motory pracují vrežimu master/slave.

„Pracujeme jen s těmi nejlepšími dodavateli“

Při výběru lineárních pohonů pro osy není rozhodnutí založeno vždy jen na technických specifikacích pohonné jednotky, jak vysvětluje David Modig: „Pracujeme jen s těmi nejlepšími dodavateli. V tomto případě hledáme uznávané dodavatele, jejichž pohonné jednotky vykazují tu nejvyšší přesnost a kteří současně poskytují vynikající podporu a starají se o vývoj inovací.“

S ohledem na tato kritéria jsme zvolili firmu NSK. Nebylo to žádné překvapení, protože všechny předchozí modely obráběcích center Modig byly vybaveny komponenty pohonů NSK. Ve spolupráci se švédským autorizovaným distributorem, firmou Acumo, navrhli odborníci NSK z Ratingenu konfiguraci pohonných jednotek, která bere v úvahu takové faktory, jako jsou požadovaný moment, rychlost, zrychlení a zvýšení teploty jež se v pohonné jednotce vyvíjí při vysokorychlostním obrábění.

Řada HMD byla vyvinuta speciálně pro vysokorychlostní obrábění. © foto: NSK

Kuličkové šrouby ƒpro vysokorychlostní obrábění

Za těchto podmínek jsou optimálním řešením kuličkové šrouby řady HMD s chlazenou maticí. Šrouby řady HMD, které jsou navržené speciálně pro použití při vysokorychlostním obrábění, podporují rychlost pohybu až 120 m/min. S nově vyvinutým recirkulačním systémem lze zvýšit rychlostní poměr d × n až na 160 000.

Pro uložení kuličkových šroubů se používají dvouřadá axiální kuličková ložiska s kosoúhlým stykem. © foto: NSK

Chlazení matice zvyšuje přesnost

Chlazení lineárního pohonu v matici, tedy přesně tam, kde je generováno teplo, zabraňuje zvýšení teploty, které by potenciálně mohlo mít nepříznivý vliv na přesnost obrábění.

Chlazení matice odvádí teplo přesně z místa, kde vzniká, a pomáhá tak udržovat velkou přesnost i při vysokých rychlostech. © foto: NSK

Při vývoji těchto lineárních pohonů s optimalizovaným chlazením musela firma NSK překonat množství konstrukčních obtíží. Odborníci NSK se např. vypořádali s tím, že vlivem chlazení dochází ke smrštění materiálu matice, jež může vyvolat v kuličkovém šroubu napětí. Po rozsáhlých testech přišli vývojoví inženýři NSK s chladicím systémem, u nějž chlazení nikdy během provozu žádné napětí v kuličkovém šroubu nezpůsobuje.

V osách Y a Z se používají kuličkové šrouby NSK s chlazenou maticí. © foto: Modig Machine Tool

Z jednoho zdroje: kuličkové šrouby, ložiska a válečková vedení

Kuličkové šrouby s chlazenou maticí jsou u stroje RigiMill použity v osách Y a Z. Dráha pohybu vose Y je 1 560 mm a v ose Z 900 mm. Kuličkové šrouby HMD jsou vybaveny kuličkovými ložisky BSBD od firmy NSK určenými právě pro tento druh použití. Tato ložiska v dvouřadém uspořádání s kontaktním úhlem 60° odolávajívelkým osovým zatížením v obou směrech. Současně vykazují velkou tuhost a přesnost, jež jsou požadovány zvláště pro moderní přesné obráběcí stroje.

Systémové řešení NSK je doplněno ve všech hlavních osách stroje RigiMill válečkovými vedeními RA. Ta jsou také charakterizována extrémní tuhostí a maximální zatížitelností a vytvářejí podmínky pro to, aby vřetena os pracovala hladce a s malými vibracemi, a to navzdory vysoké rychlosti a velkým silám při obrábění. Ideální čárový kontakt válečků nemění směr působení sil, protože čistě valivý pohyb nepřidává do pohonu žádnou třecí sílu.

Lineární vedení RA zaručují velkou přesnost ve všech hlavních osách.

Působivé ƒcelkové řešení

Komponenty NSK a celý pohonný systém splňují nejpřísnější požadavky, které klademe na naše dodavatele,“ konstatuje David Modig. „Významně přispívají k tomu, že stroje RigiMill pracují nejen s velkou přesností, ale také s extrémní rychlostí, která zkracuje dobu obrábění asnižuje náklady na obrobek.

Stroje RigiMill proto z hlediska zákazníka představují cenově výhodné řešení – jednoduše proto, že za danou dobu mohou vyrobit více konstrukčních dílů letadel. Jako příklad je možné uvést žebra křídel, kde byla zkrácena doba obrábění z 384 na 74 minut. Navíc, pokud jde o obrábění na čisto, umožňuje stroj dosáhnout drsnosti povrchu Ra = 0,8. Reakce zákazníků z oboru leteckého průmyslu jsou rovněž pozitivní. David Modig říká: „Ještě nikdy jsme po uvedení nové řady strojů neměli tak dobrou zpětnou vazbu. Stroje RigiMill si téměř okamžitě našly místo v investičních plánech velkých výrobců letadel a jejich dodavatelů.

Jistě k tomu přispěl i světový rekord, jehož bylo dosaženo při předvádění stroje zákazníkům v říjnu 2017. Stroj RigiMill přitom odebíral 16 400 cm3 materiálu za minutu. Vřeteno poháněné 180kW motorem se otáčelo rychlostí 30 000 otáček za minutu. Krátce po dosažení tohoto rekordu přišly první objednávky, které firmu Modig přiměly ke zvýšení její výrobní kapacity – stejně jako se zvyšují kapacity významných výrobců v leteckém průmyslu. V současné době sestaví nová výrobní hala.

www.nsk.com