VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ
ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE
TECHNOLOGIE I
TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ – 2. část
Studijní opory pro magisterskou formu studia
Doc. Ing. Anton Humár, CSc.
2004
OBSAH
1. Vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování .……………………………………….. 3
1.1. Vrtání ……………………………………………………………………………..... 3
1.1.1. Průřez třísky ………………………………………………………………… 6
1.1.2. Řezné síly …………………………………………………………………… 7
1.1.3. Jednotkový strojní čas ………………………………………………………. 8
1.1.4. Nástroje ……………………………………………………………………... 8
1.1.5. Vrtačky ……………………………………………………………………… 17
1.2. Vyhrubování ……………………………………………………………………….. 19
1.3. Vystružování ……………………………………………………………………….. 21
1.4. Zahlubování ………………………………………………………………………... 24
2. Vyvrtávání ……………………………………………………………………………..... 27
2.1. Nástroje …………………………………………………………………………….. 28
2.2. Obráběcí stroje ……………………………………………………………………... 34
3. Hoblování a obrážení …………………………………………………………………..... 35
3.1. Hoblování …………………………………………………………………………... 36
3.2. Obrážení …………………………………………………………………………..... 39
4. Protahování a protlačování ……………………………………………………………… 42
4.1. Nástroje pro protahování a protlačování …………………………………………… 43
4.2. Stroje pro protahování ……………………………………………………………... 45
5. Výroba závitů …………………………………………………………………………… 46
5.1. Řezání závitů ……………………………………………………………………….. 46
5.2. Soustružení závitů ………………………………………………………………….. 49
5.3. Frézování závitů ……………………………………………………………………. 52
5.4. Broušení závitů …………………………………………………………………….. 56
5.5. Tváření závitů ……………………………………………………………………… 57
6. Výroba ozubení ………………………………………………………………………….. 59
6.1. Obrábění čelních ozubených kol …………………………………………………… 59
6.1.1. Frézování dělicím způsobem ………………………………………………... 59
6.1.2. Frézování odvalovacím způsobem ………………………………………….. 61
6.1.3. Obrážení hřebenovým nožem ……………………………………………….. 67
6.1.4. Obrážení kotoučovým nožem ……………………………………………….. 69
6.1.5. Protahování ………………………………………………………………….. 71
6.1.6. Ševingování…………………………………………………………………... 71
6.1.7. Broušení …………………………………………………………………….. 73
6.1.7.1. Broušení dělicím způsobem tvarovými kotouči …………………… 73
6.1.7.2. Broušení dělicím způsobem s odvalem boku zubu ………………… 74
6.1.7.3. Broušení odvalovacím způsobem ………………………………….. 76
6.2. Obrábění kuželových kol …………………………………………………………... 77
6.2.1. Kola s přímými a šikmými zuby ……………………………………………. 77
6.2.1.1. Frézování tvarovou frézou …………………………………………. 77
6.2.1.2. Frézování nožovými hlavami ………………………………………. 78
6.2.1.3. Obrážení podle šablony …………………………………………….. 79
6.2.1.4. Obrážení dvěma noži ………………………………………………. 79
6.2.1.5. Protahování ………………………………………………………… 80
6.2.2. Kola se zakřivenými zuby …………………………………………………... 81
6.2.2.1. Způsob Gleason ……………………………………………………. 81
1
6.2.2.2. Způsob Oerlikon …………………………………………………… 83
6.2.2.3. Způsob Klingelnberg ………………………………………………. 83
6.3. Obrábění šneků a šnekových kol …………………………………………………... 85
7. Dělení materiálu ………………………………………………………………………… 86
7.1. Dělení rozřezáváním ……………………………………………………………….. 87
7.1.1. Dělení na rámových pilách ………………………………………………….. 87
7.1.2. Dělení na kotoučových pilách ………………………………………………. 88
7.1.3. Dělení na pásových pilách …………………………………………………... 89
7.2. Dělení rozbrušovacím kotoučem …………………………………………………... 91
7.3. Dělení třecím kotoučem ……………………………………………………………. 91
7.4. Dělení stříháním a lámáním ………………………………………………………... 91
7.5. Tepelné dělení ……………………………………………………………………… 93
8. Použitá literatura ………………………………………………………………………… 95
2
1. VRTÁNÍ, VYHRUBOVÁNÍ, VYSTRUŽOVÁNÍ, ZAHLUBOVÁNÍ
Vrtání je výrobní metoda, kterou se zhotovují díry zplna, nebo zvětšují již předpracované
díry (předvrtané, předlité, předlisované, předkované, atd.). Hlavní pohyb je rotační a
vykonává ho obvykle nástroj (vrták), méně často obrobek. Osa vrtáku je zpravidla kolmá
k obráběné ploše, na které vrták vstupuje do obráběného materiálu. Posuvový (vedlejší) pohyb,
ve směru své osy, vykonává vrták.
Při vyhrubování, vystružování a zahlubování se využívají analogické pohyby nástroje
pro dosažení vyšších kvalitativních parametrů obráběných děr (odchylky jmenovitého průměru,
kruhovitost, válcovitost, struktura povrchu). Při zahlubování se provádí úprava tvarů konců
děr a ploch k nim přilehlých.
Charakteristickou vlastností všech nástrojů na díry je, že řezná rychlost se podél hlavního
ostří, ve směru od obvodu ke středu nástroje, zmenšuje (v ose nástroje dosahuje nulovou
hodnotu). Za řeznou rychlost se proto považuje obvodová rychlost na jmenovitém (největším)
průměru nástroje. Hodnoty řezné rychlosti vc, posuvové rychlosti vf a rychlosti řezného pohybu
ve se vyjádří na základě vztahů:
vc = π . D . n . 10-3
[m min-1
], (1.1)
vf = f . n [mm min-1
], (1.2)
2232
f
2
ce f)D.(.n.10vvv +π=+= −
[m min-1
], (1.3)
kde: D [mm] je průměr obráběné díry,
n [min-1
] jsou otáčky nástroje (případně obrobku),
f [mm] je posuv nástroje na jednu otáčku.
Protože vrtáky a zejména výhrubníky, výstružníky a záhlubníky jsou vždy vícebřité
nástroje, lze ve všech případech definovat i hodnotu posuvu na zub fz:
z
f
fz = [mm], (1.4)
kde z [-] je počet zubů (břitů) nástroje.
1.1. VRTÁNÍ
Podle technologie vrtání a druhu, konstrukce a geometrie použitého vrtáku lze vrtání
rozdělit na:
• navrtávání začátku díry středicím vrtákem do plného materiálu - obr. 1.1,
• vrtání krátkých děr (poměr D/L=1/5÷1/10, kde D je průměr díry, L je délka díry) do plného
materiálu; používají se vrtáky šroubovité, kopinaté, s vyměnitelnými špičkami a s vyměnitelnými
břitovými destičkami,
• vrtání krátkých děr do předpracovaných děr; používají se stejné vrtáky jako v předchozím
případě, výjimečně i vrtáky dělové a hlavňové,
• vrtání hlubokých děr (poměr D/L>1/10) do plného materiálu nebo předpracovaných děr;
používají se vrtáky dělové, hlavňové, ejektorové, BTA, STS, u děr malých průměrů i vrtáky
šroubovité,
• vrtání průchozích děr, zejména větších průměrů, „na jádro“, tj. odřezáváním obráběného
materiálu ve tvaru mezikruží jednobřitým nebo vícebřitým korunkovým (trepanačním) vrtákem
- obr. 1.2,
3
• speciální případy vrtání, např. vrtání děr v plechu (termální tvářecí vrták = hladký kuželový
hrot ze slinutého karbidu - obr. 1.3, vrták do plechu pro široký rozsah průměrů - obr.
1.4a, odstupňovaný vrták do plechu - obr.1.4b), vrtání odstupňovaných děr (odstupňovaný
vrták - obr. 1.5), vrtání díry se současným vystružováním, závitováním, zahlubováním
(obr. 1.6) nebo hlazením (sdružené nástroje),
• vrtání děr v těžkoobrobitelných, kompozitních a nekovových materiálech (plastické hmoty,
pryže, beton, kámen, cihly) pomocí vrtáků se speciální konstrukcí nebo geometrií.
Obr. 1.1 Středicí vrtáky
Obr. 1.2 Korunkový vrták
4
Obr. 1.3 Termální vrtání díry v tenkostěnném ocelovém profilu
Obr. 1.4 Vrtáky do plechu německé firmy Ruko Obr. 1.5 Odstupňovaný vrták
a) širokorozsahový, b) odstupňovaný
5
Obr. 1.6 Sdružený nástroj firmy Sandvik-Coromant pro vrtání a dvojité zahlubování
1.1.1. Průřez třísky
Parametry průřezu třísky pro základní případy vrtání jsou uvedeny na obrázku č.1.7,
jmenovitý průřez třísky, odebíraný jedním břitem šroubovitého vrtáku, se vyjádří podle vzta-
hu:
2
f
.ah.bA pDDD == [mm2
], (1.5)
kde: bd [mm] je jmenovitá šířka třísky,
hd [mm] je jmenovitá tloušťka třísky,
ap [mm] je šířka záběru ostří,
f [mm] je posuv na otáčku.
Obr. 1.7 Průřez třísky při vrtání dvoubřitým šroubovitým vrtákem
Pro vrtání do plného materiálu je šířka záběru ostří ap=D/2, pro vrtání do předpracované
díry ap=(D-d)/2. Po dosazení do (1.5) dostane rovnice pro výpočet průřezu třísky, odebírané
jedním břitem nástroje při vrtání do plného materiálu, konečný tvar:
4
f.D
AD = [mm2
] (1.6)
a při vrtání do předpracované díry konečný tvar:
6
4
f.)dD(
AD
−
= [mm2
]. (1.7)
Celkový průřez třísky při vrtání do plného materiálu se pro dvoubřitý nástroj vypočítá
podle vztahu:
2
f.D
AD = [mm2
] (1.8)
a při vrtání do předpracované díry podle vztahu:
2
f.)dD(
AD
−
= [mm2
]. (1.9)
Jmenovité hodnoty parametrů průřezu třísky při vrtání šroubovitým vrtákem se vyjádří
pomocí následujících vztahů:
jmenovitá tloušťka třísky rD sin.
2
f
h κ= [mm], (1.10)
jmenovitá šířka tříska při vrtání do plného materiálu
r
D
sin.2
D
b
κ
= [mm], (1.11)
jmenovitá šířka tříska při vrtání do předpracované díry
r
D
sin.2
dD
b
κ
−
= [mm]. (1.12)
1.1.2. Řezné síly
Při vrtání standardním šroubovitým nebo kopinatým
vrtákem je materiál oddělován současně
dvěma břity nástroje, symetricky postavenými vůči
jeho ose. Výsledné síly jsou pak tvořeny součtem
nebo rozdílem hodnot na obou břitech nástroje (obr.
1.8):
posuvová síla Ff = Ff1 + Ff2 [N], (1.13)
pasivní síla Fp = Fp1 - Fp2 [N], (1.14)
řezná síla Fc = Fc1 + Fc2 [N]. (1.15)
Pokud je vrták správně a přesně naostřen,
jsou síly na obou břitech shodné:
Ff1 = Ff2 = Ff/2 [N], (1.16)
Fp1 = Fp2 = Fp/2 [N] (1.17)
a proto Fp = 0,
Fc1 = Fc2 = Fc/2 [N]. (1.18)
Podobně, jako u soustružení, lze i při vrtání
stanovit jednotlivé síly (odpory) pro celý nástroj
pomocí následujících empirických vztahů:
fFfF
f
yx
Ff f.D.CF = [N], (
CF =
1.19)
[N], (1.20) Obr. 1.8 Řezné síly při vrtánícFcF
c
yx
Fc f.D.
7
kde: -] jsou
D [mm] j
f [mm] je
.18) a s využitím (1.20) lze pro výpočet krouticího momentu
k ose vrtáku odvodit empirický vztah (1.21):
cf FF C,C [ konstanty, vyjadřující zejména vliv obráběného materiálu,
cf FF x,x [-] jsou exponenty, vyjadřující vliv průměru vrtáku,
cf FF y,y [-] jsou exponenty, vyjadřující vliv posuvu na otáčku,
e průměr vrtáku,
posuv na otáčku.
Za předpokladu, že platí (1
cFcFcFcF
c
y)1x(yx
Fc
c
k
1
f.D.C.
4
1
D.F.
4
1
4
D
.
2
F
.2M
+
=== cF f.D.C.
4
D. = ,
pro zjednodušení MF CC.
4
1
c
= , MF x1x c
=+ ,
y
f [N mm]. (1.21)
Řezný výkon při vrtání
Mx
Mk .D.CM = cF
se určí ze vztahu:
5
cc
3
cc
c
10.2,110.60.2
P == [kW],
v.Fv.F
(1.22)
kde: vc [m min-1
] je řezná ryc
.1.3. Jednotkový strojní čas
hlost, stanovená podle vztahu (1.1).
1
Jednotkový strojní čas při vrtání průchozí díry se
yjádří na základě obrázku č.1.9 pomocí vztahu:v
f.n
lllL
t
pn
AS
++
== [min], (1.
vf
23)
kde: ln [mm] je náběh v
l [mm] je délka vrtané díry,
chlost,
u,
Pro s 2κr=118º bude
.1.4. Nástroje
rtáku,
lp [mm] je přeběh vrtáku,
vf [mm min-1
] je posuvová ry
n [min-1
] jsou otáčky vrták
f [mm] je posuv na otáčku.
tandardní vrtáky s úhlem špičky
lp= 0,5D . tg 31º + (0,5÷1,0) ≅ 0,3D + (0,5÷1,0) [mm]
a hodnota ln= (0,5÷1,0) [mm].
Obr. 1.9 Dráha vrtáku
1
Podle technologie vrtání a druhu, konstrukce a geometrie nástroje lze vrtáky rozdělit
o několika hlavních skupin:
stře
ji používané, obr. 1.10, 1.12 až 1.14),
),
d
• dicí vrtáky (obr. 1.1),
• šroubovité vrtáky (nejčastě
• kopinaté vrtáky (obr. 1.15
8
• vrtáky s vyměnitelnou špičkou (obr. 1.16, 1.17),
• vrtáky s vyměnitelnými břitovými destičkami (obr. 1.18, 1.19),
,
iation, obr. 1.28) nebo STS (Single Tube System,
• vrtáky (obr. 1.5),
1.6).
• korunkové vrtáky (obr. 1.2),
• dělové a hlavňové vrtáky (obr. 1.21),
• ejektorové vrtáky (obr. 1.24)
• BTA (Boring and Trepanning Assoc
1.29) vrtáky,
• vrtáky do plechu (obr. 1.3, 1.4),
odstupňované
• speciální sdružené nástroje (obr.
Obr. 1.10 Základní parametry šroubovitého vrtáku
9
Nejčastěji používaným nástrojem pro vrtání krátkých děr je šroubovitý vrták (obr.
1.10), na jehož válcovitém těle jsou vytvořeny obvykle dvě protilehlé šroubovité drážky pro
odvod třísky. Vrtáky určené pro vrtání ocelí a litin běžné pevnosti a tvrdosti mají úhel stoupání
šroubovice drážek 27º ±5º, větší úhel (42º ±5º) mají vrtáky pro vrtání materiálů s vysokou
houževnatostí (např. měkké cementační oceli, slitiny hliníku bez přísady Si, termoplasty),
menší úhel (12º ±5º) vrtáky pro vrtání tvrdších materiálů, dávajících drobivou třísku (bronz,
mosaz, slitiny hořčíku, tvrdá pryž, bakelit, skelný laminát, tvrzený papír, umakart, novodur,
silon, polystyrén, plexisklo).
Po vytvoření drážek zůstane na vrtáku jádro o průměru 0,25 až 0,5x D, které zajišťuje
jeho pevnost v kroucení a na vzpěr. Pro zmenšení tření vrtáku ve vrtané díře jsou jeho vedlejší
hřbety odlehčeny na menší průměr (jmenovitý průměr je zachován pouze na úzké hřbetní fazetce)
a tělo vrtáku se směrem ke stopce mírně kuželovitě zužuje. Úhel špičky u běžného
šroubovitého vrtáku, určeného pro vrtání běžných nelegovaných ocelí střední pevnosti a litin
střední tvrdosti, dosahuje hodnotu εr=2κr=118º, pro vrtání těžkoobrobitelných materiálů 140º,
pro vrtání plastů a tvrdých pryží 90º. Někdy se špička vrtáku vybrušuje pod dvojitým úhlem,
např. 90º a 120º (zejména pro vrtání materiálu s horší obrobitelností), což snižuje opotřebení
nástroje v důsledku snížení jeho tepelného namáhání, dochází i ke snížení posuvové síly.
Hlavní ostří vrtáku jsou spojena příčným ostřím, které vzhledem k nepříznivé geometrii
břitu a pracovním podmínkám v daném místě nástroje výrazně zvyšuje krouticí moment a
zejména posuvovou sílu. Proto jsou u většiny současných šroubovitých vrtáků aplikovány
různé úpravy příčného ostří (zkrácení pomocí podbroušení), nebo je nástroj konstruován tak,
že příčné ostří je zcela odstraněno.
Šroubovitý vrták má poměrně složitou geometrii břitů, protože nástrojové úhly hřbetu
i čela jsou podél hlavního ostří proměnné. Pokud má např. nástrojový ortogonální úhel čela
v řezu vedeném na obvodu nástroje hodnotu γo=+20º, v řezech směrem ke středu se tato hodnota
zmenšuje a v ose nástroje může dosahovat nulové nebo dokonce záporné hodnoty. To je
z hlediska procesu řezání velmi nevýhodné, zejména s přihlédnutím k nulové hodnotě řezné
rychlosti v ose nástroje. Průběh úhlů hřbetu a čela podél hlavních ostří je ovlivněn způsobem
podbroušení hlavních hřbetů, které může být realizováno podle kuželové, válcové, šroubovité
nebo rovinné plochy (obr. 1.11).
Obr. 1.11 Způsoby podbroušení hřbetních ploch šroubovitých vrtáků
10
Šroubovité vrtáky jsou nejčastěji vyráběny z rychlořezných ocelí, pro těžší podmínky
obrábění jsou určeny vrtáky s pájenými SK břitovými destičkami a vrtáky z monolitních slinutých
karbidů bez povlaků, nebo častěji s otěruvzdornými povlaky, většinou na bázi TiN
(obr. 1.12). Mohou mít šroubovité díry pro centrální přívod řezné kapaliny (obr. 1.13), vyrábějí
se i v provedení se třemi břity (obr. 1.14).
Obr. 1.12 Monolitní SK vrták firmy
Gühring s povlakem TiN
Obr. 1.13 Vrták firmy Klenk s centrálním
přívodem řezné kapaliny Obr. 1.14 Tříbřitý šroubovitý vrták
Kopinaté vrtáky (obr. 1.15) mají vysokou tuhost a umožňují bez předchozího navrtávání
vrtat díry o průměru 10 až 128 mm (závisí na sortimentu daného výrobce), do poměru
délky k průměru L/D=3/1. Většina současných kopinatých vrtáků umožňuje vnitřní přívod
řezné kapaliny. Parametry drsnosti povrchu vyvrtané díry jsou horší než po vrtání šroubovitým
vrtákem.
Vyměnitelné břitové destičky mají speciální tvar a mohou být vyrobeny
z rychlořezných o celí nebo slinutých karbidů (včetně povlakovaných). Obvykle mají nástrojový
úhel nastavení hlavního ostří κr=66°, pro spolehlivé dělení odebírané třísky jsou na obou
jejich hlavních hřbetech vybroušeny dělicí drážky. Pro snížení tření ve vrtané díře jsou na
hlavních hřbetech destiček vytvořeny fazetky.
Obr. 1.15 Kopinaté vrtáky SHARK-Drill německé firmy Arno
Vrtáky s vyměnitelnou špičkou jsou vyráběny ve dvou základních konstrukčních provedeních
- se špičkou ve formě břitové destičky (obr. 1.16) nebo hlavice (obr. 1.17). V některých
případech umožňují centrální přívod řezné kapaliny přímo do místa řezu, špičky (destičky
i hlavice) jsou vesměs vyráběny ze slinutých karbidů (většinou povlakovaných). Hlavice
mají různou geometrii, podle obráběného materiálu a požadavků technologické operace, pro
kterou jsou určeny.
11
Obr. 1.16 Vrtáky s vyměnitelnou destičkou: a) Gühring, b) Walter Xtra.tec,
c) Mitsubishi TAW, d) Kennametal KSEM, e) Kyocera Magic-Drill Mini,
Obr. 1.17 Vrtáky s vyměnitelnou hlavicí: a) Seco CrownLoc, b) Iscar ChamDrillJet
Vrtáky s vyměnitelnými břitovými destičkami (obr. 1.18, 1.19) mají několik břitových
destiček ze slinutých karbidů (s pozitivní geometrií čela), upnutých v tělese držáků pomocí
šroubů se zapuštěnou hlavou. Protože řezná rychlost podél hlavního ostří není u vrtáků konstantní,
jsou obvodové destičky, které pracují s vyšší řeznou rychlostí, někdy vyrobeny
z materiálu s vyšší odolností proti opotřebení (povlakovaný SK) a středové destičky, které
pracují s nízkou řeznou rychlostí, z nepovlakovaného SK. U takovýchto nástrojů je pak trvanlivost
obou typů destiček přibližně stejná a po jejím ukončení jsou současně vyměněny použité
břity všech destiček.
Tvary používaných břitových destiček jsou velmi rozmanité, tak aby byly zlepšeny
nepříznivé pracovní podmínky, které jsou vlastní vrtacím operacím (problémy s dělením třísky
a jejím odvodem z místa řezu, tepelné a mechanické zatížení vrtáku, atd.). Někteří výrobci
používají břitové destičky se čtyřmi břity, z nichž dva jsou využitelné při montáži destičky
v obvodové poloze a dva ve středové poloze.
U nástrojů větších průměrů jsou břitové destičky upínány do tělesa nástroje prostřednictvím
výměnných kazet, což umožňuje určitou změnu jmenovitého průměru beze změny
12
tělesa vrtáku. Prakticky všechny vrtáky s vyměnitelnými břitovými destičkami jsou vybaveny
centrálním přívodem řezné kapaliny, většina z nich může být mimo vrtání použita i pro soustružení
vnitřních i vnějších válcových ploch a čelních rovinných ploch (obr. 1.20).
Obr. 1.18 Vrtáky firmy Sandvik-Coromant
Obr. 1.19 Vrtáky firmy Komet
13
Obr. 1.20 Pracovní možnosti vrtáku s vyměnitelnými břitovými destičkami
Dělové a hlavňové vrtáky se používají pro vrtání hlubokých děr. Dělové vrtáky se používají
pro menší hloubky, protože nástroj se musí vždy po vyvrtání určité hloubky vytáhnout,
aby se z díry odstranily třísky (vrták má geometrii, která nezajišťuje odvod třísek). Hlavňové
vrtáky (obr. 1.21) jsou určeny pro vrtání přesnějších děr. Řezná část nástroje (z rychlořezné
oceli nebo slinutého karbidu) je připájena na trubku nebo tyč potřebné délky. Někdy je řezná
část tvořena připájenými břitovými destičkami, spolehlivé středění zajišťují vodítka, rovněž
připájená k tělesu vrtáku. Řezná kapalina je přiváděna dírami v tělese vrtáku a zaručuje vyplavování
vznikajících třísek (obr. 1.22). Pro vrtání pomocí dělových a hlavňových vrtáků se
používají speciálně upravené soustruhy (obr. 1.23).
Obr. 1.21 Geometrie hlavňových vrtáků D=4÷32 mm firmy Iscar
14
Obr. 1.22 Odvod třísky při vrtání hlavňovým vrtákem
Obr. 1.23 Zařízení pro vrtání hlavňovým vrtákem
Ejektorový vrták se skládá z vrtací hlavice (obr. 1.24), která je našroubována do vnější
vrtací trubky. Řezná kapalina je přiváděna k břitům nástroje mezikružím mezi vnější a vnitřní
trubkou, přičemž její malé množství, odcházející štěrbinami v zadní části vnitřní trubky, způsobuje
ejektorový efekt (nasávání kapaliny směrem od břitů vrtáků a strhávání vznikajících
třísek - obr. 1.25). Pomocí ejektorových vrtáků lze vrtat díry o průměru 20 až 60 mm, v délce
až 100x D (horizontálně) nebo 50x D (vertikálně). Systém může být aplikován na konvenčních
obráběcích strojích (obr. 1.26), NC nebo CNC soustruzích, i na obráběcích centrech.
Obr. 1.24 Hlavice ejektorových vrtáků německé firmy Botek
15
Obr. 1.25 Princip ejektorového vrtání
Obr. 1.26 Zařízení pro ejektorové vrtání
Obr. 1.27 Princip funkce BTA a STS vrtáku
16
BTA nebo STS vrtáky umožňují vrtat do plného materiálu, předvrtané díry i metodou
„na jádro“ a lze je použít pro větší rozsahy vrtaných průměrů než vrtáky ejektorové. Vrtací
hlavice do plného materiálu jsou vyráběny až do průměru 180 mm, vrtací hlavice pro vrtání
„na jádro“ v rozsahu průměrů 120 až 300 mm. Řezná kapalina je u tohoto typu vrtáků přiváděna
mezerou mezi stěnou vrtané díry a trubkou vrtáku a spolu se vznikající třískou odváděna
středem trubky (obr. 1.27). Proto musí být tlaková hlava pro přívod řezné kapalina utěsněna
z obou stran (obr. 1.30), těsnění se nachází i na čelní ploše obrobku, kde vrták vstupuje do
obráběného materiálu.
Obr. 1.28 BTA vrták Obr. 1.29 STS vrtací hlavice Corodrill 800
Obr. 1.30 Zařízení pro STS vrtání
1.1.5. Vrtačky
Vrtání, ale také vyhrubování, vystružování a zahlubování se nejčastěji provádí na vrtačkách.
V případě potřeby se uvedené metody realizují též na soustruzích, vodorovných vyvrtávačkách
a obráběcích centrech.
17
Vrtačky se podle konstrukčního provedení člení na ruční, stolní, sloupové, stojanové,
otočné, vodorovné na hluboké díry a speciální. Velikost vrtaček se posuzuje podle maximálního
průměru díry, kterou lze na vrtačce vrtat zplna do oceli střední pevnosti.
Stolní vrtačky (obr. 1.31) mají velmi jednoduchou konstrukci. Vřeteník, který nese
motor, je posuvný po krátkém sloupu, takže lze snadno nastavovat jeho výškovou polohu
vzhledem k pracovnímu stolu. Otáčky vřetena se mění pomocí stupňovité řemenice, na které
se ručně přemísťuje klínový řemen. Posuv vřetene s nástrojem je obvykle ruční. Stolní vrtačky
se vyrábí ve velikostech V6, 10, 16 a 20, jako jednovřetenové nebo řadové, s uspořádáním
vřeten v jedné řadě na společném stole.
Sloupové vrtačky (obr. 1.32) umožňují vertikální posuv vřeteníku i pracovního stolu
po sloupu, který je jejich základním konstrukčním prvkem. Otáčky vřetena lze stupňovitě
regulovat pomocí vestavěné převodovky, posuv vřetena je mechanický. Menší součásti se
upínají na pracovní stůl, větší na základovou desku vrtačky. Stojanové vrtačky se od sloupových
vrtaček liší tím, že pracovní stůl i vřeteník se výškově přesouvají po vedení stojanu, který
má skříňovitý průřez.
Obr. 1.31 Stolní vrtačka Obr. 1. 32 Sloupová vrtačka
Otočné vrtačky se používají pro vrtání děr do těžších a rozměrnějších obrobků. Jejich
charakteristickou součástí je rameno, na němž se po vedení pohybuje ve vodorovném směru
pracovní vřeteník. Rameno se u většiny otočných vrtaček pohybuje svisle po vedení stojanu
skříňovitého průřezu (obr. 1.33), který je otočně uložen na vnitřním sloupu. U některých pro-
18
vedení otočných vrtaček je rameno uloženo točně i suvně na přesně broušeném sloupu (obr.
1.34).
Montážní vrtačky jsou zvláštním provedením otočných vrtaček. Jsou přenosné a používají
se v montážních dílnách. Obrobek se upíná na pevný pracovní stůl nebo stavitelnou
kostku. Nastavení libovolného vyložení vřeteníku na rameni a možnost otáčení ramena
v rozsahu 360° umožňuje provádět vrtací operace ve velkém prostoru kolem vrtačky.
Speciální vrtačky se využijí pro specializované vrtací operace. Patří sem vrtačky na
hluboké díry, souřadnicové vrtačky, vícevřetenové vrtačky, stavebnicové vrtačky s vrtacími
hlavami, apod.
Obr. 1.33 Otočná vrtačka: 1-stojan, 2-vřeteník, 3-rameno, Obr. 1.34 Otočná vrtačka
4-vřeteno, 5-upinací kostka, 6-základová deska
1.2. VYHRUBOVÁNÍ
Protože vrtání je hrubovací operace, má vyvrtaná díra většinou špatné geometrické
parametry (velká tolerance jmenovitého průměru, špatná kruhovitost i válcovitost, případně i
vychýlení osy z požadovaného směru) a vysokou drsnost obrobeného povrchu. Při vyšších
požadavcích na výslednou kvalitu vyrobené díry je proto třeba použít další obráběcí operace a
to vyhrubování a vystružování.
Díry do průměru 10 mm se pouze vystružují, větší díry se vyhrubují a pak vystružují.
Je tedy zřejmé, že vyhrubování nikdy není konečnou obráběcí operací a vždy po něm musí
následovat vystružování. Úkolem vyhrubování je zpřesnění geometrických parametrů obráběné
díry, úkolem vystružování je komplexní výroba přesné díry s požadovanými geometrickými
parametry a drsností povrchu obrobené plochy. Přídavky pro vyhrubování a vystružování
závisí především na požadované kvalitě obrobené díry, ale i na druhu obráběného a nástrojového
materiálu, konstrukci nástroje a dalších činitelích.
19
Jmenovité hodnoty průměrů vrtáků, výhrubníků a výstružníků pro výrobu přesných
děr různých průměrů jsou uvedeny v tabulce 1.1.
Tab. 1.1 Jmenovité průměry nástrojů pro výrobu přesných děr
Jmenovitý průměr [mm]
Díra Vrták Výhrubník Výstružník
4 3,8 - 4
6 5,8 - 6
8 7,8 - 8
10 9,8 - 10
12 11,25 11,80 12
14 13,25 13,80 14
16 15,25 15,80 16
18 17,00 17,80 18
20 19,00 19,75 20
22 20,50 21,75 22
24 22,25 23,75 24
26 24,25 25,75 26
28 26,25 27,75 28
30 28,25 29,75 30
Obr. 1.35 Výhrubníky: a) stopkový; b),c) nástrčné; 1-řezný kužel, 2-tělo, 3-upínací stopka,
4-upínací díra, 5-pájené břitové destičky ze slinutého karbidu
Obr. 1.36 Tvar a geometrie zubu výhrubníku z rychlořezné oceli
20
Výhrubníky jsou vícebřité nástroje (obvykle mají čtyři břity, u větších průměrů 5 i více
břitů), vyráběné ve dvou konstrukčních provedeních - jako stopkové (obr. 1.35a, do jmenovitého
průměru D=32 mm, kuželová stopka) a nástrčné (obr. 1.35b, 1.35c, od jmenovitého
průměru D= 24 mm). Zuby jsou většinou frézované, v pravé šroubovici, nástrojovým materiálem
jsou rychlořezné oceli 19 800 nebo 19 830. Stopkové výhrubníky mají tělo z kvalitní
konstrukční oceli a z rychlořezné oceli je vyrobena pouze jejich řezná část, která je k tělu přivařena
tupým svarem. Oba typy výhrubníků mohou mít připájené břity ze slinutých karbidů
(v tomto případě je celé těleso nástroje vyrobeno z konstrukční oceli).
Doporučený tvar a geometrie zubu výhrubníku z rychlořezné oceli jsou uvedeny na
obrázku 1.36, doporučené hodnoty příslušných nástrojových úhlů v tabulce 1.2. V závislosti
na průměru nástroje se volí délka řezného kužele l1=1÷3 mm, délka vodicí části
l2=(0,75÷0,80)l a šířka fazetky bα=1÷3 mm. U výhrubníků s břity ze slinutých karbidů má
úhel sklonu šroubovice hodnotu ω=10°, nástrojový ortogonální úhel čela hodnotu γo=5°.
Ostatní parametry jsou stejné jako u výhrubníků z rychlořezných ocelí.
Tab. 1.2 Doporučená geometrie břitu výhrubníku z RO
Úhel
Obráběný materiál
ω [º] αo [º] κr [º] κr' [']
Oceli Rm=600÷800 MPa 8 ÷ 12 8
Oceli Rm=800÷1200 MPa 0 ÷ 5 6
60
Šedé litiny 6 ÷ 8 8
Tvrzené litiny 0 ÷ 5 6
45
Hliníkové slitiny 25 ÷ 30 10 60
2 ÷ 5
1.3. VYSTRUŽOVÁNÍ
Vystružování je dokončovací operace pro výrobu přesných děr s předepsanými geometrickými
parametry a drsností povrchu obrobené plochy. Přídavek na vystružování nesmí
být příliš malý, protože nástroj by v tomto případě obráběný materiál neodřezával, ale pouze
vytlačoval a vytvořená díra by neměla požadovaný kruhový průřez (vznikal by mnohohran),
ani požadovanou drsnost povrchu. Navíc by docházelo k velmi rychlému opotřebení jednotlivých
břitů výstružníku. V praxi se proto přídavek na průměr vystružované díry obvykle určuje
podle vztahu:
p = 0,1 + 0,005 . D [mm], (1.24)
kde: D [mm] je jmenovitý průměr vystružované díry.
S malými hodnotami přídavku na vystružování souvisí i nutnost přesného broušení
výstružníků tak, aby jejich břity byly co nejostřejší, s poloměrem zaoblení ostří menším než
rn=10 µm. Toho lze dosáhnout pečlivým broušením a lapováním břitů.
Výstružníky mají zuby přímé nebo ve šroubovici, s úhlem stoupání ω=5º÷20°. Pracovní
část se podobně jako u výhrubníků skládá z řezného kužele a válcové části (obr. 1.37,
1.38). U výstružníků s přímými zuby se s výhodou používá nerovnoměrná rozteč zubů, která
zabezpečuje dobrou kruhovitost díry a vysokou kvalitu jejího povrchu. Počet zubů výstružníku
závisí na jeho průměru a pohybuje se v rozsahu od 4 do 18.
Podle způsobu práce lze výstružníky rozdělit na ruční a strojní, podle způsobu upínání
na stopkové (válcová nebo kuželová stopka) a nástrčné - obr. 1.39 až 1.41.
21
Obr. 1.37 Tvar a geometrie zubu ručního výstružníku
Obr. 1.38 Tvar a geometrie zubu strojního výstružníku
Tab. 1.3 Doporučené hodnoty úhlů hřbetu a čela pro strojní výstružníky z RO
Obráběný materiál α [º] γ [º] Sklon zubů
Oceli Rm=700 MPa 5 ÷ 7 0 přímé zuby
Oceli Rm=1000 MPa 3 ÷ 5 levá šroubovice, ω = 6º
Austenitické oceli
5 ÷ 6
5 ÷ 6 pravá šroubovice, ω = 6º
Slitiny hliníku, tvářené 8 ÷ 10 8 ÷ 10 levá šroubovice, ω = 10º
Slitiny hliníku, slévárenské 10 ÷ 12 0 přímé zuby
Tab. 1.4 Doporučené hodnoty vybraných parametrů zubů strojních výstružníků z RO
Rozměry [mm] UhlyPrůměr
výstružníku l1 l2 bα bα1 αo1 [º] αo2 [º] κr' [']
2 ÷ 3 0,3 0,1 0,15
3,0 ÷ 5,5 0,5 0,2 0,25
8 25
5,5 ÷ 8,0 0,8 7 16
8 ÷ 30 1,0 6 12
30 ÷ 60 1,5
0,3 0,35
5 10
60 ÷ 125 2,0 4
125 ÷ 200 2,5
0,75 x l
0,4 0,40
3
8
1 ÷ 3
22
Obr. 1.39 Výstružníky
Ruční výstružníky jsou vyráběny zpravidla s válcovou stopkou zakončenou čtyřhranem.
Mají delší řeznou část než strojní výstružníky.
Strojní výstružníky mají kuželovou nebo válcovou stopku, větší průměry jsou vyráběny
v nástrčném provedení.
Rozpínací výstružníky mají duté těleso a v podélném směru jsou mezi jednotlivými
zuby rozříznuté. Vtlačování kužele do kuželové díry v tělese se výstružník rozpíná a zvětšuje
se tak průměr obalové kružnice zubů. Rozpínací výstružníky se s výhodou používají při opravách
a renovaci strojních dílů.
Stavitelné výstružníky mají zuby posuvné v drážkách na kuželové ploše tělesa výstružníku.
Posouváním zubů v jednom nebo ve druhém směru se průměr obalové kružnice
zubů zvětšuje nebo zmenšuje.
23
Jednobřité výstružníky mají v tělese mechanicky upevněnu břitovou destičku ze slinutého
karbidu a dvě až tři vodítka, rovněž ze slinutého karbidu.
Loupací výstružníky umožňují velmi produktivně vystružovat díry v rozsahu průměrů
D=15÷80 mm řeznou rychlostí vc=15÷20 m min-1
a posuvem na otáčku f = 0,4÷1,0 mm.
Obr. 1.40 Výstružníky švédské firmy Obr. 1.41 Výstružníky německé firmy
Dormer Dihart
1.4. ZAHLUBOVÁNÍ
Zahlubování slouží k obrobení souosého válcového (obr. 1.42a) nebo kuželového zahloubení
děr (obr. 1.42b) pro válcové nebo kuželové hlavy zapuštěných šroubů. Za zahlubování
se považuje i zarovnávání čelní plochy (obr. 1.42c), kde lze použít i ploché dvoubřité
záhlubníky (obr. 1.42d), upnuté ve vybrání tělesa nástroje. V souladu s uvedenou technologickou
specifikací lze záhlubníky rozdělit na válcové (stopkové nebo nástrčné), kuželové a
ploché. Válcové a ploché záhlubníky jsou vedeny v předvrtané díře vodicím čepem, kuželové
záhlubníky mají samostředicí efekt a proto vodicí čep většinou nemají. Zuby záhlubníků (obvykle
čtyři, u kuželových záhlubníků na zkosení hran 6÷10) jsou vyrobeny frézováním nebo
podsoustružením a mohou být přímé, nebo v pravé šroubovici. Řezná část záhlubníků je vyrobena
z rychlořezné oceli, případně slinutého karbidu (bez povlaku i s otěruvzdornými povlakem),
nebo ji tvoří vyměnitelné břitové destičky ze slinutých karbidů.
Pro zahlubování v nepřístupných místech (tzv. „zpětné“ zahlubování) jsou určeny speciální
záhlubníky (na obr. 1.43 označeny šipkou), u nichž je těleso s řeznou částí umístěno
vůči upinací stopce excentricky (hodnota e na obrázku 1.44). Po zasunutí nástroje do předvrtané
díry dojde k přesunu obrobku ve směru kolmém k ose vřetena obráběcího stroje (o příslušnou
hodnotu, maximálně e) a po spuštění rotace vřetena je pomocí zpětného osového posuvu
vytvořeno požadované zahloubení.
24
Obr. 1.42 Způsoby zahlubování a základní druhy záhlubníků
Obr. 1.43 Záhlubníky švédské firmy Granlund
25
Obr. 1.44 Zpětné zahlubování
Obr. 1.45 Princip funkce zpětného záhlubníku švédské firmy Erix Tool
26
Zajímavou konstrukci má zpětný záhlubník švédské firmy Erix Tool (obr. 1.45), který
využívá principu sklopného ramena s mechanicky upnutou vyměnitelnou břitovou destičkou
ze slinutého karbidu. Při zasouvání do předvrtané díry rotuje nástroj levými otáčkami, což
umožní automaticky sklopit rameno tak, aby řezná část nástroje prošla dírou do výchozí polohy.
Zde se pomocí pravých otáček rameno automaticky vyklopí do pracovní polohy a při zpětném
osovém posuvu může nástroj provést požadovanou zahlubovací operaci. Fixace
v pracovní poloze je zajištěna tvarem opěrných ploch, proti kterým je rameno tlačeno vznikajícím
řezným odporem. Po provedení operace se nástroj vrátí do výchozí polohy, otáčky se
změní na levé, zpětným posuvem se rameno opět sklopí a nástroj lze z díry bez problémů vy-
táhnout.
2. VYVRTÁVÁNÍ
Vyvrtávání je metoda obrábění, při níž se rozšiřují předlité, předkované, předlisované,
předvrtané nebo jinými způsoby předpracované díry na požadovaný rozměr nebo tvar. Tato
metoda se používá jak pro hrubování, tak pro práci na čisto.
Obr. 2.1 Příklady ploch obráběných vyvrtáváním
27
Při vyvrtávání se obrábí vyvrtávacími noži upevněnými ve vyvrtávacích tyčích nebo
hlavách. Obráběné rotační plochy mají geometrický tvar válce, kužele, čelního mezikruží nebo
rotační tvarové plochy (obr. 2.1). Vyvrtáváním lze též obrábět vnitřní zápichy a řezat
vnitřní závity. U složitějších obrobků mohou být všechny uvedené tvarové prvky kombinovány
v různém uspořádání na jedné nebo více osách rozložených v rovině nebo prostoru. Vyvrtávací
stroje navíc v případě potřeby umožňují obrábět jmenované povrchy a plochy i ve vnějším
provedení.
Kinematika vyvrtávání může být realizována na základě některého ze tří základních
způsobů (obr. 2.2):
a) Nástroj vykonává řezný pohyb vc, vyvrtávací nůž je pevně uložen v nástroji a nástroj (nebo
obrobek) koná podélný posuvový pohyb vf. Radiální posuvový pohyb vr je roven nule,
nůž je vůči obrobku nastaven na konstantní hodnotu šířky záběru ostří ap. Při této kinematice
lze obrábět válcové plochy.
b) Nástroj vykonává řezný pohyb vc, vyvrtávací nůž se vysouvá z nástroje v radiálním směru
plynule (rychlostí vr) nebo po přítrzích (obvykle za jednu otáčku), podélný posuvový pohyb
vf je roven nule. Při této kinematice jsou obráběny zápichy.
c) Nástroj nebo obrobek vykonávají hlavní pohyb vc i podélný posuvový pohyb vf, přičemž
se nůž z nástroje plynule (rychlostí vr) nebo po přítrzích vysouvá současně v radiálním
směru. Při této kinematice jsou obráběny tvarové rotační plochy.
Obr. 2.2 Kinematika vyvrtávání
2.1. Nástroje
K běžným požadavkům vyvrtávacích operací patří možnost seřízení nástroje na předepsaný
rozměr ještě před upnutím na obráběcím stroji. Řezná část nástroje se seřizuje pomocí
základních dílenských měřidel (číselníkové úchylkoměry), nebo častěji na jednosouřadnicových
nebo vícesouřadnicových seřizovacích přístrojích (mechanických - obr. 2.3, nebo optických).
Nástroje pro vyvrtávání je možno klasifikovat z několika základních hledisek, podle:
• upnutí - letmý vyvrtávací nástroj (obr. 2.4a), podepřený vyvrtávací nástroj (v jednom vodicím
pouzdře - obr. 2.4b nebo ve dvou vodicích pouzdrech - obr. 2.4c),
• konstrukce - vyvrtávací tyče (obr. 2.5, 2.6, 2.7, 2.9), vyvrtávací hlavy (obr. 2.8),
• charakteru operace - hrubovací, dokončovací, pro jemné vyvrtávání,
• způsobu výměny - pro ruční výměnu, pro automatickou výměnu,
• počtu řezných částí - nástroje jednonožové, nástroje vícenožové (obr. 2.10),
• možnosti nastavení rozměru - s pevně nastaveným rozměrem, s možností axiálního nebo
radiálního doladění rozměru.
28
Obr. 2.3 Seřizovací přístroj Obr. 2.4 Upnutí vyvrtávacích tyčí
Obr. 2.5 Vyvrtávací tyč firmy M&V Vsetín
a) nože s pájenou břitovou destičkou ze slinutého karbidu
b) nože s vyměnitelnou břitovou destičkou ze slinutého karbidu
29
Obr. 2.6 Vyvrtávací tyče firmy Obr. 2.7 vyvrtávací tyče firmy Kaiser
Sandvik-Coromant
Obr. 2.8 Vyvrtávací hlava italské firmy d'Andrea a její pracovní možnosti
Stavitelný držák M040 s digitální odečítáním (v milimetrech nebo palcích, rozsah seřízení
-0,4 až +5,0 mm, rozlišení 0,001 mm) slouží firmě Komet jako základní konstrukční
prvek modulárních vyvrtávacích nástrojů řady M04 00150 (obr. 2.9, rozsah obráběných průměrů
D=0,5÷55,0 mm). Má vnitřní přívod řezné kapaliny (do tlaku 5 MPa), základní rozměry
30
DxL=70x62 mm, hmotnost 1,1 kg a může se používat v rozsahu teplot +10º až +40º, při maximálních
otáčkách n=7000 min-1
. Je hermeticky uzavřený proti vnikání prachu a kondenzaci
vlhkosti z okolního prostředí. Display z tekutých krystalů je napájen lithiovou baterií, údaje
mohou být zobrazeny absolutně nebo relativně. Nulová absolutní hodnota, kterou obsluha
nemůže měnit, je nastavena při montáži držáku u výrobce a je vztažena k mechanické nulové
poloze (osa vřetena obráběcího stroje). Relativní nulovou hodnotu lze nastavit v jakékoli seřízené
pozici (seřizování se provádí prostřednictvím šroubu s vnitřním šestihranem).
Obr. 2.9 Modulární vyvrtávací nástroje řady M04 00150 firmy Komet
Nástrojová řada M04 00150 zahrnuje vyvrtávací tyče různých konstrukcí, kterými lze
obrábět díry v následujícím rozsahu průměrů:
• D=0,5÷2,0 mm (s použitím redukčního pouzdra), miniaturní vyvrtávací tyče
z monolitního nepovlakovaného slinutého karbidu K10, počet typorozměrů nt=7,
• D=5,5÷7,0 mm (s použitím redukčního pouzdra), vyvrtávací tyče s vnitřním přívodem
řezné kapaliny a šroubem upínanými vyměnitelnými břitovými destičkami (tvar W, velikost
02 a 03, nepovlakované slinuté karbidy P25, P40 a K10, povlakované SK:
CVD/TiCN-TiN), nt=2,
• D=8÷24 mm, vyvrtávací tyče s vnitřním přívodem řezné kapaliny a šroubem upínanými
VBD (tvar T, velikost 06 a 09, nepovlakované slinuté karbidy P25 a K10, povlakované
SK: CVD/TiCN-TiN, CVD/Al2O3, CVD/TiCN-Al2O3, PVD/ TiCN-TiN, nepovlakované
cermety, cermet s povlakem TiCN-TiN), nt=11,
• D=12÷30 mm, vyvrtávací tyče s vnitřním přívodem řezné kapaliny a šroubem upínanými
VBD (tvar T, velikost 09, nástrojové materiály jako v předchozím případě), nt=6,
31
• D=28÷38 mm, (s použitím redukčního pouzdra), vyvrtávací tyče s vnitřním přívodem řezné
kapaliny a VBD (tvar T, velikost 09, nástrojové materiály - viz výše) upínanými pomocí
šroubu ve stavitelné jednotce, nt=1,
• D=36÷55 mm, vyvrtávací tyče s vnitřním přívodem řezné kapaliny a VBD (tvar T, velikost
09, nástrojové materiály - viz výše) upínanými pomocí šroubu ve stavitelné jednotce,
nt=2.
Vyvrtávací nástroje CoroBore 820 firmy Sandvik-Coromant (obr. 2.10) jsou určeny
pro hrubovací operace v rozsahu průměrů D=35÷260 mm, s vyvrtávanou délku až 4xD. Mají
tři nezávisle seřiditelné břity (v axiálním i radiálním směru) a vnitřní přívod řezné kapaliny.
V radiálním směru jsou držáky destiček hrubě seřizovány podle vyryté stupnice, jemné doladění
rozměru umožňuje seřizovací šroub. Seřízení v axiálním směru se provádí pomocí podložek
o různé tloušťce, kterými se podkládají držáky destiček (jednotlivé držáky mohou být
seřízeny na různou výšku, takže je možné aplikovat i stupňovité vyvrtávání). Nástroje mohou
pracovat i jako jednobřité, kdy se volná místa bez držáků zakrývají speciálními kryty. Držáky
destiček jsou dodávány ve dvou základních délkách a proto lze průměr každého nástroje seřizovat
ve dvou odlišných rozmezích (např. nástroj velikosti E v rozsahu 86÷97 mm nebo
96÷107 mm).
Obr. 2.10 Vyvrtávací nástroj CoroBore 820 firmy Sandvik-Coromant
Mechatronický nástrojový systém KomTronic®
firmy Komet tvoří inteligentní nástroje
pro vyvrtávání a obrábění vnitřních rotačních ploch, s kompenzací opotřebení břitu (systém
M042) a možností výroby tvarových ploch ve vícenásobných operacích prováděných v rámci
komplexních technologických procesů na obráběcích centrech a speciálních strojích (systém
U-axis).
32
Termín „mechatronika“ (mechatronics - mechanical engineering, electronics) vznikl
na konci 70. let minulého století v Japonsku. Původně popisoval náhradu mechanických komponent
elektrickými, v některých definicích byl úzce spojován s robotikou. Za mechatronický
je v současné době považován funkčně a prostorově integrovaný mechanicko elektrický systém
s určitým stupněm inteligence a schopností nezávislé činnosti. Mechatronické nástrojové
systémy pro obráběcí operace jsou charakterizovány kombinací vysoce přesné mechaniky,
elektroniky a softwarového vybavení. Protože jsou v nich zabudovány potřebné snímače a
ovladače, umožňují automatické seřizování nástroje i monitorování jeho funkce v průběhu
řezného procesu.
Obr. 2.11 Princip mechatronického vyvrtávacího nástroje U-axis firmy Komet
Obr. 2.12 Vnitřní tvarové plochy obrobené nástrojem U-axis
Vyvrtávací nástroje systému U-axis (princip je uveden na obrázku č.2.11) umožňují
dynamické seřizování v průběhu obráběcího procesu. Mají servomotor s bezkontaktním přívodem
elektrické energie, který je napojen na NC řídicí systém obráběcího stroje a v souladu
s programem ovládá mechanizmy seřizovacích pohybů tak, že nástrojem lze provádět přímkovou
nebo kruhovou interpolaci v rámci osy Z. Přenos veškerých potřebných dat mezi nástrojem
a řídicím systémem je rovněž bezkontaktní. Při použití zakázkových nástrojových
modulů a břitových destiček KOMET umožňují nástroje systému U-axis obrobit na frézovacích
nebo vyvrtávacích centrech takové vnitřní tvarové plochy, které jsou jinak vyrobitelné
pouze na soustruzích (obr. 2.12). Nahrazením frézovacích operací s kruhovou interpolací se
navíc šetří čas a zvyšuje kvalitu povrchu obrobené plochy.
33
2.2. Obráběcí stroje
Vyvrtávání lze provádět na soustruzích, vrtačkách, souřadnicových vrtačkách, jednoúčelových
strojích, vyvrtávacích jednotkách v automatických linkách, soustružnických a frézovacích
obráběcích centrech. Nejčastěji jsou však pro vyvrtávací operace používány především
vodorovné vyvrtávačky (stolové nebo deskové), jemné vyvrtávačky a souřadnicové vyvrtávačky.
Tyto stroje mají často koncepci vyvrtávacích obráběcích center, někdy jsou konstruovány
jako jednoúčelová zařízení. Velikost vodorovných vyvrtávaček se posuzuje podle
průměru vřetena - vyrábějí se ve velikostech v rozmezí od 63 do 300 mm.
Stolové vyvrtávačky (obr. 2.13) jsou charakterizovány pracovním stolem, který se pohybuje
na příčných saních. Pracovní stůl se dá pootočit až o 360°. Na jednom konci lože je
připevněn stojan se svisle přestavitelným vřeteníkem, na druhém konci může být opěrný stojan
s výškově stavitelným ložiskem pro vedení vyvrtávací tyče. Pracovní vřeteno se otáčí a
zároveň vysouvá z vřeteníku.
Deskové vyvrtávačky (obr. 2.14) nemají pracovní stůl, obrobek se upíná na upinací
desku. Stojan s vřeteníkem se pohybuje podél této desky. Pokud se používá otočný stůl, upíná
se na upinací desku a má samostatný pohon.
Jemné vyvrtávačky mají jeden nebo více vřeteníků z jedné nebo obou stran lože. Obrobek
se upíná na pracovní stůl, konající podélný (posuvový) pohyb po vedení lože, pohon
stolu je zpravidla hydraulický, s plynulou regulací rychlosti pohybu. Vyvrtávací tyče, upínané
do pracovních vřeten letmo, jsou krátké a velmi tuhé.
Souřadnicové vyvrtávačky se používají pro vrtání přesných děr (až IT4) v přesných
roztečích (s odchylkou 0,002 mm) a jsou vyráběny ve dvou variantách. První typ konstrukce
má pevné lože, po němž se podélně pohybuje pracovní stůl a v příčném směru se nastavují
souřadnice vřeteníkem posouvaným po příčníku. U druhé konstrukční varianty se souřadnice
v obou směrech nastavují podélným a příčným stolem, pracovní vřeteník lze pouze posouvat
svisle po stojanu stroje. K odměřování souřadnic slouží obvykle optický systém. U moderních
strojů se používají CNC řídicí systémy.
Obr. 2.13 Vodorovná stolová vyvrtávačka Obr. 2.14 Vodorovná desková vyvrtávačka
34
3. HOBLOVÁNÍ A OBRÁŽENÍ
Hoblování se používá pro obrábění dlouhých rovinných ploch jednobřitým nástrojem,
přičemž tyto plochy mohou být vodorovné, svislé, nebo skloněné pod určitým úhlem vůči
vodorovné rovině (např. při srážení hran tlustých plechů před svařováním). Vzhledem
k nízkým hodnotám úběru obráběného materiálu (hmotnost stolu s upnutým obrobkem je vysoká,
proto nelze použít vysoké řezné rychlosti) význam hoblování v současné době klesá a ve
většině případů je nahrazováno frézováním.
Obrážení se rovněž používá pro obrábění rovinných ploch (vodorovných, šikmých i
svislých) jednobřitým nástrojem, tyto plochy ale mají ve srovnání s hoblováním mnohem
menší rozměry. Touto metodou lze navíc obrábět i vnitřní plochy (drážky v dírách, nerotační
tvary, atd.), které lze jinak vyrobit pouze protahováním.
Kinematika řezného procesu je vyznačena na obrázku 3.1. Hlavní pohyb (vc) je přímočarý
vratný, při hoblování jej vykonává obrobek, při obrážení nástroj. Posuvový pohyb (fdz) je
přerušovaný, probíhá vždy na konci pracovního dvojzdvihu a je kolmý na směr hlavního pohybu.
Nevýhodou obou dvou metod je zpětný pohyb (vz, u hoblování jej vykonává obrobek, u
obrážení nástroj), při kterém běží obráběcí stroj naprázdno (nástroj není v záběru a musí být
od obrobené plochy oddálen), což podstatně snižuje efektivnost obou obráběcích metod. Kvůli
částečnému potlačení této nevýhody jsou hoblovky i obrážečky konstruovány tak, aby rychlost
zpětného pohybu vz byla vyšší než rychlost řezného pohybu vc.
Obr. 3.1 Kinematika řezného procesu při hoblování a obrážení
Jmenovitý průřez třísky AD se pro hoblování a obrážení vyjádří ve tvaru:
DDdzpD b.hf.aA == [mm2
], (3.1)
kde: ap [mm] je šířka záběru ostří,
fdz [mm] je posuv na dvojzdvih,
hD [mm] je jmenovitá tloušťka třísky,
bD [mm] je jmenovitá šířka třísky.
Řezné podmínky při hoblování a obrážení lze určit na základě doporučených podmínek
pro soustružení, hodnota řezné rychlosti vc se však snižuje o 10 až 30 %.
35
3.1. HOBLOVÁNÍ
Jednotkový strojní čas pro hoblování rovinné plochy se na základě poměrů na obrázku
3.2 stanoví podle vztahu:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++= r
z
3
c
3
dz
AS t
v.10
L
v.10
L
.
f
B
t [min], (3.2)
kde: B [mm] je výpočtová šířka hoblování, B = b + bn + bp,
L [mm] je výpočtová délka hoblování, L = l + ln + lp,
b [mm] je šířka hoblované plochy,
bn [mm] je délka náběhu ve směru šířky hoblované plochy,
bp [mm] je délka přeběhu ve směru šířky hoblované plochy,
l [mm] je délka hoblované plochy,
ln [mm] je délka náběhu ve směru délky hoblované plochy,
lp [mm] je délka přeběhu ve směru délky hoblované plochy,
fdz [mm] je posuv na dvojzdvih,
vc [m min-1
] je řezná rychlost,
vz [m min-1
] je rychlost zpětného pohybu,
tr [min] je čas reverzace (v závislosti na velikosti hoblovacího stroje tr=0,02÷0,08 min).
Ze vztahu 3.2 je zřejmé, že
hodnota jednotkového strojního
času při hoblování bude vždy velmi
vysoká, což je způsobeno zejména
zpětným pohybem obrobku naprázdno,
při rychlosti vz. Dalším
faktorem, zvyšujícím tAS, jsou nízké
hodnoty posuvu na jeden dvojzdvih
(volba fdz je ovlivněna výkonem
stroje, tuhostí stroje a nástroje,
nástrojovým materiálem a vlastnostmi
obráběného materiálu - tvrdostí,
pevností a obrobitelností).
Obr. 3.2 Výchozí poměry pro výpočet času tAS
při hoblování
Základní typy hoblovacích nožů jsou uvedeny na obrázku 3.3., jejich geometrie je obdobná
jako u soustružnických nožů. Nůž s prohnutým držákem (obr. 3.3f) zabraňuje „zaseknutí“
břitu do obrobené plochy při najetí na tvrdé místo. Pokud to umožňuje nožová hlava
obráběcího stroje, lze pro hoblování přímo použít soustružnické nože.
Hoblovací nože jsou většinou vyrobeny z rychlořezných ocelí (v celistvém provedení),
nebo mají těleso z konstrukční oceli, s připájenou nebo mechanicky upnutou břitovou destičku
ze slinutého karbidu. Nože s řeznou částí ze slinutých karbidů nemohou být ale při hoblování
hospodárně využity (rychlost pohybu stolu je u starších hoblovek omezena hodnotou 30
m min-1
, u novějších hodnotou 50 m min-1
, pouze u nejmodernějších strojů lze nastavit až 120
m min-1
). Vzhledem k rázovému namáhání nástroje je nástrojový úhel sklonu hlavního ostří
λs u hoblovacích nožů většinou záporný, kvůli zpevnění břitu je na čele nože často vytvořena
negativní fazetka.
36
Obr. 3.3 Základní typy hoblovacích nožů
a) uběrací, b) uběrací stranový, c) na šikmé plochy, d) drážkovací, e) hladicí, f) prohnutý
Obráběcí stroje pro hoblování (hoblovky) mají tyto základní části: stůl, lože, stojany,
příčník a suporty (obr. 3.4). Pohon stolů je buď hydraulický nebo ozubeným hřebenem, do
kterého zapadá hnací pastorek. Posuv suportů po stojanech a příčníku je odvozen od pohybových
šroubů se samostatnými elektromotory, přísuv nástrojů je mechanický nebo ruční. Nožové
saně suportů je možno naklápět na obě strany (až o 60º) čímž je dána možnost obrábět
šikmé plochy. Pro obrábění tvarových ploch mohou být hoblovky vybaveny přídavným kopírovacím
zařízením. Nožové držáky se při zpětném pohybu stolu mechanicky nebo hydraulicky
odklápějí od základní desky suportu, takže nedochází ke styku hřbetu nástroje s obrobenou
plochou (nástroj je tak chráněn proti dodatečnému opotřebení). Obrobky jsou na hoblovkách
upínány pomocí různých typů upínek, podložek a podpěr, obdobně jako na frézkách.
Charakteristickým rozměrem hoblovek je šířka pracovního stolu, popř. maximální šířka
obrobku, která projde mezi stojany hoblovky. Tímto číslem se označují i typy hoblovek,
které se stavějí o šířkách stolu 800 až 4000 mm. Další charakteristickou veličinou hoblovek
je délka pracovního stolu a maximální průtažná síla, která může být 20 000 až 120 000 N.
Podle konstrukčního provedení lze hoblovky rozdělit na jednostojanové, dvoustojanové a
deskové.
Jednostojanová hoblovka má jeden stojan, po jehož vedení se posouvá příčník
s jedním nebo dvěma suporty. Další suport je přímo na vedení stojanu. Za výhodu jednostojanových
hoblovek lze považovat skutečnost, že je na nich možné hoblovat rozměrnější obrobky,
přesahující na jedné straně stůl. Nevýhodou tohoto uspořádání je menší tuhost příčníku.
Dvoustojanová hoblovka (obr. 3.4, 3.5) má dva stojany nahoře spojené mostem, což
zvyšuje tuhost stroje. Má zpravidla dva suporty na příčníku a dva suporty stojanové. Kvůli
lepšímu využití bývá někdy vybavena frézovacím nebo brousicím vřeteníkem.
Desková hoblovka má pevnou desku, na kterou se upíná obrobek, podélný posuvový
pohyb vykonávají stojany s příčníkem a suporty. Upinací deska může být o polovinu kratší
než je délka stolu u klasických hoblovek, negativním důsledkem konstrukce s pohyblivými
stojany je nižší tuhost stroje. Nedokonalé vedení stojanů po loži navíc snižuje pracovní přesnost
stroje. Pro obrábění vysokých obrobků se upinací deska zapouští do země (tzv. jámové
provedení).
37
Obr. 3.4 Základní části dvoustojanové hoblovky
Obr. 3.5 Dvoustojanová hoblovka
38
3.2. OBRÁŽENÍ
Obrážecí nože jsou, podobně jako hoblovací nože, vyrobeny převážně z rychlořezných
ocelí (v celistvém provedení), protože nože s řeznou částí ze slinutých karbidů nemohou být
ani v tomto případě hospodárně využity. Nože pro vodorovné obrážečky (příklad je uveden na
obrázku 3.6b) mají krátkou upinací část, geometrie řezné části je podobná jako u soustružnických
nožů. Nože pro svislé obrážečky (příklady jsou uvedeny na obrázku 3.6a, 3.6c) mají
delší stopku, tvar řezné části odpovídá požadované obrážecí operaci, geometrie řezné části je
obdobná jako u soustružnických nožů.
Obr. 3.6 Obrážecí nože
a) drážkovací, b) drážkovací příčný, c) dvoubřitý
Obrážecí stroje (obrážečky) lze na základě konstrukčně technologické koncepce rozdělit
na vodorovné a svislé.
Vodorovná obrážečka (obr. 3.7, 3.8) je charakterizovaná vodorovným pohybem smykadla
s nástrojem. Pohon smykadla je mechanický nebo hydraulický, posuvový pohyb stolu
(na němž je upnut obrobek) je odvozen od pohybového šroubu přes rohatku a západku. Ruč-
39
ním posuvem naklápěcích nožových saní je možno obrábět krátké svislé nebo šikmé plochy.
Pro obrážení velkých obrobků se používají obrážečky s příčně posuvným smykadlem, což
znamená, že smykadlo koná hlavní řezný pohyb i příčný posuvový pohyb a obrobek je nehybný.
Vzhledem k nízké produktivitě se dnes vodorovné obrážečky uplatňují pouze
v opravnách, nářaďovnách a pomocných provozech. Jejich výhodou je, že na nich lze jednoduchým
nástrojem obrábět i součásti složitého tvaru.
Svislá obrážečka (obr. 3.9, 3.10) je charakterizovaná svislým pohybem smykadla
s nástrojem. Slouží především pro obrábění vnějších a zejména vnitřních tvarových ploch a
svislých rovinných ploch. Menší stroje jsou vybaveny výškově přestavitelnou konzolou, na
níž je podélný, příčný a otočný stůl. Délka zdvihu smykadla se dá měnit výstředností klikového
mechanizmu. Větší svislé obrážečky mají rovněž podélný, příčný a otočný stůl. Délka
zdvihu smykadla se u nich také mění výstředností klikového mechanizmu, vzdálenost smykadla
od pracovního stolu se ale nastavuje změnou polohy smykadla ve svislém směru (stůl není
výškově přestavitelný). Smykadla lze u některých typů svislých obrážeček natočit kolem osy
kolmé k vedení stojanu (až o 30° na obě strany) a mimoto vyklonit směrem od stojanu (o 10º
až 15°). Všechny pohyby obrobku upnutého na pracovním stole svislé obrážečky mohou být
ruční nebo strojní, velikost strojů je dána největší délkou zdvihu smykadla.
Obr. 3.7 Vodorovná obrážečka - schéma
1 - stojan, 2 - smykadlo, 3 - hnací kolo, 4 - kulisa, 5 -výkyvné rameno, 6 - kámen,
7 - šroub pro nastavování podélné polohy smykadla vůči pracovnímu stolu,
8 - páka pro pohon příčného posuvu pracovního stolu, 9 - západka,
10 - šroub příčného posuvu pracovního stolu, 11 - pracovní stůl
12 - šroub pro ruční výškové nastavení pracovního stolu, 13 -nožový suport
40
Obr. 3.8 Vodorovná obrážečka
Obr. 3.9 Schéma svislé obrážečky Obr. 3.10 Svislá obrážečka
41
4. PROTAHOVÁNÍ A PROTLAČOVÁNÍ
Protahování i protlačování patří k dokončovacím obráběcím procesům, při němž jsou
vysoce produktivním způsobem obráběny tvarové díry (protahování a protlačování vnitřní)
nebo vnější, převážně tvarové plochy (protahování a protlačování vnější). Obrobek je zpravidla
nehybný a nástroj koná přímočarý pohyb - při protahování je tažen, při protlačování tlačen
(protlačovací nástroje jsou vzhledem k namáhání na vzpěr mnohem kratší než protahovací).
Krátké jednotkové strojní časy i vedlejší časy (jednoduché upínání obrobků) jsou hlavním
faktorem velmi vysoké produktivity protahování i protlačování. Kvůli velmi složitým a drahým
nástrojům lze oba obráběcí procesy hospodárně využít pouze ve velkosériové a hromadné
výrobě.
Obr. 4.1 Princip protahování a protlačování
Obr. 4.2 Příklady obráběných tvarů
42
Podstatou protahování i protlačování je postupný záběr jednotlivých po sobě následujících
zubů nástroje do obráběného materiálu (obr. 4.1), a to při relativním pohybu nástroje
vůči obrobku řeznou rychlostí vc [m min-1
]. V záběru je vždy současně tolik zubů protahovacího
trnu, kolikrát se jejich rozteč t opakuje na délku obráběné plochy L.
Při vnitřním obrábění je výchozí díra obvykle předvrtána a konečný požadovaný tvar
a drsnost povrchu obrobené plochy jsou vytvořeny protahovacím nebo protlačovacím trnem.
Upinací část protahovacího trnu se prostrčí předvrtanou dírou (průměr díry je obvykle totožný
s průměrem vodicích částí nástroje), upne do tažného zařízení protahovačky a poté následuje
vlastní operace protahování. Tvar obráběné díry se postupně mění z kruhového průřezu na
takový tvar, který je vytvořen na nástroji (obr. 4.2). Výchozí tvar díry nemusí být kruhový,
díra dokonce ani nemusí být obrobena. Kvůli zefektivnění výroby lze protahovat díry (nebo i
vnější plochy) přímo na polotovaru, kde jsou výchozí plochy pouze předlity, předkovány,
předlisovány, nebo jen velmi hrubě obrobeny. V těchto případech pak nástroj v jednom zdvihu
přední částí hrubuje a teprve další částí obrábí díru nebo vnější plochu načisto. U obrobků
s velkým přídavkem na protahování, kde by protahovací trn musel být příliš dlouhý, je řešen
jako sadový a potřebný počet řezacích zubů se rozdělí na dva až tři nástroje.
4.1. Nástroje pro protahování a protlačování
Nástroje pro protahování - protahovací trny - mají zuby řezací, kalibrovací a při vyšších
nárocích na drsnost obrobené plochy ještě hladicí (obr. 4.3). Trny s delším záběrem břitu,
nebo trny pro vnější protahování mají většinou na řezacích zubech vybroušeny drážky. Tříska
se tím dělí a lépe utváří, nástroj pracuje klidněji, zlepší se jakost obrobeného povrchu a sníží
objemový součinitel třísky. Protahovací trny jsou namáhány téměř výhradně tahovým napětím
a bývají dlouhé až 2000 mm. Krček nástroje má nejmenší průměr, aby se nástroj při přetížení
porušil právě v tomto místě a ne mezi zuby řezné nebo kalibrovací části.
Obr. 4.3 Konstrukce protahovacího trnu
Protlačovací trny jsou s ohledem na namáhání na vzpěr kratší (250 až 500 mm, jejich
výroba, údržba i ostření jsou ve srovnání s protahovacími trny levnější), takže pro výrobu
plochy požadovaného tvaru a drsnosti povrchu je třeba použít více nástrojů. Proto je protlačování
z hlediska produktivity obrábění méně výhodné. Na druhé straně lze za výhodu považovat
skutečnost, že protlačování může být prováděno na různých typech pomaluběžných lisů,
narozdíl od protahování, kde jsou potřebné protahovacích stroje.
Při konstrukci protahovacích i protlačovacích trnů hraje důležitou roli proces tvoření
třísky. Drobivá tříska zaplňuje celou zubovou mezeru, plynulá tříska se svinuje do spirály a
proto zaplňuje pouze část zubové mezery. Pokud nástroj dále pokračuje v obrábění, plynulá
tříska je stlačována a zaplní i zbylou část mezery. Uvedené pěchování třísky a její tření o obrobenou
plochu způsobí prudký nárůst teploty a řezného odporu, což v konečném důsledku
43
může vést k poškození nástroje. Proto musí mít rozteč zubů i zubová mezera odpovídající
velikost, stanovenou na základě objemu, který zaujme vznikající tříska. Při volbě rozteče zubů
je třeba mít na paměti skutečnost, že při malých hodnotách je současně v záběru větší počet
zubů (narůstá tažná síla) a naopak.
Obr. 4.4 Protahovací trny
Obr. 4.5 Protahovací trny
Protahovací i protlačovací trny jsou vyráběny z rychlořezných ocelí, nebo i ze slitinových
ocelí, pro zvýšení trvanlivosti mohou být na funkční plochy zubů nanášeny tvrdé otěruvzdorné
povlaky (převážně TiN). Další zvýšení trvanlivosti nástrojů přinášejí používané
řezné kapaliny (řepkový olej, minerální oleje s různými chemickými přísadami), které navíc
44
výrazně ovlivňují přesnost rozměrů a drsnost povrchu obrobených ploch (ve větší míře než u
jiných metod obrábění). Doporučené hodnoty řezných podmínek pro protahování vybraných
profilů nástroji z rychlořezné oceli jsou uvedeny v tabulce 4.1.
Tab. 4.1 Doporučené řezné podmínky pro protahování nástroji z rychlořezné oceli
Obráběný materiál
Oceli Litiny Hliník
vc fz vc fz vc fz
Obráběné plochy
[m min-1
] [mm] [m min-1
] [mm] [m min-1
] [mm]
Drážkové náboje 5 ÷ 15 0,02 ÷ 0,12 3 ÷ 12 0,03 ÷ 0,15 10 ÷ 35 0,02 ÷ 0,07
Drážky klínů a per 2 ÷ 15 0,03 ÷ 0,15 2 ÷ 10 0,04 ÷ 0,15 --- ---
Díry kruhové a hranaté 3 ÷ 12 0,02 ÷ 0,08 2 ÷ 15 0,03 ÷ 0,10 5 ÷ 30 0,02 ÷ 0,05
Vnější plochy 8 ÷ 30 0,04 ÷ 0,15 5 ÷ 20 0,05 ÷ 0,20 10 ÷ 50 0,05 ÷ 0,12
4.2. Stroje pro protahování
Protahovací stroje - protahovačky - jsou řešeny jako svislé (obr. 4.6) nebo vodorovné
(obr. 4.7), oba typy se používají pro vnitřní i vnější protahování. Vodorovná protahovačka je
oproti svislé (při stejné délce zdvihu a průtažné síle) levnější, její nevýhodou je, že vlastní
hmotnost nástroje nepříznivě ovlivňuje přesnost výroby (nástroj se prohýbá) a že zabírá větší
půdorysnou plochu. Některé typy svislých protahovaček jsou konstruovány pro současné použití
několika nástrojů. Velikost a rozsah využití protahovacích strojů závisí na jejich průtažné
síle, která se pohybuje v rozsahu 20 000 N až 600 000 N.
Obr. 4.6 Svislá protahovačka
45
Pohyb nástrojů je u protahovaček menších rozměrů vyvozen elektromechanicky (pastorek
- ozubený hřeben, pohybový šroub - matice), u větších protahovaček hydraulicky. Výhodou
hydraulického pohonu je klidný chod, snadná a plynulá regulace rychlosti pohybu a
stálá kontrola průtažné síly. Elektromechanický pohon se používá v případech, kdy je třeba
eliminovat kmitání nástroje.
Obr. 4.7 Vodorovná protahovačka
5. VÝROBA ZÁVITŮ
Závity představují významné konstrukčně - technologické prvky řady součástí, které
plní různé spojovací nebo pohybové funkce ve strojírenských výrobcích. Přesnost a jakost
závitů má přitom často rozhodující vliv na správnou a spolehlivou funkci výrobku. Závity se
řežou pomocí závitníků, závitových čelistí a závitových hlav, obrábějí se soustružením a frézováním,
přesné závity jsou broušeny nebo lapovány. Z technologického hlediska lze výrobu
závitů rozdělit obrábění vnějších a vnitřních závitů.
5.1. ŘEZÁNÍ ZÁVITŮ
Pro ruční i strojní řezání vnějších závitů se používají různé druhy závitových čelistí
(obr. 5.1, mimo zobrazených existují ještě čelisti pro závitové hlavy - obr. 5.3) vyrobené z
rychlořezných ocelí - RO (bez, i s otěruvzdornými povlaky, např. TiN). Při řezání závitů se
závitové čelisti otáčejí kolem osy (hlavní pohyb) a v souladu se stoupáním řezaného závitu
(vedlejší pohyb) automaticky posouvají ve směru osy. Postupným odebíráním třísky je pak
vytvářen závit předepsaného profilu a rozměru. Závitovými čelistmi lze řezat závity metrické
(standardní, jemné, trapézové), unifikované hrubé i jemné závity UNC (podle normy ASMEB1.1),
Whitworthovy závity (trubkové podle DIN-ISO 228, kuželové podle DIN 2999, BSW
a BSF podle normy BS 84), kuželové a válcové závity podle DIN 477, oblé závity, i další
typy závitů (záleží na sortimentu výrobce čelistí).
Kruhové závitové čelisti se vyrábějí pro pravý i levý závit, mají řezný kužel na obou
čelních plochách a jsou vhodné i pro řezání závitů na soustruzích. Při ručním řezání závitů
menších průměrů má výchozí polotovar tvar válce odpovídajícího průměru, od průměru závitu
30 mm je vhodné závit předřezat na soustruhu a čelistí použít pouze pro dořezání závitu.
Kruhové závitové čelisti jsou přitom upínány do vratidel (obr. 5.2). Z ekonomického hlediska
se doporučuje řezat závit jednou stranou čelisti až do otupení a až potom čelist obrátit a použít
druhý řezný kužel.
46
Obr. 5.1 Závitové čelisti
Obr. 5.2 Vratidla pro kruhové závitové čelisti
Pro strojní řezání závitů na soustruzích se využívají automatové závitové čelisti (obr.
5.1) nebo vysoce produktivní závitové hlavy s radiálními (obr. 5.3a) nebo tangenciálními čelistmi
(obr. 5.3b), případně kotoučovými noži (obr. 5.3c) z RO. Tangenciální čelisti i kotoučové
nože jsou hřebínkové (břit je vytvořen řadou za sebou umístěných závitových profilů).
První profily jsou seříznuté, proto lze závit vyříznout najednou, bez radiálního přísuvu.
Obr. 5.3 Princip nožových hlav
a - radiální čelisti, b - tangenciální čelisti, c - kotoučové nože
Čelisti radiální hlavy se ustavují na požadovaný průměr stavěcími šrouby a natáčecí
objímkou podle kalibru nebo vzorového šroubu. Hlavy s radiálními čelistmi jsou vyráběny do
velikosti závitu M60.
47
Čelisti tangenciální hlavy jsou uloženy ve výkyvném držáku a posuvně upnuty
v rybinové drážce, což usnadňuje jejich axiální přestavitelnost. Hlavy s tangenciálními čelistmi
jsou vyráběny do velikosti závitu M64.
Závitové hlavy s kotoučovými noži mají menší průměr než hlavy s radiálními nebo
tangenciálními čelistmi, jsou výrobně jednodušší a nože vykazují v důsledku možnosti vysokého
počtu ostření dlouhou životnost.
Čelisti (nože) musejí být axiálně přesazeny o podíl stoupání řezaného závitu, podle jejich
počtu v závitové hlavě. Posuv závitových hlav je buď nucený, nebo se čelisti (nože) zařezávají
do obrobku a automaticky posouvají podle stoupání řezaného závitu. Před začátkem
operace je třeba zkontrolovat souosost hlavy a obráběného polotovaru, aby se vyloučila možnost
poškození hlavy, ze stejného důvodu musí mít polotovar kuželové sražení. Po vyříznutí
požadované délky závitu se čelisti nebo nože automaticky rozevřou, což přispívá ke zvýšení
kvality vyrobeného závitu, protože odpadá zpětný pohyb nástroje.
Obr. 5.4 Ruční a strojní závitníky
Pro ruční i strojní řezání vnitřních závitů se používají závitníky (obr. 5.4), které jsou
vyráběny z rychlořezných ocelí nebo slinutých karbidů (v obou případech buď bez povlaků,
48
nebo s otěruvzdornými povlaky různých typů). Závitník je v podstatě šroub (s náběhovým
kuželem), na němž jsou vytvořeny břity pomocí jedné až osmi přímých nebo šroubovitých
drážek. Výběr vhodného typu závitníku (velikost, tvar, úprava řezné části) závisí především
na vlastnostech obráběného materiálu.
Pro ruční řezání jsou nejvýhodnější sadové závitníky - sada obsahuje dva až tři nástroje.
První závitník daný závit předřeže, druhý řeže a třetí jej dořezává a kalibruje (obr. 5.5).
Ruční závitníky jsou upínány do vratidel různé konstrukce.
Obr. 5.5 Profil ručních sadových závitníků
Pro strojní řezání se obvykle používá jeden závitník s kratším řezným kuželem
a přímými nebo šroubovitými drážkami, které jsou průběžné nebo neprůběžné. Závitníky
s neprůběžnými drážkami snesou vyšší namáhání a proto se používají pro řezání závitů do
materiálu o vyšší pevnosti. Do závitu M60 se používají závitníky se stopkou, která může být
krátká (závitník snese větší namáhání na krut), dlouhá, průchozí nebo zesílená (pro závity do
M10). Pro větší průměry závitů (M52 až M100) se používají nástrčné závitníky. Při strojním
řezání jsou závitníky upínány do závitových hlav (s osovým vyrovnáním nebo reverzních),
které zamezují poškození závitníku a umožňují okamžitou změnu směru otáčení závitníku po
vyřezání závitu předepsané délky.
Pro ruční i strojní výrobu matic se používají maticové závitníky, které se vyznačují
dlouhým řezným kuželem, relativně krátkou závitovou částí a průchozí stopkou. Po vyřezání
závitu matice není nutná reverzace závitníku, protože má dlouhou stopku, která pojme určitý
počet matic (další výhodou dlouhé stopky je, že závitník nemusí být často uvolňován). Závitníky
pro automatické stroje mají zahnutou stopku, po které odcházejí hotové matice.
5.2. SOUSTRUŽENÍ ZÁVITŮ
Závity se soustruží na univerzálních, revolverových, poloautomatických, automatických
a různých speciálních soustružnických strojích. Posuv nástroje na otáčku obrobku je
roven stoupání soustruženého závitu. Pro kinematiku soustružení závitu na hrotovém univerzálním
soustruhu platí (obr. 5.6):
vf = no . so = nš . sš (5.1)
4
3
2
1
pkp
š
o
o
š
z
z
.
z
z
.ii.i
s
s
n
n
i ==== [-], (5.2)
49
kde: vf [mm min-1
] je posuvová rychlost,
no [min-1
] jsou otáčky obrobku,
nš [min-1
] jsou otáčky vodicího šroubu,
so [mm] je stoupání závitu obrobku,
sš [min-1
] je stoupání závitu vodicího šroubu,
i [-] je celkový převod,
ip [-] je převod posuvové převodovky,
ik [-] je převod výměnnými ozubenými koly z1 až z4.
Obr. 5.6 Kinematika soustružení závitu na univerzálním hrotovém soustruhu
Obr. 5.7 Způsoby postupného soustružení závitu
a) radiální přísuv, b) boční přísuv, c) boční přísuv s odklonem, d) střídavý přísuv
Pro soustružení vnějších závitů se používají speciální závitové nože, jejichž profil je
odvozen od profilu daného závitu. Starší typy nožů jsou celistvé (vyrobené obvykle
z rychlořezné oceli, případně z konstrukční oceli, s připájenou břitovou destičkou ze slinutého
karbidu) a mohou být jednoprofilové (radiální nebo kotoučové) nebo hřebínkové (prizmatické
nebo kotoučové). Jednoprofilovým nožem se závit řeže postupně na několik záběrů (obr.
5.7), u hřebínkových nožů jsou první profily zkoseny, takže umožňují vyřezat závit na jeden
záběr.
Při postupném řezání se nejčastěji využívá radiální přísuv (obr. 5.7a, kolmo na osu rotace
obrobku), kdy dochází k rovnoměrnému úběru obráběného materiálu na obou bocích
profilu závitu. Tento způsob je vhodný pro výrobu závitů s menším stoupáním (s < 1,5 mm), k
50
jeho výhodám patří příznivá tvorba třísky, rovnoměrné opotřebení břitu nástroje,
k nevýhodám náchylnost ke vzniku kmitání u závitů s větším stoupáním. Používá se zejména
pro obráběné materiály, které tvoří krátkou třísku a pro materiály se sklonem ke zpevňování
za studena (např. oceli s nízkým obsahem uhlíku a korozivzdorné oceli).
Boční přísuv (obr. 5.7b) snižuje tepelné zatížení špičky nástroje (a tím i opotřebení),
tvořená tříska je dobře tvarována a odváděna z místa řezu. Používá se pro řezání závitů s větším
stoupáním (s > 1,5 mm) a trapézové závity. Nevýhodou je tření pravého břitu nástroje o
pravý bok obráběného profilu a následné nepravidelné opotřebení břitu nástroje a zhoršení
jakosti povrchu na pravém boku vytvářeného závitového profilu.
Boční přísuv s odklonem 3º až 5º (obr. 5.7c) eliminuje tření na boku profilu, které
vzniká při soustružení závitu s bočním přísuvem.
Střídavý přísuv (obr. 5.7d) je doporučován pro soustružení závitů s velkým stoupáním
v materiálech, které tvoří dlouhou, špatně utvářenou třísku. Výhodou je rovnoměrné rozdělení
úběru materiálu na pravý a levý břit nástroje (rovnoměrnější opotřebení), nevýhodou vyšší
nároky na programování obráběcího stroje.
U všech jmenovaných způsobů soustružení závitů se doporučuje provést poslední, dokončovací
záběr radiálním přísuvem (zejména z důvodu snížení drsnosti povrchu vyřezaného
závitu).
Obr. 5.8 Nástroje pro soustružení závitů
a) radiální nože firmy Widia pro vnější závity, b) hlavice pro vnější závity firmy Sandvik Coromant,
c) radiální nůž pro vnější závity firmy Iscar, d) radiální nůž pro vnější závity firmy
Vargus, e) radiální nůž pro vnitřní závity malých průměru firmy Vargus, f) závitová destička
s utvařečem (firma Toshiba Tungaloy), g) závitová destička s utvařečem(firma Vargus)
V současné době používané radiální závitové soustružnické nože mají těleso
z konstrukční oceli a mechanicky upínaný nůž ze slinutého karbidu (pro soustružení vnitřních
závitů malého průměru), nebo častěji vyměnitelnou břitovou destičku ze slinutého karbidu obrázek
5.8. Jsou určeny pro řezání vnějších i vnitřních pravých nebo levých závitů (obr. 5.9).
Speciální tvar a geometrie břitových destiček, spolu s číslicovým řízením obráběcího stroje,
umožňují všechny způsoby výroby závitů podle obrázku 5.7.
51
Obr. 5.9 Soustružení závitů radiálním nožem s vyměnitelnou břitovou destičkou
a) vnější pravý závit, b) vnější levý závit, c) vnitřní pravý závit, d) vnitřní levý závit
5.3. FRÉZOVÁNÍ ZÁVITŮ
Metody frézování závitů korespondují s kinematikou obráběcího procesu a použitým
nástrojem (obr. 5.10, 5.12, 5.14 a 5.16). Závitové kotoučové frézy (vyrobené obvykle z rychlořezných
ocelí) - obr. 5.10a - jsou jednoprofilové nástroje, které se používají pro frézování
dlouhých vnějších závitů (např. pohybové šrouby s lichoběžníkovým závitem). Fréza má profil
závitové mezery a je vykloněna pod úhlem stoupání závitu. Za jednu otáčku obrobku se
fréza nebo obrobek posune o délku stoupání závitu. K frézování dlouhých pohybových šroubů
se používají speciální frézovací stroje, kratší šrouby lze frézovat i na univerzálních konzolových
frézkách, s využitím dělicího přístroje.
Hřebenové válcové závitové frézy jsou vyráběny jako nástrčné (většinou z rychlořezných
ocelí, obr. 10b) nebo stopkové (monolitní, z nepovlakovaných nebo povlakovaných slinutých
karbidů, obr. 10c). Jejich válcová plocha je tvořena závitovým profilem, přerušeným
přímými nebo šroubovitými drážkami. Vyříznutí celého závitu se provede na 1,25 až 1,5
otáčky obrobku, maloprůměrové nástroje lze použít i na výrobu vnitřních závitů. Fréza i obrobek
konají rotační pohyb kolem své osy a současně se musí posouvat relativně proti sobě ve
52
směru osy, o jedno stoupání frézovaného závitu na jednu otáčku obrobku. Při aplikacích na
CNC frézkách s možností programování kruhové interpolace je závit vyroben planetovým
pohybem nástroje při jeho současném osovém posuvu.
Obr. 5.10 Metody frézování závitů: a) kotoučová fréza, b) hřebenová válcová nástrčná fréza,
c) hřebenová válcová stopková fréza s vnitřním přívodem řezné kapaliny
Obr. 5.11 Stopkové závitové frézy firmy Widia s vyměnitelnými břitovými destičkami
Stopkové závitové frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami (obr. 5.11) umožňují
velmi produktivním způsobem frézovat dlouhé vnější i vnitřní pravé nebo levé závity - obr.
5.12 (u vnitřního závitu musí být průměr frézy menší než 2/3 průměru řezaného závitu). Fréza
s mechanicky upnutou VBD z nepovlakovaného nebo povlakovaného slinutého karbidu
(destička má hřebenovitý tvar s profilem odpovídajícího závitu) provádí planetový rotační
pohyb (rotuje kolem své vlastní osy a současně kolem osy obráběného závitu) a současně se
relativně posouvá vzhledem k ose obrobku, o jedno stoupání závitu na jednu otáčku obrobku.
V případě řezání delšího závitu se uvedená operace několikrát opakuje, s osovým posunutím o
53
odpovídající délku závitu (závisí na délce břitové destičky). Nástrojem s jedinou břitovou
destičkou lze tedy vyrábět závity v určitém rozsahu průměrů a délek, omezujícími faktory
jsou pouze stoupání závitu dané destičky a nutnost použití CNC obráběcího stroje, jehož číslicové
řízení umožňuje provádět kruhovou interpolaci.
Obr. 5.12 Možné technologie výroby závitů pomocí frézy s VBD
Obr. 5.13 Monolitní SK vrtací závitové frézy Obr. 5.15 Monolitní SK vrtací závitové frézy
BGF firmy Emuge-Franken ZBGF firmy Emuge-Franken
Monolitní vrtací závitové frézy BGF firmy Emuge-Franken (vyráběné
z nepovlakovaných i povlakovaných slinutých karbidů, obr. 5.13) pro frézování vnitřních závitů
umožňují provést v průběhu jednoho pracovního cyklu tři různé operace bez výměny
nástroje (vrtání díry, sražení hrany a frézování závitu - obr. 5.14). Tím se ušetří náklady na
vrták i záhlubník a také čas potřebný na výměnu těchto nástrojů. Frézy BGF mají vnitřní přívod
řezné kapaliny a jsou vyráběny v provedení se dvěma nebo třemi šroubovitými drážkami
(např. pro metrický závit v základních rozměrech M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14 a M16).
Oblast použití - obrábění materiálů, které tvoří krátkou drobivou třísku, jako jsou šedé litiny,
hliník a jeho slitiny a umělohmotné materiály.
Monolitní vrtací závitové frézy řady ZBGF firmy Emuge-Franken pro výrobu vnitřních
závitů (vyráběné z povlakovaných slinutých karbidů, obr. 5.15) frézují závit pomocí kruhové
interpolace do plného materiálu, bez předchozího vyvrtání díry (obr. 5.16). Mají vnitřní
přívod řezné kapaliny a jsou vyráběny v provedení se třemi nebo čtyřmi přímými nebo šroubovitými
drážkami, pro závity M6 a M7 (stoupání s = 1,0 mm), M8 až M10 (s = 1,25), M10
až M12 (s = 1,5) a M12 x 1,75. Slouží pro obrábění kalených materiálů (až do tvrdosti 62
HRC), litin, ocelí (včetně korozivzdorných), hliníku a jeho slitin, titanu a umělohmotných
materiálů. Oba typy vrtacích závitových fréz vyžadují použití CNC frézky s možností programování
pomocí kruhové interpolace.
54
Obr. 5.14 Cyklus frézování závitu frézou BGF
Obr. 5.16 Cyklus frézování závitu frézou ZBGF
55
5.4 BROUŠENÍ ZÁVITŮ
Broušení vnějších závitů se používá pro přesné šrouby, u kterých jsou kladeny vysoké
požadavky na parametry drsnosti povrchu, profil a stoupání závitu. Vnější závity se nejčastěji
brousí na speciálních závitových bruskách jednoprofilovým (obr. 5.17a) nebo hřebenovým
kotoučem (obr. 5.17b). Před vlastním broušení jsou kotouče tvarovány a orovnávány, jednoprofilové
kotouče pomocí diamantových orovnávačů, hřebenové kotouče pomocí tvarovacích
kladek.
Obr. 5.17 Broušení vnějších závitů
a) jednoprofilový kotouč, b) hřebenový kotouč
Jednoprofilový brousicí kotouč je při broušení vykloněn o úhel stoupání závitu, nastaven
na plnou hloubku závitu a jeho otáčky odpovídají požadované řezné rychlosti vc při
daném průměru kotouče. Obrobek se otáčí a posouvá v axiálním směru o délku stoupání závitu
na jednu otáčku obrobku. Tímto způsobem jsou broušeny závity nejvyšší přesnosti (např.
závitové nástroje a měřidla, upnuté mezi hroty), dosahuje se však malé produktivity.
Hřebenový brousicí kotouč má na svém obvodu několik negativních profilů závitu.
Rotuje požadovanými otáčkami (podle hodnoty vc) a je nastaven rovnoběžně s osou obrobku.
Při zapichovacím broušení je kotouč o 2 až 3 rozteče širší než je délka závitu, postupně se
k obrobku přisouvá v radiálním směru, na plnou hloubku profilu závitu. Obrobek se přitom
otáčí a posouvá v axiálním směru o jednu rozteč závitu na jednu otáčku. Jemné závity
s roztečí menší než 1 mm lze brousit hřebenovými kotouči zplna, bez předchozího obrábění.
Vyšší produktivity lze dosáhnout při použití hřebenového kotouče, který je na obvodu zkosen
tak, že až čtvrtý nebo pátý profil odpovídá plnému profilu závitu. Brousí se průběžně, kotouč
se nastaví na plnou hloubku závitu a záběr je realizován axiálním posuvem obrobku, který se
na jednu otáčku posune o jedno stoupání závitu. Pro usnadnění profilování kotouče a umožnění
vydatnějšího chlazení jsou při broušení závitů s jemným stoupáním používány hřebenové
kotouče s vynechávaným profilem.
Závity na svornících bez osazení nebo hlav lze brousit na bezhrotých bruskách. Brousicí
kotouč má na svém obvodu negativní profil závitu, podávací kotouč je hladký a je nastaven
jako při běžném bezhrotém broušení průběžnou metodou.
Vnitřní závity se brousí obdobně jako závity vnější, musí se ale použít kotouče malých
průměrů. Nastavení kotouče do předřezaného závitu je ve srovnání s vnějším broušením obtížné.
Jednoprofilovými kotouči se brousí jen nejpřesnější závity na měřidlech od průměru 25
mm. Zapichovacího způsobu broušení hřebenovým kotoučem se používá na jemné závity
délky do 20 mm. Ostatní vnitřní závity jsou broušeny podélným způsobem.
56
5.5. TVÁŘENÍ ZÁVITŮ
Nejproduktivnějším způsobem výroby vnějších závitů je válcování, při kterém nedochází
k úběru obráběného materiálu ve formě třísky, ale k jeho plastické deformaci. Deformovaný
materiál se zpevňuje a na rozdíl od výroby závitu obráběním není poškozena vnitřní
struktura materiálu, protože jednotlivá vlákna nejsou přerušena (viz obr. 5.20). Proto jsou
tvářené závity schopny přenášet větší silová zatížení, jejich nevýhodou je však zhoršená tvarová
přesnost, především na vrcholcích a v prohlubních profilu.
Podstata válcování spočívá ve vytlačování závitu na svorníku pomocí plochých nebo
kotoučových čelistí, které mají tvar profilu vyráběného závitu. Protože při vnikání válcovacího
nástroje do materiálu dochází ke zvětšování výchozího průměru polotovaru, musí být jeho
hodnota menší, než je jmenovitý vnější průměr válcovaného závitu. Přesné dodržení doporučeného
rozměru polotovaru (platí i pro průměr předvrtané díry pro vnitřní závit) je při tváření
závitu vždy velmi důležité a rozhodující měrou ovlivňuje kvalitu tvářeného závitu (tvar, rozměry
a jejich úchylky, drsnost povrchu), i trvanlivost použitého nástroje.
Při válcování závitu plochými čelistmi je polotovar podáván mezi dvě kalené čelisti
(pro každé stoupání se používá jiná dvojice), z nichž horní je pohyblivá. Závit je vyválcován
při jednom zdvihu horní čelisti, součást přitom vykoná přibližně 2 otáčky. Rozměrové odchylky
jsou při tomto způsobu válcování poměrně vysoké, metoda je vhodná zejména pro
výrobu běžných spojovacích šroubů.
Válcování závitu pomocí kotoučových čelistí se používá častěji a může být realizováno
radiálním nebo axiálním způsobem. Při radiálním způsobu (obr. 5.18) se používají dva
kotouče (délka vyráběného závitu je omezena jejich šířkou), na kterých je vytvořen negativ
profilu válcovaného závitu. Oba kotouče jsou poháněny, otáčejí se ve stejném smyslu a přibližují
k polotovaru, závit je vytvořen během několika jeho otáček. Pro tento způsob výroby
závitů jsou používány speciální stroje, které umožňují válcovat šrouby s normálním a plochým
závitem, případně i jiné profily. Pokud je třeba válcovat delší závity, využívá se axiální
pohyb obrobku.
Obr. 5.18 Radiální způsob válcování závitu
a) hlava s kotoučovými čelistmi, b) sestava stroj - nástroj - součást
Při axiálním způsobu (obr. 5.19) je závit tvářen pomocí tří volně otočných kotoučů
(vzájemně přesazených o 1/3 stoupání závitu), jejichž osy jsou buď mimoběžné, skloněné
k ose polotovaru o úhel stoupání závitu, nebo jsou s ní rovnoběžné. Všechny tři kotouče mají
na svém obvodu vytvořen negativ profilu závitu v uzavřených okruzích, náběhové plochy jsou
57
kuželovitě sraženy (stejné sražení má i polotovar). Při válcování se vzájemná poloha kotoučů
nemění, polotovar se otáčí a je vtahován mezi válcovací kotouče. K válcování závitů axiálním
způsobem lze využít revolverové a automatické soustruhy.
Obr. 5.19 Axiální způsob válcování závitu
a) hlava s kotoučovými čelistmi, b) sestava stroj - nástroj - součást
Vnitřní závity jsou vyráběny pomocí tvářecích závitníků, které pracují na principu
plastické deformace předvrtané díry (obr. 5.20b). Deformovaný materiál se zpevňuje a není
narušena jeho vnitřní struktura, což podstatně zvyšuje pevnost, spolehlivost a životnost závitu.
Obr. 5.20 Rozdíly při výrobě vnitřního závitu: a) řezací závitník , b) tvářecí závitník
Obr. 5.21 Tvářecí závitníky
a) závitníky Record Druck firmy Emuge-Franken, b) závitník HPF firmy LMT-Fette
Tvářecí závitníky jsou velmi často vyráběny jako monolitní, z nepovlakovaných a povlakovaných
slinutých karbidů (obr. 5.21a), nebo mají konstrukci s vyměnitelnou hlavicí (obr.
5.21b). Závitníky HPF (High Performance Forming) firmy LMT-Fette, mají ocelové těleso a
přesně broušenou vyměnitelnou hlavici z povlakovaného slinutého karbidu. Stabilní a přesné
spojení tělesa a hlavice je zajištěno prostřednictvím unašeče základního tělesa (čtyřhranné
58
výstupky, které zapadají do odpovídajících drážek hlavice) a centrální kuželové díry hlavice,
oba díly (těleso a hlavice) jsou spojeny šroubem. Ocelová stopka je v důsledku své vyšší torzní
tuhosti schopna přenést velké krouticí momenty, slinutý karbid, ze kterého je vyrobena
hlavice, je optimalizován pro proces tváření závitu (superjemnozrnný otěruvzdorný substrát,
PVD povlak TiCN Plus). Tato kombinace umožňuje vysoké výkony tváření (délka závitu až
3xD, včetně závitů ve slepých dírách) a vylučuje možnost poškození nástroje lomem, který se
často vyskytuje u monolitních tvářecích závitníků.
6. VÝROBA OZUBENÍ
Výroba ozubení patří mezi velmi důležité ale také velmi složité technologické procesy.
Složitost obrábění ozubených kol souvisí s tím, jak je nutno splnit teoretické poznatky plynoucí
z teorému odvalu a teorému obtisku nástrojových ploch pro dosažení správného záběru
vyrobeného ozubení. Kvůli vyrovnání nepřesností ozubených kol i jejich uložení v převodové
skříni a deformací spojených s přenosem krouticího momentu jsou zuby kol při výrobě modifikovány
(podélná a výšková úprava plochy boku zubů). Tyto úpravy sice snižují hlučnost a
zvyšují životnost ozubení, na druhé straně ale kladou zvýšené nároky na jejich výrobu. Přesnost
vyrobeného ozubení je ovlivněna zejména kinematikou obráběcího procesu, použitým
nástrojem, typem a technickým stavem obráběcího stroje, volbou technologických základen,
způsobem upnutí obrobku a řezným prostředím.
Výrobu ozubení lze podle druhu ozubeného kola rozdělit na obrábění čelních kol s
přímými, šikmými a šípovými zuby, šneků, šnekových kol a kuželových kol s přímými, šikmými
nebo zakřivenými zuby. V uvedeném pořadí roste technologická náročnost obrábění
jednotlivých druhů ozubení.
6.1. OBRÁBĚNÍ ČELNÍCH OZUBENÝCH KOL
Ozubení čelních kol se obrábí frézováním, obrážením a protahováním, pro dokončování
se používá ševingování (u kol bez tepelného zpracování) nebo broušení (u kol s kalenými
zuby). Výběr některé z uvedených technologií závisí na počtu vyráběných ozubených kol,
velikosti a typu kola (samostatné kolo nebo soukolí), umístění zubů (vnější nebo vnitřní ozubení)
a jejich tvaru (přímé, šikmé, šípové).
6.1.1. Frézování dělicím způsobem
Při frézování dělicím způsobem (obr. 6.1) se obrobí jedna zubová mezera, poté se obrobek
upnutý v dělicím přístroji pootočí o jednu zubovou rozteč (tzo) a frézuje se další zubová
mezera. Tímto způsobem se čelní ozubená kola frézují zejména v kusové výrobě. K nevýhodám
dělicího způsobu frézování patří malá přesnost a nízká výrobnost způsobená tím, že proces
obrábění není plynulý. Mezi výhody patří jednoduchost, nízká cena nástroje a možnost
použití běžných obráběcích strojů - univerzálních, případně speciálních frézek.
Čelní ozubená kola s přímými zuby se frézují kotoučovou (obr. 6.2a, 6.14) nebo čepovou
(stopkovou) modulovou frézou (obr. 6.2b), profil frézy odpovídá profilu zubové mezery.
Protože tvar profilu zubové mezery je pro určitý modul závislý na počtu zubů obráběného
kola, teoreticky by pro každý modul a počet frézovaných zubů byla zapotřebí samostatná fréza
odpovídajícího tvaru. To by ale znamenalo neúnosné rozšíření sortimentu nástrojů, pod-
59
statné snížení efektivnosti výroby a zvýšení provozních nákladů. Proto se v praxi používá
jeden nástroj s daným modulem vždy pro určitý rozsah zubů a všechny modulové frézy jsou
dodávány v sadách, které obsahují 8 (viz tabulku 6.1), 15 nebo 26 členů pro příslušný modul
(závisí na požadavcích přesnosti obráběného ozubení). Kotoučové modulové frézy jsou vyráběny
pro moduly m=0,2 až 16 mm.
Tab. 6.1 Rozložení počtu zubů pro osmičlennou sadu kotoučových fréz
Číslo frézy 1 2 3 4 5 6 7 8
Pro počet zubů 12÷13 14÷16 17÷20 21÷25 26÷34 35÷54 55÷134 135÷
Obr. 6.1 Frézování čelního ozubení dělicím způsobem kotoučovou frézou
a) přímé zuby, b) šikmé zuby
Obr. 6.2 Modulové frézy: a) kotoučová, b) čepová (stopková)
Při frézování šikmých zubů kotoučovou modulovou frézou je pracovní stůl stroje
s upnutým obrobkem natočen vzhledem k ose vřetena o úhel sklonu zubů βo (obr. 6.1b, 6.3).
Zuby se pak vytvoří kombinací podélného posuvu stolu (vf) a rotačního pohybu obrobku (no),
který je odvozen od posuvového šroubu stolu. Frézování šikmého ozubení čepovou frézou je
analogické, ale pracovní stůl se nenatáčí. Čepovými modulovými frézami lze frézovat i šípové
ozubení.
60
Obr. 6.3 Frézování čelního ozubeného kola se šikmými zuby kotoučovou modulovou frézou
Pro výkonné hrubování ozubených kol větších modulů (m=12 až 20 mm) se používají
hrubovací kotoučové frézy s odstupňovaným profilem a frézy se vsazenými noži z rychlořezných
ocelí (až do m=45 mm) nebo břitovými destičkami ze slinutých karbidů (až do m=50
mm). Čepové modulové frézy pro hrubování ozubení s modulem m>30 mm mají lichoběžníkový
profil a břity ve šroubovici, proto mohou být v tomto případě použity větší posuvové
rychlosti. Čepové frézy se používají zejména při výrobě ozubení s velkými moduly (m=20 až
75 mm), kde by odvalovací frézy i odpovídající obráběcí stroje byly příliš nákladné.
6.1.2. Frézování odvalovacím způsobem
Odvalovací frézování je založeno na principu záběru válcového šneku (nástroj)
s ozubeným kolem (obrobek). Nástrojem je odvalovací fréza (obr. 6.4, 6.14), která má tvar
evolventního šneku, jehož profil je v normálné rovině tvořen základním hřebenem. Spirála
šneku je přerušena drážkami, které vytvářejí na základním hřebenu čelní plochy břitů (zubů)
nástroje. Hlava a boky zubů jsou podbroušeny nebo podsoustruženy, aby byly na hlavním
hřbetu i vedlejších hřbetech vytvořeny požadované úhly hřbetu.
Řezný pohyb je vyvozen rotací frézy (n), obrobek rotuje otáčkami no tak, že se za jednu
otáčku frézy pootočí o jednu zubovou rozteč, čímž se plynule frézují všechny zuby. Aby se
vytvořilo ozubení po celé šířce frézovaného kola, musí se fréza současně pohybovat ve směru
obráběných zubů rychlostí vf (obr. 6.5). Smysl posuvu frézy se může shodovat se smyslem její
rotace (nesousledné frézování), nebo může být opačný (sousledné frézování). Boky zubů se
vytvářejí jako obalové plochy jednotlivých poloh nástroje (obr. 6.6). Jednou odvalovací frézou
lze obrábět ozubená kola stejného modulu s libovolným počtem a sklonem zubů.
61
Kinematika řezného pohybu vychází z podmínky:
o
o
z
z
n
n
= [-] , (6.1)
kde: no [min-1
] jsou otáčky obráběného kola,
n [min-1
] jsou otáčky odvalovací frézy,
zo [-] je počet zubů obráběného kola,
z [-] je počet chodů odvalovací frézy.
Obr. 6.4 Nástroje na výrobu ozubení: 1 - frézy Klingelnberg, 2 - obrážecí nože Fellows,
3 - ševingovací kolo, ostatní nástroje - odvalovací frézy
Obr. 6.5 Kinematika pohybů při odvalovacím frézování čelního ozubení
62
Obr. 6.6 Princip vytvoření evolventy při odvalovacím frézování
Při frézování kol s přímými zuby se odvalovací fréza natáčí k rovině kolmé k ose kola
o úhel nastavení η (obr. 6.5, 6.7), který je roven stoupání šroubovice ω odvalovací frézy.
Smysl natočení závisí na tom, zda jde o frézu pravochodou nebo levochodou. Při obrábění kol
se šikmými zuby je úhel nastavení odvalovací frézy:
η = βo ± ω [°], (6.2)
kde: βo [°] je úhel sklonu zubů obráběného kola,
ω [°] je úhel stoupání odvalovací frézy.
Obráběcí kolo musí konat urychlený otáčivý pohyb, čehož se dosahuje diferenciálním
převodem. Znaménko plus ve vztahu (6.2) se použije v případech, kdy se pravochodé (levochodé)
kolo frézuje levochodým (pravochodým) nástrojem. Znaménko minus ve vztahu (6.2)
se uplatní při frézování pravochodého (levochodého) kola pravochodým (levochodým) nástrojem.
Pro ilustraci jsou všechny uvedené kombinace (včetně frézování ozubených kol s přímými
zuby) dokumentovány na obrázku 6.7.
Břity odvalovacích fréz jsou zatíženy nerovnoměrně, protože při frézování je v záběru
pouze několik zubů. Moderní odvalovací frézky jsou z uvedeného důvodu vybaveny automatickým
krokováním frézy (anglicky „shifting“), které vždy po určitém počtu vyrobených kol
přesune frézu o potřebnou hodnotu ve směru její osy. Aplikací této technologie frézování lze
zvýšit trvanlivost nástroje o 50 až 70%. Některé typy odvalovacích frézek umožňují diagonální
frézování, při kterém koná fréza malý osový pohyb, v závislosti na přídavném pootočení
obrobku.
Frézování odvalovacím způsobem se provádí na odvalovacích frézkách, které jsou
zpravidla vybaveny zařízením pro práci v automatickém cyklu. Mimo odvalovacího frézování
vnějšího ozubení čelních ozubených kol je na nich možno obrábět také řetězová kola a šneková
kola. Odvalovacím způsobem lze na těchto frézkách také frézovat drážkové hřídele. Některé
odvalovací frézky jsou vybaveny různými typy CNC řídicích systémů.
Odvalovací frézka - viz obrázek 6.8 - se skládá z lože (1), na němž je otočný stůl (2)
pro upínání obrobků. Ozubená kola malých průměrů jsou upínána na trn, který je svým volným
koncem veden v opěrném ložisku (3) posuvném po vedení opěrného stojanu (4). Vřete-
63
ník (5) s upínacím trnem (6) pro odvalovací frézu koná posuvový pohyb podél osy obrobku
(rychlostí vf) a lze jej natáčet podle dané kombinace nástroj - obrobek (úhel η na obrázku 6.7).
Obr. 6.7 Vyklonění vřeteníku při odvalovacím frézování ozubených kol
Odvalovací frézování patří k velmi produktivním způsobům obrábění ozubených kol,
složitý systém nastavování a řízení potřebných pohybů obráběcího stroje (obr. 6.9) však klade
vysoké nároky na kvalifikaci a zkušenost obsluhujícího pracovníka.
64
Obr. 6.8 Základní stavební prvky odvalovací frézky: 1 - lože, 2 - otočný stůl,
3 - opěrné ložisko, 4 - opěrný stojan, 5 - vřeteník, 6 - upínací trn
Obr. 6.9 Kinematické schéma odvalovací frézky
65
Obr. 6.10 Velkoprůměrová odvalovací frézka se dvěma vřeteníky
Obr. 6.11 Odvalovací frézka s CNC řízením
66
6.1.3. Obrážení hřebenovým nožem
Obrážení ozubení čelních ozubených kol hřebenovým nožem je založeno na principu
záběru ozubeného hřebene (nástroj) s ozubeným kolem (obrobek). Nástroj je v radiálním směru
nastaven na hloubku zubu h a koná přímočarý vratný pohyb (l - délka zdvihu, vc - střední
hodnota řezné rychlosti, vz - střední hodnota rychlosti zpětného pohybu). Odvalování je dosaženo
složením otáčivého (no) a posuvového pohybu (vf) obrobku, u šikmého ozubení obráženého
nástrojem se šikmými zuby navíc ještě dodatečným posuvem nástroje vn, vz - obr. 6.12.
Po obrobení části ozubení v segmentu na kruhové výseči s úhlem ε (poloha O3) dojde
k odsunutí obrobku od nástroje, jeho přesunutí do polohy O5, kde se nastaví na úhel ε1 a znovu
přisune k nástroji do výchozí polohy O1. Tímto způsobem se při postupném obrábění jednotlivých
segmentů vyrobí kompletní ozubení.
Na obráběcích strojích lze jedním nástrojem daného modulu vyrábět kola
s libovolným počtem zubů, s přímými i šikmými zuby (obr. 6.13). Pokud má nástroj přímé
zuby (což je obvyklý případ) a ozubené kolo zuby šikmé, probíhá obrážení se smykadlem
vykloněným o úhel sklonu zubů obrobku (βo). Šípové ozubení se obráží na strojích, které jsou
vybaveny dvěma protiběžnými smykadly.
Obrážení hřebenovým nožem je charakterizováno zejména relativně levným nástrojem,
poměrně vysokými náklady na obrážecí stroj a dlouhými výrobními časy. Uvedený způsob
obrábění je v provozních podmínkách označován jako systém Maag.
Obr. 6.12 Kinematika pohybů při obrážení čelního ozubení metodou Maag
67
Obr. 6.13 Obrážecí stroje Maag
Hřebenové obrážecí nože (obr. 6.14) jsou z nástrojů na výrobu ozubení nejjednodušší
(z hlediska tvaru, geometrie, výroby i ostření) a nejpřesnější, což se výrazně projevuje na vysoké
přesnosti jimi vyráběných ozubených kol. Při použití speciálních nástrojů lze na strojích
Maag vyrábět i různě profilované součásti a pomocí doplňkového zařízení i vnitřní hřebenová
ozubení.
Obr. 6.14 Nástroje na výrobu ozubení: 1 - kotoučová fréza, 2 - odvalovací fréza,
3 - hřebenové nože Maag, 4 - kotoučový nůž Fellows, 5 - ševingovací kolo
68
6.1.4. Obrážení kotoučovým nožem
Obrážení kotoučovým nožem je založeno na principu záběru dvou ozubených kol bez
vůle, tzn., že při obrážení se nástroj i obrobek po sobě odvalují tak, jako by spolu zabírala dvě
čelní ozubená kola - obr. 6.15. Nástroj, upnutý ve smykadle, koná přímočarý vratný pohyb ve
směru své osy (l - délka zdvihu, vc - střední hodnota řezné rychlosti, vz - střední hodnota rychlosti
zpětného pohybu) a rotuje otáčkami nn, obráběné kolo rotuje otáčkami no. Uvedenou
kombinací rotačních a translačních pohybů je vytvořen výslední evolventní profil zubů obráběného
kola jako obálka evolventních boků zubů nástroje. Při zpětném pohybu se obrobek
oddaluje od nástroje, aby se břity netřely o obrobenou plochu (toho lze dosáhnout radiálním
nebo šikmým odskokem - fo‘).
Obr. 6.15 Kinematika pohybů při obrážení čelního ozubení metodou Fellows
Obrážecí kotoučové nože (6.4, 6.14, 6.15) jsou vyráběny z rychlořezných ocelí jako
stopkové nebo nástrčné a v podstatě se jedná o spojitě korigovaná ozubená kola, jejichž zuby
vytvářejí nástrojové břity (čelo na čele zubu, hlavní hřbet na hlavě zubu, vedlejší hřbety na
bocích zubu). Kotoučovými noži lze obrábět i vnitřní ozubení a v důsledku krátkého náběhu i
přeběhu nástroje se tato metoda uplatňuje též při výrobě dvojkol. Šikmé ozubení se obráží
69
nástrojem s přímými nebo šikmými zuby, který v průběhu pracovního dvojzdvihu (do záběru,
i ze záběru) koná pomocí šroubovitých vodítek přídavný rotační pohyb ve šroubovici s úhlem
stoupání βo (úhel sklonu zubů obráženého kola). Obrážení kotoučovými noži se v provozních
podmínkách označuje jako systém Fellows.
Obr. 6.16 Kinematické schéma odvalovací obrážečky
Obr. 6.17 Odvalovací obrážečka OHA 50A
70
6.1.5. Protahování
Pro výrobu ozubení vnějších i vnitřních čelních kol lze ve velkosériové a hromadné
výrobě s výhodou použít protahování. Nástrojem je protahovací trn, který může být vyroben
z rychlořezné oceli jako celistvý, nebo má těleso ze zušlechtěné konstrukční oceli, na němž
jsou upevněny zubové segmenty např. z RO.
Vnější ozubení se vyrábí dělicím způsobem, kdy po protažení jedné zubové mezery se
dělicí přístroj s upnutým obrobkem pootočí o jednu zubovou rozteč a celý cyklus se zopakuje.
Mimo plochých protahovacích trnů lze pro výrobu vnějšího ozubení požít i kruhové protahovací
nástroje (viz kap. 6.2.1.5). Vnitřní ozubení se protahuje najednou, nástrojem válcového
tvaru, který má po obvodu rozmístěny břity ve tvaru zubových mezer obráběného kola (obr.
4.2). Ve všech případech má nástroj v kalibrovací části přesný tvar zubové mezery (zubových
mezer) vyráběného kola.
Pro každý průměr, modul, popř. tvar zubu je zapotřebí zvláštní nástroj (týká se vnějšího
i vnitřního ozubení), který je velmi nákladný. Proto je protahování vhodné pouze pro
velkosériovou a hromadnou výrobu, což platí pro vnější, ale zvláště pro vnitřní ozubení. Přesnost
vyrobeného ozubení je přímo závislá na přesnosti výroby protahovacího nástroje.
6.1.6. Ševingování
Ševingování se používá pro dokončování čelních ozubených kol (zejména nekalených),
kdy se z boků zubů odebírají jemné třísky, čímž se zlepšuje profil zubů, zvyšuje jakost
jejich povrchu a snižují úchylky v zubových roztečích. Nástrojem je přesné, modifikované
ozubené kolo se šikmými zuby (úhel stoupání šroubovice βn, v některých případech ozubený
hřeben nebo šnek), břity jsou vytvořeny drážkami na bocích zubů (obr. 6.4, 6.14, 6.18). Záběr
ševingovacího kola (hnací kolo) s obráběným kolem (hnané, bržděné kolo) lze modelovat
jako záběr šroubového válcového soukolí (obr. 6.19), pro které platí kinematické závislosti
šroubového pohybu. Jedno z kol vykonává navíc vratný posuvový pohyb (u menších kol to je
obráběné kolo, u větších ševingovací kolo).
Obr. 6.18 Ševingovací kola
V závislosti na kinematických poměrech ševingovacího procesu se rozlišuje ševingování
podélné (posuvový pohyb je rovnoběžný s osou obráběného kola), diagonální (osa obráběného
kola svírá se směrem posuvového pohybu úhel δ, 0º<δ<45º), diagonálně příčné
(45º<δ<90º), příčné (δ=90º) a zapichovací (nástroj koná radiální posuv).
Nástroj i obrobek při ševingování rotují obvodovou rychlostí 80 až 120 m min-1
(hodnoty
vn a vo musí však být rozdílné), rychlost ševingování (vc) dosahuje až 30 m min-1
. Hod-
71
noty radiálního posuvu se při podélném ševingování pohybují v rozsahu 0,015 až 0,045 mm
na jeden dvojzdvih stolu, podélný posuv v rozsahu 0,2 až 0,5 mm na jednu otáčku obrobku.
Odebírané přídavky na bocích zubů dosahují velikosti 0,04 až 0,10 mm.
Obr. 6.19 Princip podélného ševingování
Obr. 6.20 Ševingovací stroj
72
Na stejném principu jako ševingování je založeno i honování ozubených kol, které
bývá někdy též označováno jako „brousicí ševingování“. Používá se výhradně u kalených kol
a to pro zlepšení tvaru zubů, snížení drsnosti jejich funkčních povrchů nebo k odstranění malých
úchylek po tepelném zpracování, případně menších poškození na zubech, vzniklých při
manipulaci. Provádí se na stejných strojích jako ševingování (výjimečně i na speciálních strojích),
nástrojem může být ozubené kolo vyrobené ze směsi plastu a brusiva nebo ocelové ozubené
kolo, jehož zuby jsou pokryty tenkou vrstvou diamantového brusiva, vázaného pryskyřičným
nebo kovovým pojivem (obr. 6.21).
Obr. 6.21 Nástroj s diamantovým brusivem pro honování ozubených kol
6.1.7. Broušení
Broušením se odstraňují nepřesnosti po předchozím obrábění a deformace po tepelném
zpracování ozubených kol. Ozubená kola se brousí dělicím způsobem tvarovými kotouči, dělicím
způsobem s odvalem boku zubu a odvalovacím způsobem.
6.1.7.1. Broušení dělicím způsobem tvarovými kotouči
Broušení se provádí brousicími kotouči s tvarem jednoho boku zubu, kterými se brousí
odpovídající boky všech zubů kola (jedním kotoučem levé boky, druhým kotoučem pravé
boky), nebo kotoučem s tvarem zubní mezery, který brousí oba boky současně - obr. 6.22. Po
vybroušení boku zubu nebo zubové mezery se obrobek upnutý v dělicím zařízení automaticky
pootočí o jednu zubovou rozteč.
Profily brousicích kotoučů se orovnávají diamantovým orovnávačem podle zvětšené
šablony nebo pomocí speciálního tvarovacího zařízení, u kterého je profil kotouče vytvořen
z geometrického hlediska zcela přesně.
Uvedený způsob broušení ozubených kol je vysoce produktivní, k jeho nevýhodám ale
patří nižší přesnost (závisí na přesnosti dělení a přesnosti profilu brousicího kotouče) a vyšší
provozní náklady (pro každý počet zubů, modul a úhel záběru je třeba mít k dispozici odpovídající
šablony a dělicí kotouče).
73
Obr. 6.22 Broušení čelních ozubených kol dělicím způsobem: a) dva kotouče s profilem ve
tvaru boku zubu, b) jeden kotouč s profilem ve tvaru zubové mezery
Obr. 6.23 Broušení čelních ozubených kol se šikmými zuby dělicím způsobem pomocí kotouče
s profilem ve tvaru zubové mezery: a) vnější ozubení, b) vnitřní ozubení
6.1.7.2. Broušení dělicím způsobem s odvalem boku zubu
Broušení čelního ozubení dělicím způsobem s odvalem boku zubu se v závislosti na
konstrukčním uspořádání brusek realizuje pro případ, kdy se broušený zub odvaluje po dvou
(systém Maag) nebo po jednom brousicím kotouči (systém Niles) - viz obrázek 6.24.
U systému Maag je odvalovací pohyb vytvářen superpozicí příčného a rotačního pohybu
obrobku. Otáčení obrobku se dosahuje odvinováním ocelových pásů z kotouče (nebo
kruhového segmentu), jehož poloměr je roven poloměru základní kružnice broušeného kola,
zmenšeného o tloušťku odvinovaných pásů. Střídavým pohybem příčného suportu je zajištěno
postupné odvalování a broušení zubové mezery. Kromě toho koná podélný suport pohyb ve
směru osy kola, čímž je dosaženo obroušení zubu po celé délce zubu. Po dokončení jedné
zubové mezery se broušené kolo pootočí o jednu rozteč a cyklus se opakuje.
74
Obr. 6.24 Broušení čelního ozubení s odvalem boku zubu
a) broušení Maag pomocí kotoučů skloněných pod úhlem záběru, b) broušení Maag kolmo
postavenými kotouči, c) broušení Niles, 1- obrobek, 2- brousicí kotouče, 3- příčný suport,
4- podélný suport, 5- odvalovací kotouč, 6- ocelový pás, 7- stojan odvalovacího zařízení
Brousit lze pomocí kotoučů skloněných pod úhlem záběru α (obr. 6.24a) nebo kolmo
postavenými kotouči (obr. 6.24b). Skloněné kotouče umožňují použití dvou pracovních postupů
- broušení hranou (obr. 6.25a) nebo plochou kotouče (obr. 6.25b, při broušení plochou
kotouče je jeho podélná osa mírně vykloněna vůči podélné ose boku zubu). Druhý postup je
produktivnější a dosahuje se při něm vyšší jakosti povrchu boků zubů. Při broušení ozubených
kol s modulem větším než 9 mm pracují oba kotouče v jedné zubové mezeře (obr. 6.25,
brousicí kotouče představují boky zubu pomyslného ozubeného hřebene), u menších modulů
pracuje každý kotouč v jiné zubové mezeře (obr. 6.24a). Po každém cyklu jsou brousicí kotouče
automaticky orovnány a nastaveny do správné polohy. Při broušení ozubených kol se
šikmými zuby se vřeteník s brousicími kotouči natočí vzhledem k ose ozubeného kola pod
úhlem sklonu zubů.
Obr. 6.25 Broušení Maag pomocí skloněných kotoučů
a) hranou kotouče, b) plochou kotouče
75
Při broušení kolmo postavenými kotouči vytvářejí pracovní plochy kotoučů rovnoběžné
plochy dvou zubů pomyslného hřebene s úhlem záběru nula stupňů. Brousicí kotouč se
dotýká boku zubu v jediném bodě, takže dokončený povrch zubu nemá křížový výbrus, ale
podélné rovnoběžné stopy, jak je tomu v případě, kdy skloněné kotouče brousí plochou (obr.
6.25b). Pomocí zvláštního zařízení lze při tomto způsobu broušení upravit (modifikovat) zuby
výškově i podélně (obr. 6.24). Úprava evolventy na hlavě a patě, tj. modifikace profilu, se
uskutečňuje tak, že se obrysová křivka profilu odsune za evolventu v místech hlavy a paty, a
tím se omezuje dotyk hlavy zubů jednoho kola se zuby druhého kola. Úpravou po délce zubu
se odsunuje obrysová čára na obou koncích zubu, takže zub dostane soudečkovitý tvar, který
zabraňuje nosnému styku na hranách zubu.
Schéma odvalování boku zubu po jednom brousicím kotouči, jehož profil se shoduje
s profilem zubu ozubeného hřebenu - systém Niles - je uvedeno na obrázku 6.24c. Brousicí
kotouč se otáčí a vykonává přímočarý vratný pohyb ve směru osy broušeného kola. Odvalovací
pohyb v obou smyslech vzniká otáčením broušeného kola kolem jeho osy, při současném
posuvu ve směru osy brousicího kotouče. Brousí se postupně od paty k hlavě zubu bok po
boku, dělicí pohyb vykonává obráběné ozubené kolo. Při broušení ozubených kol se šikmými
zuby se vykloní smykadlo s brousicím kotoučem o úhel sklonu zubů.
6.1.7.3. Broušení odvalovacím způsobem
Největšího výkonu při broušení ozubení lze dosáhnout odvalovacím broušením pomocí
brousicího kotouče, který má tvar šneku - systém Reishauer - obr. 6.26. Tento způsob je
podobný odvalovacímu frézování, přičemž odvalovací fréza je nahrazena jednochodým nebo
dvouchodým brousicím šnekem, který nekonečným počtem obálkových profilů svého závitu
vytváří požadovaný profil broušeného ozubení. Používá se zejména pro ozubení malých modulů,
u kol s modulem menším než 3 mm je možno brousit do plného materiálu. Základní
podmínkou tohoto způsobu je zcela synchronní běh nástroje a obrobku, rozhodujícím faktorem
pro parametry přesnosti broušeného ozubení je tvarování brousicího kotouče z hlediska
jeho profilu a stoupání. Brousicí kotouč mívá průměr 350 až 400 mm a značná pozornost se
musí věnovat jeho vyvážení, jak statickému tak také dynamickému.
Obr. 6.26 Odvalovací broušení ozubených kol
76
Obr. 6.27 Bruska pro odvalovací broušení ozubených kol
6.2. OBRÁBĚNÍ KUŽELOVÝCH KOL
6.2.1. Kola s přímými a šikmými zuby
Kuželová ozubení s přímými zuby lze obrábět frézováním tvarovou kotoučovou nebo
čepovou frézou, obrážením podle šablony, obrážením dvěma noži, frézováním dvěma nožovými
hlavami a protahováním.
6.2.1.1. Frézování tvarovou frézou
Frézování tvarovou frézou (kotoučovou nebo stopkovou) se provádí na univerzálních
frézkách dělicím způsobem (po obrobení jedné zubové mezery se ozubené kol pootočí o jednu
rozteč a postup se opakuje). Tento způsob se používá pro výrobu kuželových kol s malou
přesností a k hrubování kol před dokončením odvalovacími způsoby (při hrubování kotoučovou
frézou se obrábí každý bok zubu zvlášť). Tvarovou frézou nelze vyrobit teoreticky správné
kuželové ozubení, protože nástroj není schopen lineárně zmenšovat modul ozubení směrem
k vrcholu kužele obráběného kola.
Kotoučovou frézou (obr. 6.28) se vyrábějí ozubená kola s přímými a šikmými zuby,
čepovou frézou lze navíc vyrábět i ozubení se šípovými a zakřivenými zuby (v tomto případě
se obráběné kolo musí současně natáčet kolem své osy). Čepové frézy se používají pro výrobu
ozubení větších modulů (až do hodnoty 50 mm).
77
Obr. 6.28 Frézování ozubení kuželového kola kotoučovou tvarovou frézou
6.2.1.2. Frézování nožovými hlavami
U této metody, která se
používá při výrobě kol menších
a středních rozměrů (modul
m=0,3 až 10 mm), jsou nástroji
dvě kotoučové nožové hlavy
(pravá a levá) se vsazenými
břity, které se v zubové mezeře
překrývají (obr. 6.29). Princip
práce spočívá v odvalování
vyráběného ozubení po plochém
základním kole, jehož
zuby jsou tvořeny vnějšími
břity dvou frézovacích hlav.
Odvalování je zajištěno natáčením
kolébky nebo odvalováním
frézovacích hlav a natáčením
obrobku. Zubová mezera
je tedy vytvořena zapichováním
a odvalováním, bez podélného
posuvového pohybu frézovacích
hlav. Ozubení se frézuje
dělicím způsobem, obrobek
vykoná radiální posuv na
hloubku zubu (zapichování),
potom následuje frézování boku zubu odvalem. Zuby mají soudečkový tvar, zubové mezery
mají tvar kruhového oblouku.
Obr. 6.29 Frézování ozubení kuželového kola pomocí
dvou kotoučových nožových hlav
78
6.2.1.3. Obrážení podle šablony
Obrážení kuželového ozubení
podle šablony se používá při
výrobě přesnějších kol s většími
moduly. Pro stejný počet zubů kol
s různými moduly stačí jedna šablona,
která má tvar zvětšeného boku
zubu na vzdálenost 1500 mm od
vrcholu kužele obráběného kola.
Kinematické schéma obrážecích
suportů je uvedeno na obrázku
6.30. Obráběné kolo (1) se upíná na
hřídel dělicího přístroje, po vyrobení
jednoho zubu se pootočí o
jednu rozteč. Obrážecí nože (3),
upevněné v nožových hlavách suportů
(4), se přímočarým vratným
pohybem (vc - do řezu, vz - zpětný
pohyb) pohybují po vedeních
suportů (2) a po každém dvojzdvihu
se pomocí vačky posuvového
zařízení (5) posunou o hodnotu f.
Polohu nástroje, nutnou pro obrobení
boku zubu určuje kopírovací
kladka (7), umístěná na konci vedení
suportu, která se odvaluje po
šabloně (6) - na obrázku 6.30 znázorněno
pouze pro jeden bok zubu.
Obr. 6.30 Kinematické schéma obrážení ozubení
kuželového kola podle šablony
K výhodám tohoto způsobu obrábění patří možnost výroby přesného kuželového ozubení,
u kterého se modul zubů zmenšuje směrem k vrcholu kužele obráběného kola. K nevýhodám
patří nízká jakost povrchu vyrobených zubů (nástroje obrábějí pouze svými špičkami)
a menší produktivita.
6.2.1.4. Obrážení dvěma noži
Při obrážení dvěma noži jde o způsob výroby s odvalem boku zubu - obr. 6.31. Nože
lichoběžníkového profilu, upnuté v otočné hlavě, konají řezný pohyb (vc) ve směru povrchových
přímek boků zubů. Jejich ostří představují zubovou mezeru pomyslného plochého základního
kola (kuželové kolo s úhlem roztečného kužele δ = 90º), se kterým je obráběné kolo
v záběru. Boky vyráběných zubů ve tvaru evolventy jsou vytvořeny jako obálka postupných
poloh břitů nástrojů při záběru obráběného a základního kola (no - rotace obráběného kola, vf
- posuvový pohyb nožů odvozený z rotace nožové hlavy). Po obrobení jednoho zubu (každý
nůž obrábí jeden bok) se nožová hlava i obrobek vrátí do výchozí polohy a obrobek se dělicím
zařízením pootočí o jednu rozteč. Tímto způsobem se hrubují nebo dokončují ozubená kola
do hodnoty modulu m = 20 mm a průměru 1200 mm. Na některých typech strojů lze obrážením
dvěma noži vyrábět kuželová kola se šikmými zuby, s výškově i podélně modifikovaným
profilem.
79
Obr. 6.31 Odvalovací obrážení ozubení kuželového kola dvěma noži
6.2.1.5. Protahování
Tento způsob výroby
ozubení kuželových kol
s přímými zuby (obr. 6.32)
se uplatňuje ve velkosériové
a hromadné výrobě, zejména
v automobilovém průmyslu.
Nástrojem je vodorovně
upnutý kotoučový nástroj
(protahovák) o průměru 450
až 600 mm, který má na
svém obvodu mechanicky
upevněné segmenty s jednotlivými
břity odstupňovanými
ve tvaru zubové mezery. Profily
břitů jsou vytvořeny kruhovými
oblouky, kterými je
nahrazeno evolventní zakřivení
boku zubu, velikost proObr.
6.32 Protahování ozubení kuželového kola
80
filu jednotlivých břitů se po obvodě nástroje postupně zvětšuje. Nástroj koná rotační pohyb a
posouvá se podél zubu od menšího profilu k většímu, při průchodu části s vynechanými břity
je obrobek pomocí dělicího zařízení otočen o jednu zubovou mezeru. Protahování je velmi
produktivním způsobem výroby, vzhledem k velmi krátkým časům potřebným pro obrobení
jedné zubové mezery (řádově v sekundách).
6.2.2. Kola se zakřivenými zuby
Obrábění ozubení kuželových
kol se zakřivenými zuby (obr. 6.33) se
provádí odvalovacím frézováním těmito
způsoby:
• Gleason - kruhově zakřivené zuby
(ozubení Zerol, Hypoid),
• Oerlikon - zuby zakřivené podle
prodloužené epicykloidy (eloidní
ozubení),
• Klingelnberg - zuby zakřivené
podle prodloužené evolventy (paloidní
ozubení) nebo epicykloidy
(cyklopaloidní ozubení).
Obr. 6.33 Kuželová ozubená kola
se zakřivenými zuby
6.2.2.1. Způsob Gleason
Metoda Gleason je charakterizována jako odvalovací frézování kuželových kol dělicím
způsobem pomocí čelní nožové hlavy (obr. 6.34). Princip obrábění vyplývá
z dvoubokého záběru (odvalu) pomyslného plochého základního kola (4) s obráběným ozubeným
kolem (1). Základní kolo je tvořeno unášecí deskou (3), na níž je upnuta frézovací hlava
(2). Nože frézovací hlavy mají lichoběžníkový profil a jsou uspořádány obvykle za sebou,
s vystřídanými vnějšími a vnitřními břity. Řezná rychlost, která není vázána na ostatní pracovní
pohyby, je určena rotací frézovací hlavy.
Na začátku práce se obrobek přisune radiálně na hloubku zubové mezery, poté jsou
automaticky zapnuty odvalovací pohyby. Unášecí deska i nástroj se otáčejí úhlovými rychlostmi,
které jsou dány převodovým poměrem záběru základního a obráběného kola. Protože
břity nástroje tvoří zub základního kola, obrobí vnější a vnitřní boky zubové mezery obráběného
kola. Úhel odvalovacího pohybu musí být tak velký, aby se odvalila celá zubová mezera.
Potom se obrobek odsune od nástroje, změní se smysl otáčení unášecí desky a dojde k jejímu
odvalení do výchozí polohy. Obráběné kolo se odvalí do polohy, která se liší o jednu úhlovou
rozteč proti odvalu unášecí desky. Tím se uskuteční dělení na další zubovou mezeru, zapne se
přísuv a celý cyklus se opakuje, dokud nejsou vyrobeny všechny zubové mezery obráběného
kuželového kola.
81
Obr. 6.34 Frézování ozubení kuželových kol se zakřivenými zuby způsobem Gleason
1 - obráběné kolo, 2 - nožová hlava, 3 - unášecí deska, 4 - pomyslné základní kolo
Obr. 6.35 Obráběcí stroj na výrobu kuželových kol s hypoidním ozubením
82
6.2.2.2. Způsob Oerlikon
Jedná se o odvalovací frézování čelní nožovou hlavou (obr. 6.36), která vytváří boky
zubů obráběného kola plynulým odvalem (to znamená, že nejsou zapotřebí dělicí pohyby jako
v případě metody Gleason). Kuželové ozubení vzniká kombinací tří na sobě navzájem závislých
pohybů - rotačním pohybem nožové hlavy, rotačnímu pohybem obrobku, který je současně
dělicím pohybem a natáčením unášecí desky, na níž je výstředně upnuta čelní nožová
hlava. Jednotlivé břity čelní nožové hlavy (s přímkovým ostřím) jsou uspořádány po skupinách
tak, že tvoří části samostatných spirál.
Obr. 6.36 Frézování ozubení kuželových kol se zakřivenými zuby způsobem Oerlikon
1 - obráběné kol, 2 - unášecí deska, 3 - pomyslné základní kolo, 4 - nožová hlava
6.2.2.3 Způsob Klingelnberg
Kuželová kola s paloidním ozubením se u metody Klingelnberg vyrábějí odvalovacím
frézováním pomocí kuželové frézy, která vytváří boky zubů obráběného kola plynulým odvalem
(obr. 6.37). Podobně jako u způsobu Oerlikon jsou zubové mezery obráběného kola
vytvářeny kombinací tří pohybů - rotačního pohybu frézy, rotačního pohybu obrobku a
odvalovacího pohybu frézy na unášecí desce. Tento způsob je vhodný pro kusovou a
malosériovou výrobu.
83
Obr. 6.37 Frézování kuželových kol s paloidním ozubením metodou Klingelnberg
1- obráběné kolo, 2- kuželová odvalovací fréza, 3- unášecí deska, 4- pomyslné základní kolo
Kuželová kola s cyklopaloidním ozubením jsou vyráběna odvalovacím frézováním
čelní nožovou hlavou na stejném principu jako u metody Oerlikon. Rozdíl spočívá v konstrukci
nožové hlavy, která je dvoudílná a uspořádaná tak, že všechny vnější nože jsou v jedné
části a vnitřní nože v druhé části hlavy. Obě části se mohou vzájemně posouvat, což umožňuje
vnitřním i vnějším nožům vytvářet křivky s různými poloměry křivosti. Tím vzniká požadované
zakřivení s podélnou modifikací tvaru zubu. Je to velmi produktivní způsob výroby kuželových
kol menších a středních modulů do průměru až 850 mm.
Obr. 6.38 Obráběcí stroj Klingelnberg AMK 1602 pro výrobu kuželových kol
s cyklopaloidním ozubením
84
6.3. OBRÁBĚNÍ ŠNEKŮ A ŠNEKOVÝCH KOL
Válcové šneky jsou vyráběny soustružením a frézováním, k dokončování je využíváno
broušení (obr. 6.39). Soustružení se provádí tvarovým nožem na univerzálních soustruzích a
používá se hlavně pro šneky malých modulů, při malém počtu vyráběných kusů. U velkých
modulů je tento způsob využíván jen při větších úhlech stoupání γ a při konečné úpravě
předfrézovaných šneků. Pro zvýšení účinnosti broušení jsou závity šneku rovněž předfrézovány
a konečný tvar je vybroušen profilovým kotoučem na speciálních brousicích strojích (obr.
6.40). Frézováním jsou šneky vyráběny na univerzálních nebo odvalovacích frézkách (obr.
6.41), jako nástroje jsou používány kotoučové nebo čepové přímoboké nebo tvarové frézy.
Globoidní šneky jsou obráženy tvarovými noži upnutými v nožové hlavě, nebo se frézují
čepovou frézou. Nožová hlava nebo fréza je upnuta na otáčivém suportu tak, že přímky
proložené břity nožů nebo frézy jsou tečnami k tvořící kružnici.
Obr. 6.39 Schéma výroby válcového šneku
1- soustružení tvarovým nožem, 2 - frézování k
toučovou frézou, 3 - broušení tvarovým kotoučem
oObr.
6.41 Odvalovací frézování
válcového šneku
Obr. 6.40 Broušení válcového šneku
85
Obr. 6.42 Odvalovací frézování šnekových kol
Šneková kola se vyrábějí frézováním
na univerzálních nebo odvalovacích
frézkách. Na univerzální frézce se kolo
předfrézuje tvarovou kotoučovou frézou a
dokončuje šnekovou frézou, která má
rozměry šneku vyráběného soukolí. Při
frézování na odvalovacích frézkách (nástrojem
je odvalovací fréza, která má tvar
a rozměry shodné se spoluzabírajícím
šnekem) lze šneková kola vyrábět následujícími
způsoby (obr. 6.42):
Obr. 6.43 Odvalovací frézování
šnekového kola
• radiálním, při kterém se obráběné
kolo posouvá proti nástroji (tento
způsob se používá při výrobě šnekových
kol s úhlem stoupání 6º až 8º),
• tangenciálním, kdy se odvalovací
fréza s náběhovým kuželem posouvá
ve směru tečném k roztečné kružnici
kola (tento způsob výroby je přesnější),
• radiálně tangenciálním, kdy se radiálním posuvem hrubuje a tangenciálním obrábí na
čisto (místo odvalovací frézy lze jako nástroj použít tvarový nůž).
7. DĚLENÍ MATERIÁLU
Tyčový válcovaný i tažený materiál se musí před vlastním obráběním rozřezávat na
potřebné délky, podle požadovaných rozměrů konečného obrobku. Dělit obráběné materiály
nebo součásti je však třeba i v případě litých nebo tvářených polotovarů, a to např. při odstraňování
otřepů, švů, výronků, nálitků nebo ztracených hlav, někdy i při oddělování několika
součástí vyrobených těmito metodami najednou. Dělení je třeba použít i při výrobě součástí
86
z desek, pásů nebo jiných rozměrnějších polotovarů. K nejpoužívanějším metodám dělení
materiálu patří:
• dělení rozřezáváním (pilový list, pilový kotouč, pilový pás),
• dělení rozbrušovací kotoučem,
• dělení třecím (frikčním) kotoučem,
• dělení rotačních součástí upichovacím nožem na soustruhu,
• dělení stříháním a lámáním,
• tepelné dělení (plamen, elektrický oblouk, plazma, laser, elektronový paprsek)
• dělení nekonvenčními metodami obrábění (elektrojiskrové řezání, vodní paprsek, atd.).
7.1. DĚLENÍ ROZŘEZÁVÁNÍM
Rozřezávání na rámových, kotoučových nebo pásových pilách patří k nejužívanějším
metodám dělení materiálů, vybrané technologické parametry jednotlivých typů strojních pil
jsou uvedeny v tabulce č.7.1.
Tab. 7.1 Parametry strojních pil
Charakteristika RP KP PP
Pořizovací cena stroje N V S
Instalovaný příkon S V N
Produktivita dělení N S V
Univerzálnost použití N S V
Cena nástroje N S V
Životnost nástroje N V S
Přesnost přířezu N V S
Ztráta materiálu řezáním V S N
RP - rámové pily, PP - pásové pily, KP - kotoučové pily
Hodnota parametru: N-nízká, S-střední, V-vysoká
Pozn.: Tmavší pozadí vyjadřuje nepříznivější hodnotu daného parametru
7.1.1. Dělení na rámových pilách
Z tabulky 7.1 je zřejmé, že dělení materiálu na rámových pilách (obr. 7.1) prokáže své
přednosti zejména v kusové a malosériové výrobě. Nízká cena nástroje a stroje, spolu s poměrně
nízkou spotřebou energie zaručují vysokou hospodárnost této metody pro dané typy
výroby. Za výhodu lze považovat i operativnost, která je daná především jednoduchostí obsluhy,
snadnou výměnou pilového listu, nízkou poruchovostí a nízkými náklady na opravu
stroje (vyplývají z jeho jednoduché konstrukce). Mezi nevýhody lze zařadit zejména nízkou
produktivitu řezání, špatnou přesnost řezu a relativně vysoké ztráty děleného materiálu.
Nástroj - pilový list (je vyroben z rychlořezné oceli a může mít zuby na jedné nebo
obou stranách) - se upíná do rámu, který je veden v ramenu pily a pomocí klikového mechanizmu
vykonává přímočarý vratný pohyb. Při zpětném (nepracovním) pohybu se rameno stroje
nadzvedne pomocí vačky nebo jednoduchého hydraulického mechanizmu, aby hřbety zubů
nedřely po odřezávaném materiálu. Posuv pilového listu do řezu je určován hmotností ramene
nebo je nastaven hydraulicky (v tomto případě jej lze plynule měnit). Kvůli snížení mechanického
a tepelného namáhání musí být zuby listu vhodným způsobem rozvedeny do stran
(např. střídavě vpravo a vlevo).
87
Obr. 7.1 Rámová pila
7.1.2. Dělení na kotoučových pilách
Hlavními přednostmi dělení na kotoučových pilách (obr. 7.2) jsou poměrně vysoká
univerzálnost použití a produktivita, vysoká kvalita řezné plochy (vysoká přesnost řezné spáry
a nízká drsnost povrchu obrobené plochy) a vysoká životnost pilového kotouče.
Obr. 7.2 Kotoučová pila Pegas
Vzhledem k charakteru práce a kinematice pohybů (řezný, posuvový a výsledný) lze
tuto metodu dělení materiálu považovat prakticky za frézovací operaci (válcové frézování),
která využívá jemnozubý nástroj malé tloušťky a velkého průměru. Stejně jako válcové frézo-
88
vání, může být tedy i řezání kotoučovou pilou charakterizováno jako sousledné nebo nesousledné.
Řezný pohyb vykonává nástroj (pilový kotouč) a lze jej vyjádřit hodnotou jeho obvodové
rychlosti vc [m min-1
]. Posuvový pohyb může vykonávat nástroj nebo obrobek a jeho
elementární, na ostatních podmínkách nezávislou hodnotu lze vyjádřit parametrem fz [mm]
(posuv na zub - dráha, o kterou se relativně vůči sobě posunou nástroj a obrobek po dobu, po
kterou je zub nástroje v záběru). Tato hodnota je směrodatná pro volbu posuvového pohybu,
protože jiné parametry, používané pro jeho vyjádření (fo a vf) jsou závislé na počtu zubů nástroje
a jeho otáčkách (tím i na řezné rychlosti a průměru nástroje):
• posuv na otáčku fo = fz . z (dráha [mm], o kterou se relativně vůči sobě posunou nástroj a
obrobek po dobu jedné otáčky nástroje; z [-] je počet zubů nástroje),
• vf = fo . n = fz . z . n (rychlost posuvu [mm min-1
]; n [min-1
] jsou otáčky nástroje).
Tab.7.2 Doporučené řezné podmínky pro kotoučové pily STARK
Obráběný materiál
Řezná rychlost
v [m min-1
]
Posuv na zub
fz [mm]
Oceli, Rm< 500 MPa 30 ÷ 50 0,02 ÷ 0,04
Oceli Rm < 800 MPa 20 ÷ 40 0,02 ÷ 0,03
Oceli Rm < 1200 MPa 15 ÷ 25 0,01 ÷ 0,02
Korozivzdorné oceli 10 ÷ 20 0,01 ÷ 0,02
Šedé litiny 30 ÷ 50 0,03 ÷ 0,04
Měď a bronzy 200 ÷ 300 0,03 ÷ 0,05
Slitiny Al, plný průřez 600 ÷ 900 0,04 ÷ 0,09
Slitiny Al, profily 1000 ÷ 1600 0,03 ÷ 0,07
Mosazi 400 ÷ 600 0,03 ÷ 0,05
Umělé hmoty 60 ÷ 150 0,04 ÷ 0,08
7.1.3. Dělení na pásových pilách
Patří k nejproduktivnějším metodám dělení materiálu a dochází zde k nejmenším
ztrátám materiálu prořezem (řezná spára je o jednu až dvě třetiny menší než u kotoučových
nebo rámových pil), což se výrazně projeví zejména při dělení drahých materiálů. K dalším
výhodám patří vysoká kvalita řezné plochy, k nevýhodám lze zařadit zejména vyšší cenu nástroje
- pilového pásu. Při použití speciálního stroje lze touto metodou provádět i tvarové řezy.
Dělení na pásových pilách (obr. 7.3) se v současné době velmi intenzivně rozvíjí a podíl
dané metody na celkovém objemu děleného materiálu v průmyslové výrobě prudce roste.
Nástrojem je pilový list, svařený na obou koncích tak, že vytváří nekonečný pás, který
je přes hnací a napínací kotouč veden v místě řezu rovnoměrným přímočarým pohybem
(rychlost pohybu pásu tedy odpovídá zvolené řezné rychlosti). Z materiálového hlediska jsou
nejčastěji používány tyto druhy pilových pásů:
• Pásy z pružné uhlíkové oceli - pro obecné případy dělení snadno obrobitelných slitin na
bázi železa; vhodné též pro dělení dřeva a neželezných slitin vysokými řeznými rychlost-
mi.
• Pásy z tvrdé uhlíkové oceli - ušlechtilá uhlíková ocel, speciálně tepelně zpracovaná na vysokou
pevnost v tahu a odolnost proti opotřebení. Pásy z tohoto materiálu mohou být napínány
vyšší silou pro zajištění větší přesnosti řezu.
• Bimetalové pásy - pás z houževnaté pružinové oceli je svařen (obvykle ve vakuu, pomocí
elektronového paprsku) s pásem z rychlořezné oceli, ve kterém jsou pak vyfrézovány zuby
89
s požadovaným tvarem a roztečí. Tato kombinace zaručuje vysokou tvrdost řezné části
(zubů) při zachování vysoké houževnatosti vlastního pásu, čímž lze dosáhnout nejvyšších
možných řezných výkonů; vhodné zejména pro přerušovaný řez (trubky, profily).
• Pásy z pružné oceli s pájenými zuby ze slinutého karbidu (druh K podle ISO) - určeny pro
dělení tvrdých materiálů (až 65 HRC), šedých litin, korozivzdorných ocelí, titanových slitin,
plastů vyztužených uhlíkovými vlákny, mramoru, atd.
Obr. 7.3 Pásové pily Pegas
Podobně, jako u jiných metod obrábění, je i při dělení na pásových pilách jedním z
nejdůležitějších pracovních parametrů hodnota řezné rychlosti vc, která závisí zejména na
fyzikálních a mechanických vlastnostech děleného materiálu, tvaru a rozměrech řezaného
profilu a počtu řezaných součástí (jedna součást, nebo několik součástí ve svazku).
Nastavená hodnota posuvu na zub fz je u pásové pily konstantní po celou dobu řezu
pouze v případě, že vedlejší pohyb (posuv pásu do řezu) je vyvozován zařízením, konstruovaným
na principu mechanických převodů. U převážné většiny pásových pil je však pilový pás
posouván do řezu hydraulicky (příp. pomocí závaží a pákového mechanismu) a proto se hodnota
fz v průběhu řezu může měnit podle toho, jaká je okamžitá délka záběru pásu (závisí na
průřezu děleného materiálu - nejmarkantněji u kruhových profilů - nebo na poloze listu vůči
tomuto materiálu). Pokud je přítlačná síla, kterou vyvozuje hydraulický (nebo pákový) mechanismus
po celou dobu řezu konstantní, je posuv listu do záběru v počáteční fázi řezu rychlejší
(malá délka záběru l ⇒ malý počet zubů v záběru ⇒ malý řezný odpor ve směru posuvu
pásu), potom je postupně zpomalován (délka záběru roste) a po dosažení maximální hodnoty
délky záběru znovu zrychlován (l postupně klesá). Popsané změny rychlosti posuvu pásu
v průběhu řezání však nejsou příliš veliké a při správné volbě výchozí hodnoty fz nemají negativní
vliv na proces řezání (způsobují pouze mírné prodloužení doby řezání), ani na kvalitu
řezné plochy.
Při řezání na pásových pilách je třeba velkou pozornost věnovat volbě pilového pásu
(rozměry, materiál, typ zubů, zubová rozteč), nastavení řezných podmínek (rychlost pásu =
řezná rychlost, posuv do záběru, druh řezné kapaliny a její množství) a správné činnosti všech
součástí a systémů stroje (svěrák pro upnutí obrobku, stav a opotřebení hnacího a vodícího
kotouče, napnutí pásu, poloha vodících ramen a vodítek, stěrače třísek, atd.). Jenom tak lze
dosáhnout velkých řezných výkonů, při dodržení všech předepsaných požadavků na kvalitu
řezné plochy.
90
7.2. DĚLENÍ ROZBRUŠOVACÍM KOTOUČEM
Patří mezi velmi produktivní metody, jeho použití je však omezeno pouze pro specifické
případy dělení těžkoobrobitelných materiálů, slabostěnných profilů nebo trubek, těžkoobrobitelných
plastů, pro odstraňování otřepů tvářených nebo litých polotovarů, odřezávání
vtoků, nálitků nebo ztracených hlav odlitků. Obecně je tato metoda vhodná pouze pro menší
průměry nebo průřezy děleného materiálu, protože rozbrušovací kotouč se velmi rychle opotřebovává
a tím zmenšuje svůj průměr. Rozbrušování by nemělo být používáno u takových
materiálů, které mají sklon k zakalení, či naopak popuštění povrchové vrstvy (některé legované
samokalitelné oceli, kalené rychlořezné oceli), nebo které mají nízkou kritickou teplotu, při
níž dochází k porušení struktury (titanové slitiny, většina plastů).
Rozbrušovací kotouč má velmi malou tloušťku, pro běžné případy 1 až 3 mm, pro
speciální případy ale např. jen několik desetin mm. Brusivem může být Al2O3, SiC, polykrystalický
diamant nebo kubický nitrid boru (KNB). Pojivem je pro klasické brusivo nejčastěji
pryž (dělení ocelí nebo litin za mokra, vc= 60 m s-1
) nebo pryskyřice (pro dělení těžkoobrobitelných
materiálů nebo vyšší řezné rychlosti, až do 120 m s-1
). Pryskyřičné kotouče mohou
být nevyztužené (do průměru 500 mm), nebo vyztužené sklotextilem (nad ∅ 500 mm).
Diamantové kotouče a kotouče z KNB mají obvykle kovové pojivo (bronz, slitiny hliníku).
Na rozdíl od kotoučů z klasického brusiva, které mají plný profil, je činná vrstva těchto
kotoučů vytvořena pouze v malé tloušťce na obvodu kotouče a může být nepřerušovaná nebo
přerušovaná (tato varianta je výhodnější, protože kotouč se mnohem méně zanáší odřezávanou
třískou).
Výhodou tohoto způsobu dělení je úzký řez a z něj vyplývající malý odpad materiálu a
dobrá kvalita plochy řezu (rovinnost, drsnost povrchu), nevýhodou je velká spotřeba nástrojů
a relativně vysoká energetická náročnost procesu.
7.3. DĚLENÍ TŘECÍM KOTOUČEM
Je to metoda, podobná metodě dělení rozbrušovacím kotoučem, nástroj ale v tomto
případě nemusí nutně mít tvar kotouče, používají se i pilové pásy nebo dráty.
Kotouče nebo pásy pro frikční řezání mají nízké zuby, obvykle s úhlem čela γo= +30o
a úhlem hřbetu αo= 10º až 20º, v některých případech jsou však i bez ozubení na obvodě (jen
hladké nebo zdrsněné). Princip řezání spočívá v tom, že při vysokých hodnotách řezné rychlosti
(vc= 60÷150 m s-1
) se povrchová vrstva děleného materiálu v místě styku s nástrojem
velmi rychle ohřívá na vysokou teplotu a tím dochází k podstatnému snížení tvrdosti i pevnosti
obráběného materiálu, který se pak snadno odděluje.
Oblast užití této metody je obdobná, jako v případě dělení rozbrušovacím kotoučem,
její výhody se projeví zejména při řezání tenkostěnných obrobků. K dalším přednostem patří
úzký a přesný řez a levný nástroj (nástroj je v řezu poměrně krátkou dobu, není proto příliš
tepelně namáhán a může být vyroben z běžné konstrukční oceli).
7.4. DĚLENÍ STŘÍHÁNÍM A LÁMÁNÍM
Stříhání a lámání patří k nejproduktivnějším metodám dělení polotovarů v kovárnách a
válcovnách. Stříhání se používá pro dělení plechů, pásů tyčí a profilů. Provádí se za studena, u
málo plastických ocelí za tepla (nelegované oceli až 300 ºC, slitinové oceli až 650 ºC).
91
Obr. 7.4 Tabulové nůžky Knuth (pro plechy tloušťky max. 6 mm a šířky max. 3200 mm )
Tenké plechy (do tloušťky 1 mm) a menší kusy se stříhají ručnímu nůžkami, plechy a
pásy do tloušťky 40 mm, s maximální délkou až 6000 mm, tabulovými nůžkami (obr. 7.4).
Nůžkami se rovněž dělí tyče do průměru 50 mm a profily s maximálním průřezem až 2500
mm2
. Na lisech se stříhacími přípravky nebo na speciálních stříhacích strojích se dělí tyče do
průměru 150 mm za studena, tyče s průměrem až 250 mm za tepla.
Dělení lámáním se provádí pouze za studena na lamačích (lisech), u materiálů
s pevností v tahu Rm> 600 MPa, do průměru polotovaru d= 300 mm. Před lámáním je vhodné
v místě lomu vytvořit vrub (o šířce 5 až 7 mm a hloubce 0,1d) naseknutím, naříznutím nebo
plamenem. Lámání je vysoce produktivní, umožňuje dělení na krátké krátké kusy (lmin=0,8d),
podle vzhledu lomové plochy lze navíc provádět kontrolu jakosti děleného materiálu.
Obr. 7.5 Detail hydraulického lisu Ficep pro děrování a stříhání
(max. síla 400 kN, pracovní možnosti pro stříhání: plechy do tloušťky 10 mm,
L profily 80x80x8 mm, kruhové profily d=38 mm, čtvercové profily 35x35 mm)
92
7.5. TEPELNÉ DĚLENÍ
Všechny metody tepelného dělení materiálu využívají soustředěné tepelné energie působící
v místě řezu. K nejčastěji využívaným patří metoda dělení kyslíko-acetylenovým plamenem
(acetylén - C2H2), která je založena na spalování ohřátého materiálu v místě řezu,
řezání se provádí ručně nebo na speciálních strojích (obr. 7.6). Podmínkou řezatelnosti je, aby
zápalná teplota materiálu byla menší než je jeho teplota tavení. Tato metoda je vhodná pro
dělení nelegovaných ocelí do tlouštěk až 500 mm, je velmi produktivní a umožňuje i tvarové
řezy. Slitinové oceli lze řezat s předehřevem, nebo se do proudu kyslíku přidává kovový prášek,
který se spaluje a zvyšuje tak teplotu řezání. K nevýhodám dělení materiálu plamenem
patří velký prořez a špatná kvalita řezu (vysoká drsnost povrchu a silné tepelné ovlivnění povrchové
vrstvy).
Obr. 7.6 CNC stroj MAXI 4500 pro řezání plamenem a plazmou
Dělení elektrickým obloukem je založeno na protavování materiálu v místě řezu pomocí
obalených hlubokozávarových elektrod a vysokých hodnot protékajícího elektrického
proudu. Produktivita dělení je nízká, kvalita řezu velmi špatná. Při řezání dutou elektrodou
dochází k protavování a spalování materiálu v kyslíku, přiváděném dutinou elektrody do místa
řezu. Tento způsob se používá pro dělení litin a slitinových ocelí, dosahovaná produktivita
a kvalita řezu jsou vyšší než v předchozím případě.
93
8. POUŽITÁ LITERATURA
1. Catalog - pages 17-134. Vargus Ltd. Nahariya. Israel. [online]. Dostupné na World Wide
Web: <http://www.vargus.co.il/site/public.asp?num=10>
2. D'Andrea General Catalogue 2004. D'ANDREA S.P.A. Milan. Italy. [online]. Dostupné
na World Wide Web: <http://www.dandrea.com/ing/home.html>.
3. EMUGE Gewindeschneidtechnik Spanntechnik. Werkzeugkatalog 120. EMUGE-Werk
Richard Glimpel - Fabrik für Präzisionswerkeuge KG. Lauf. BRD. ZK3001MS.
45T042001 Wy-1A. 694 s.
4. HAUSER, J. a kolektiv. Obrábanie kovov. Bratislava: Slovenské vydavateľstvo technickej
literatúry. Edícia strojárskej literatúry. 1960. 56/III-4 302 05 61. 467 s.
5. HUMÁR, A., PÍŠKA, M. Technologie frézování. MM Průmyslové spektrum - Speciální
vydání, Září 2004. ISSN 1212-2572. s.26-50.
6. HUMÁR, A., PÍŠKA, M. Technologie vrtání. MM Průmyslové spektrum - Speciální vydání,
Září 2004. ISSN 1212-2572. s.52-62.
7. HUMÁR, A., PÍŠKA, M. Technologie vyvrtávání. MM Průmyslové spektrum - Speciální
vydání, Září 2004. ISSN 1212-2572. s.64-68.
8. Katalog. STIM ZET, a. s., Vsetín. [online]. Dostupné na World Wide Web:
<http://www.stimzetvsetin.cz/stim_z.pdf>.
9. KOCMAN, K., PROKOP, J. Analýza technologických parametrů řezání tyčového materiálu
na pásových pilách. Výzkumná zpráva. VUT-FS, Ústav strojírenské technologie, Brno
1996.
10. KOCMAN, K. a PROKOP, J. Technologie obrábění. 1. vyd. Brno: Akademické
nakladatelství CERM s.r.o., 2001. 270 s. ISBN 80-214-1996-2.
11. KŘÍŽ, R., VÁVRA, P. a kolektiv. Strojírenská příručka, 7. svazek. Praha: SCIENTIA,
s.r.o., pedagogické nakladatelství. 1996. ISBN 80-7183-024-0. 216 s.
12. Obrážecí nože. M&V s.r.o., Vsetín. [online]. Dostupné na World Wide Web:
<http://www.mav.cz/pdf/soustruzeni/soustr_01.pdf >.
13. Precision Boring Head, 112.118. BIG KAISER PRECISION TOOLING INC. Elk Grove
Village. Illinois. USA. [online]. Dostupné na World Wide Web:
<http://www.bigkaiser.com/kpt_pdfs/112118cat.pdf>.
14. Příručka obrábění - Optimální volba a použití nástrojů PRAMET DIADUR. Pramet Tools,
a.s., Šumperk. PRIR 0398-CZ. 198 s.
15. ŘÍČKA, J. a BULLA, V. Technologie obrábění a montáže. Skriptum VUT-FS Brno. Praha:
SNTL - Nakladatelství technické literatury. 1985. 279 s.
16. SCHMIDT, E. a kol. Příručka řezných nástrojů. 2., doplněné vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství
technické literatury, Redakce báňské a strojírenské literatury. 1974. L13-E1IV-41/22384/VIII.
580 s.
17. SCHNEIDER, G. Cutting Tools Applications. George Schneider, Jr. Farmington Hills.
Michigan. USA. ISBN 0-615-12191-8. 243 pp.
18. Thread Milling Handbook. Vargus Ltd. Nahariya. Israel. [online]. Dostupné na World
Wide Web: <http://www.vargus.co.il/site/vardex-pdf/Hand_Book_mm.pdf>
19. VIGNER, M., PŘIKRYL, L. a kolektiv. Obrábění. První vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství
technické literatury, Redakce báňské a strojírenské literatury. 1984. L13-E1-V-
41/22658. 808 s.
20. VLACH B. a kolektiv. Technologie obrábění a montáží. První vydání. Praha: SNTL Nakladatelství
technické literatury, Redakce strojírenské a metalurgické literatury. 1990.
L13-C3-V-31/28936. 472 s.
21. Vyvrtávací tyče. M&V s.r.o., Vsetín. [online]. Dostupné na World Wide Web:
<http://www.mav.cz/pdf/upinaci_n/upinn_01.pdf>.
94