Technické informace

Dynamická výkonnost – Efektivní práce a spolehlivost
procesuVýznamný potenciál spočívá v efektivním těžkém obrábění—hrubování při vysokých řezných rychlostech—ale také v obrábění obtížněobrobitelných materiálů jako jsou slitiny titanu, materiály na bázi niklu nebo nerezová ocel, což jsou standardní materiály v leteckém průmyslu. Těžké obrábění je především odebrání co největšího objemu materiálu v co nejkratším čase. To znamená tam, kde je mnoho složek řezného procesu tlačeno na mez možností. Pro tento typ vysokovýkonného obrábění je tedy komplexní řízení procesu nezbytným
předpokladem kvality a ekonomie. Síly působené procesem obrábění představují pro stroj i nářadí extrémní zatížení. Cílem proto musíbýt optimalizace úběru materiálu, maximalizace provozní životnosti nástroje a minimalizace zatížení stroje.
V konceptu Dynamické výkonnostii nabízí společnost HEIDENHAIN inovativní TNC funkce, které uživateli pomohou zvýšit spolehlivost
procesu těžkého obrábění a hrubování pro zvýšení efektivity. Dynamická výkonnost obsahuje tři TNC funkce:• Aktivní potlačení drnčení (ACC): Tato funkce snižuje tendenci k drnčení a umožňuje větší pracovní posuvy• Adaptivní řízení posuvu (AFC): Tato funkce reguluje posuv v závislosti na situaci obrábění
• Trochoidální frézování: Funkce pro hrubování drážek a kapes, která snižuje zatížení nástroje i strojeKaždá funkce sama o sobě přináší výhodyv procesu obrábění. Přesvědčivého zlepšení je ovšem dosaženo jejich ideální kombinací.
• Snížení doby obrábění díky vyššímu
úběru materiálu (ACC, AFC, trochoidálnífrézování)• Monitorování zatížení vřetene (AFC)• Delší provozní životnost nástroje (ACC,trochoidální frézování)Technologie Dynamické výkonnosti „Dynamic Efficiency“ umožňuje zrychlit výrobníproces, který je díky odlehčení stroje i nářadí ve výsledku efektivnější a ekonomičtější.

Květen 2014

Dynamická výkonnostEfektivnější těžké obrábění a hrubování

Dynamická výkonnost se zaměřuje navšechny procesy s vysokými řeznými silamia velkým úběrem materiálu. Ty obecně zahrnují hrubování, ale též obrábění obtížně
obrobitelných materiálů jako je titan, nerezové slitiny na bázi niklu (jako je Inconel) amnoho dalších materiálů používaných v
nástrojařství, výrobě zápustek, leteckémprůmyslu a v lékařských a energetickýchtechnologiích. Síly, které jsou výsledkemprocesu obrábění, představují pro stroj inářadí extrémní zatížení. Toto zatížení sečasto projevuje jako procesem buzené vibrace vznikající během obrábění. Cílem
zdokonalení proto musí být zvýšení úběrumateriálu při současném prodloužení provozní životnosti nástroje a snížení zatíženístroje.
Dynamická výkonnost od společnosti
HEIDENHAIN se zaměřuje právě na tytobody.

V konceptu Dynamická výkonnost společnost HEIDENHAIN kombinuje inovativní
TNC funkce, které uživateli pomohou zvýšitefektivitu těžkého obrábění a hrubování přisoučasném zvýšení spolehlivosti procesu.
Vzhledem k tomu, že se jedná o softwarové funkce, nejsou nutné žádné zásahy domechaniky stroje. Dynamická výkonnostpomáhá zvýšit úběr materiálu a zkrátit
dobu obrábění.
Dynamická výkonnost obsahuje tři funkce:• Aktivní potlačení drnčení – Funkce ACCsnižuje tendenci k drnčení a umožňuje
větší posuvy při zvýšení životnosti nástroje• Adaptivní řízení posuvu – Funkce AFC
reguluje posuv v závislosti na situaci obrábění
• Trochoidální frézování – Funkce prohrubování drážek a kapes, která snižuje
zatížení nástroje i stroje2Každé řešení již samo o sobě nabízí zlepšení procesu obrábění. Avšak zejména
kombinace těchto TNC funkcí plně využívápotenciálu stroje i nástroje a současně snižuje mechanické zatížení. I měnící se podmínky obrábění, jako například přerušované řezy, různé postupy vnořování domateriálu nebo jednoduché hloubení ukáží,že se použití vyplatí. V praxi je možné zvýšení časového objemu třísek o 20 až 25
procent.
Funkce Dynamická výkonnost umožňujevyšší časový úběr materiálu, a tím zvýšeníproduktivity, aniž by bylo nutno používatspeciální nástroje. Zamezení přetížení nástroje a předčasnému opotřebení břitu, jakož i dodatečný zisk spolehlivosti procesuvýznamně přispívají ke zlepšení hospodárnosti.
Významný zisk efektivity lze očekávat přikombinaci trochoidálního frézování s adaptivním řízením posuvu. Vzhledem k tomu,
že se nástroj vnořuje do materiálu po kruhové dráze, významně se snižuje zatíženístroje a nástroje. Část tohoto pohybu však
probíhá ve vzduchu. V této situaci funkce
AFC pohybuje nástrojem mnohem vyšší
rychlostí posuvu. Během obrábění v cyklu
HEIDENHAIN tyto funkce přispívají kenormním časovým úsporám.

Porovnání obrábění stejné drážky
trochoidálním frézováním s adaptivnímřízením posuvu AFC. Trochoidální frézování je zejména považováno za technologii, která šetří stroj a nástroj, avšak samo osobě poskytuje jen malou výhodu v rychlosti. Zvláště efektivní zde tedy může býtfunkce AFC. Tato funkce během řezu vevzduchu při kruhovém procesu frézovánívýznamně zvýší rychlost posuvu a opět jisníží, jakmile se řezný nástroj dostane dostyku s materiálem. Tímto způsobem dosahuje funkce Dynamická výkonnost v uvedeném příkladu dramatické úspory času.

Konvenční obrábění Plné řezy ve čtyřech hloubkách Částečný řezDoba obrábění 96 sec.

Rychlost posuvu

200400600Příklad obráběníTato ukázka použití jasně ukazuje přednosti funkce Dynamická výkonnost. Uvedenádrážka je nejdříve obráběna konvenčnímzpůsobem, a potom kombinací trochoidálního frézování s funkcí AFC.
Při konvenčním obrábění začíná obrábění drážky vnořením uprostřed drážky.
Vzhledem k technologickým charakteristikám (materiálu nebo řezného nástroje) lzekaždým řezem odebrat pouze čtvrtinu požadované hloubky. Po dosažení požadované hloubky je drážka v dalším pracovním
kroku rozšířena na požadovanou šířku (zelená čára). Barva čáry označuje dosaženourychlost posuvu.

Trochoidální frézování s funkcí AFCDoba obrábění 58 sec.

Rychlost posuvu

200

400

600

V této ukázce obrábění funkce Dynamická výkonnost zvyšuje produktivitu oproti konvenčnímu
obrábění o 40 %.

3

ACCAktivní útlum drnčení (opce)Během hrubování (výkonového frézování)vznikají velké frézovací síly. V závislosti na
otáčkách vřetena, rezonančních vlastnostech stroje a objemu třísek (řezný výkon přifrézování) může přitom docházet k takzvanému „drnčení“. Protože drnčení znamená
pro stroj i nástroj vysoké zatížení, je považováno za jeden z faktorů, který omezujeúběr materiálu.
Meze úběru materiáluÚběr materiálu dosažitelný při frézovánídaného materiálu, omezují tři hlavní faktory: tepelná a mechanická pevnost nástroje,dosažitelný výkon vřetena a výskyt drnčení. Výskyt drnčení sám o sobě není příznakem závady stroje. Při dostatečné pevnosti
nástroje a výkonu vřetena se mu, jakožtomezi řezného výkonu, nelze vyhnout.
Příčiny drnčení
Drnčení je výrazem pro dynamickou nestabilitu řezného procesu způsobeného vibracemi během obrábění. Během hrubování,a to zejména při obrábění obtížně obrobitelných materiálů, vznikají velké řezné síly.
Výsledkem periodického výskytu těchto sil
jsou vibrace mezi nástrojem a obrobkem.
Pokud se vibrace zavazbí s řezným proce-sem, je do procesu čerpáno více energie
ve formě tření, které se může změnit nateplo. Vibrace se násobí a vzniká drnčení.
Vznik zpětné vazby závisí na různých faktorech, které zahrnují dynamickou poddajnost stroje na středu špičky nástroje (TCP),nástroj a parametry obrábění.
Vzhledem k tomu, že drnčení jsou samovolně buzené oscilace, je frekvence drnčení vždy blízká přirozené frekvenci stroje.
Konvenční opatřeníDrnčení nadměrně zatěžuje stroj a nástroj.
Proto se mu většinou předchází. Výskytdrnčení mimo jiné závisí na volbě řezných
parametrů (tloušťka třísky, šířka třísky, řezná rychlost atd.). Pro jeho praktické zamezení je nutno snížit řezné parametry (hloubku řezu, otáčky vřetena a rychlost posuvu),
což však vede ke snížení produktivity.
Výhody ACC
S TNC opcí aktivního útlumu drnčení(ACC) nyní společnost HEIDENHAIN nabízí účinnou řídicí funkci pro potlačení sklonustroje k drnčení. Funkce ACC používáútlum pro zvýšení řezné rychlosti, při které
se objevuje drnčení.

Součást frézovaná bez ACC: Stopy drnčení jsou jasně viditelné.

4Účinek funkce ACC je zvláště přínosnýběhem výkonového obrábění:• Výrazně lepší řezný výkon
• Vyšší úběr materiálu (až o 25 % a více)• Menší síly působící na nástroj a tím jeho
vyšší životnost• Menší zatížení stroje• Vyšší spolehlivost procesu
Provozní princip funkce ACC
Protože funkce aktivního útlumu drnčení(ACC) je plně softwarové řešení, nevyžaduje žádné mechanické změny stroje. Přídavné systémy (jako snímače nebo akčníčleny), které by zvyšovaly složitost systémua tím i pravděpodobnost jeho selhání, nejsou potřeba. ACC detekuje drnčení prostřednictvím měření signálů pohonů a používá vlastních pohonů posuvu stroje pro
odčerpání energie vibrací.
Tím jsou však také dány meze jevu drnčení, s nimiž lze pomocí funkce ACC pracovat. Pohony posuvu mohou odstranit dostatek energie pouze ve frekvenčním
rozsahu do 100 Hz vibrací drnčení. Vyšší
frekvence vibrací nejsou dostatečně utlumeny. V jednotlivých případech nelze utlumit ani vibrace drnčení pod 100 Hz, například protože jsou omezeny na nástroj,zatímco pohon působí na stůl.

Součást frézovaná s funkcí ACC: Při stejné rychlosti posuvu a hloubce řezupovrch nevykazuje stopy drnčení. Proces obrábění probíhá se sníženým
zatížením stroje a nástroje.

Vzhledem k odlišnostem v geometrii strojůmůže výrobce obráběcího stroje také samostatně konfigurovat parametry ACC
specificky pro jednotlivé posuvové osy. Vurčitých případech může toto dodatečnépřiřazení parametrů zlepšit účinek algoritmu ACC.

1000

500

0-500

-1000
0Řezné sílyběhem drnčení

0.05

0.1

0.15

0.2

Čas [s] Síla [N] Použití funkce ACC
Funkce ACC pracuje v určitém frekvenčním rozsahu pod frekvencí záběru zubůnástroje. Funkci ACC zapíná uživatel prostým výběrem nástroje. Vzhledem k tomu,
že geometrie příslušného nástroje má vliv
na řezné síly, a proto ovlivňuje charakteristiku vibrací následného drnčení, lze pro každý nástroj konfigurovat samostatnou sadu
parametrů. Při výměně nástrojů řídicí systém automaticky přepne sadu parametrůspecifických pro nástroj.

Síla [N] Působení v praxi
Při pokusech s frézováním velkého množství různých materiálů různými řeznými nástroji se prokázala možnost významnéhozvýšení úběru materiálu (až 25 % a více) vpřípadech, kdy bylo drnčení omezujícím
faktorem. Prevence drnčení navíc významně snižuje síly ovlivňující stroj i nástroj. Tozvyšuje provozní životnost nástroje a příznivě ovlivňuje životnost součástí stroje(hlavní vřeteno, vodicí dráhy, kuličkové
šrouby a ložiska).

1000

500

0-500-1000Řezné sílys ACC

00.05

0.1

0.150.2

Čas [s] Simulovanéobrábění5

AFCAdaptivní řízení posuvu (opce)

Rychlost posuvu během frézování se zpravidla volí v závislosti na obráběném materiálu, řezném nástroji a hloubce obrábění. Jespecifikována pro příslušnou operaci frézování. Když se řezné podmínky během operace mění, například kvůli kolísání hloubkyřezu, opotřebení nástroje nebo tvrdosti materiálu, nemá to žádný vliv na rychlost posuvu. Na jedné straně může například rostoucí tloušťka materiálu znamenat, žerychlost posuvu je občas nižší než je potřeba. Doba obrábění je proto delší než byměla být. Na druhé straně vysoká programovaná rychlost posuvu – zejména při rostoucím objemu třísky – může vést k přetížení vřetena a nástroje.
Výhody AFCAdaptivní řízení posuvu (AFC) od společnosti HEIDENHAIN optimalizuje rychlost
posuvu tím, že bere v úvahu výkon vřetenaa další procesní data. AFC zajišťuje maximální možnou rychlost posuvu a tím zvyšuje efektivitu. To přináší celou řadu výhod.

Optimalizace doby obráběníKolísání rozměrů nebo materiálu (dutiny)
se často vyskytuje zejména u odlitků. Odpovídajícím přizpůsobením posuvu řídicísystém udržuje dříve „naučený“ maximálnívýkon vřetena během celé doby obrábění.
Celková doba obrábění se zkrátí zvýšenímrychlosti posuvu v zónách obrábění s menším úběrem materiálu.
Monitorování nástroje
Adaptivní řízení posuvu TNC systému trvale monitoruje výkon vřetena, požadovanýpro aktuální rychlost posuvu. Když se nástroj otupí, výkon vřetena roste. Výsledkemje, že TNC sníží rychlost posuvu. Jakmile
rychlost posuvu klesne pod definované minimum, TNC reaguje vypnutím a chybovýmhlášením, nebo výměnou nástroje. To pomáhá zamezit dalšímu poškození po zlomení nástroje, případně jeho úplnému opotřebení.

AFC přizpůsobuje rychlost posuvu různým řezným podmínkám.

6Ochrana mechaniky strojeSnížení rychlosti posuvu na referenční
hodnotu, kdykoli dojde k překročení naučeného maximálního přípustného výkonu vřetena, rovněž snižuje namáhání a opotřebení stroje. Účinně chrání vřeteno předpřetížením.
Princip funkcePoužití je jednoduché: Před zahájením obrábění lze maximální a minimální hodnotyvýkonu vřetena definovat v tabulce. Hodnoty jsou určeny maximální spotřebou vřetena, kterou TNC systém zaznamenal během zkušebního (teach-in) řezu. Adaptivnířízení posuvu potom soustavně porovnávávýkon vřetena s referenčním výkonem asnaží se referenční výkon udržovat přizpůsobením rychlosti posuvu během celé doby
obrábění.

Trochoidální frézování
Obrábění libovolného tvaru drážky trochoidálním frézováním

Nástroje i konstrukce stroje jsou obzvláštěnamáhány při frézování obtížně obrobitelných, pevnostních nebo tvrzených materiálů. Zejména při plném obrábění drážkystopkovou frézou vznikají veliké síly, protože nástroj a obrobek svírají úhel záběru180°. To může vést k ohnutí nástroje a tím
k chybám geometrie drážky. Pro zachovánípožadované přesnosti součásti je axiálnířezná hloubka často omezena na polovinuprůměru nástroje. Hluboké drážky pakmusí být hrubovány v několika časově náročných krocích.

Výhody trochoidálního frézováníVýhodou trochoidálního frézování je kompletní obrobení drážek všech druhů způsobem, který snižuje zatížení nástroje a stroje. Proces hrubování je kruhový pohyb,
superponovaný na přímý dopředný pohyb.
Trochoidální frézování umožňuje velkéhloubky řezu, protože převládající řeznépodmínky nezvyšují opotřebení nástroje.
Ve většině případů to umožňuje používatcelou pracovní délku řezného nástroje prodosažení většího objemu třísek na břit.
Kruhové vnoření do materiálu působí menší radiální sílu na nástroj. To snižuje mechanické zatížení stroje a zamezuje vibracím. Enormní úspory času lze dosáhnout
kombinací této metody frézování s integrovaným adaptivním řízením posuvu (AFC).

Trochoidální frézování je standardní
funkceObráběná drážka je popsána v podprogramu jako sled kontur. Rozměry drážky a řezná data jsou definovány v samostatném
cyklu. Veškerý zbytkový materiál lze snadno odebrat v následném dokončování.
K výhodám patří:• Záběr v celé délce řezného nástroje• Vyšší úběr materiálu (v kombinaci sAFC)• Odlehčení mechanického zatížení stroje• Menší vibrace• Integrované dokončování bočních stěnTrochoidální frézování: Mimořádně efektivní obrábění všech druhů drážek7Řídicí systémy HEIDENHAIN

Souvislé řízení strojů pro frézování, frézování/soustružení, vrtání, vyvrtávání apro obráběcí centra
TNC řídicí systémy společnosti HEIDENHAIN pokrývají celou škálu aplikací: Odjednoduchého kompaktního systému
TNC 128 pro pravoúhlé 3osé obrábění po
iTNC 530 (až 18 os plus vřeteno) – TNCřídicí systémy pro téměř každou aplikaci.
TNC 640 je řídicí systém pro frézky, kteréjsou rovněž schopné provádět soustružnické operace.
Řídicí systémy HEIDENHAIN TNC jsou
všestranné:
Jsou dílensky orientované a disponují jak
dílenským, tak off-line programováním, aproto jsou ideální pro automatizovanou výrobu. Například TNC 640 a iTNC 530 dokáží spolehlivě zvládat jak jednoduché frézování, tak i vysokorychlostní obrábění(zvláště řízení dráhy s potlačením jerku)
nebo 5-osé obrábění s naklápěcí hlavou aotočným stolem.
Společnost HEIDENHAIN kombinuje inovativní řídicí funkce pro efektivní vysocepřesné obrábění pod souhrnnými názvy
Dynamic Efficiency a Dynamic Precision.
Dynamic Efficiency (Dynamická výkonnost) pomáhá zvýšit efektivitu těžkého obrábění a hrubování při současném zvýšeníspolehlivosti procesu. Dynamic Efficiency
je k dispozici pro řídicí systémy TNC 640 a
iTNC 530.
Dynamic Precision (Dynamická přesnost)umožňuje výrobu přesnějších obrobků sčistými povrchy vysokorychlostním obráběním, což znamená vyšší přesnost i produktivitu. Můžete využít SW funkce DynamicPrecision pro řídicí systémy TNC 640,
iTNC 530 a TNC 620.

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH
Dr.-Johannes-Heidenhain-Straße 583301 Traunreut, Germany{ +49 8669 31-0
| +49 8669 5061
E-mail: info@heidenhain.de

TNC 640iTNC 530

TNC 620

TNC 640iTNC 530

TNC 620xxx

CTC – Kompenzace polohovýchodchylek spřažených os

Opce

Opce

Opce

AVD – Aktivní potlačení vibrací

Opce

Opce

Opce

PAC – Polohově závislá adaptace
regulačních parametrůOpce

Opce

Opce

LAC – Adaptace regulačníchparametrů podle zatíženíOpce

Opce

Opce

MAC – Pohybově závislá adaptace
regulačních parametrůOpce

Opce

Opce

x

x

–ACC – Aktivní útlum drnčení

Opce

Opce

Opce

AFC – Adaptivní řízení posuvu

Opce

Opce

–Trochoidální frézování

•

•

•

Dynamic Precision

Dynamic Efficiency

x Možné funkce• Standardní funkce

Další informace .
• Katalog: TNC 640• Katalog: iTNC 530• Katalog: TNC 620• Technické informace DynamicPrecisionwww.heidenhain.de1081192-C0 · 3 · 5/2014 · Tištěno v České Republice