MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ. Lesnická a dřevařská fakulta. Ústav základního zpracování dřeva

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva

NÁSTROJE PRO OBRÁBĚNÍ DŘEVA – SLOŽENÉ FRÉZY Bakalářská práce

Akademický rok:

Jméno a příjmení:

2012/2013

Martin Šotner

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Nástroje pro obrábění dřeva – složené frézy zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s §47b Zákona č. 11/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsání licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:………………………

Podpis studenta:………………………

Poděkování: Rád bych touto formou poděkoval mému vedoucímu práce prof. Ing. Miroslavu Rouskovi, CSc. za vedení a účinnou pomoc a podporu, především však za užitečné diskuze a připomínky k tématům této práce. Velké poděkování patří také mojí rodině a to především za porozumění, trpělivost a podporu, kterou mi během těch několika let poskytovali. Martin Šotner

Jméno posluchače: Martin Šotner Název bakalářské práce: Nástroje pro obrábění dřeva – složené frézy Abstrakt: Bakalářská práce se zabývá složenými frézami. Cílem této práce bylo vytvořit odborný text (v problematice související s teorií obrábění materiálů) k dané prezentaci přiloženou na datovém nosiči (CD). Úvod práce je zaměřen na základní teorii a způsoby frézování, dále kinematiku řezání, která se zabývá oddělováním třísky během frézování, průřez třísky, kvalitu povrchu při frézování a důležité vztahy. Další částí jsou věnovány obrázkovým popisům rozdělení fréz a druhů materiálu, ze kterého je fréza vyrobena. Řešeno je zde i otupení břitu nástroje vznikající při tření a nesprávném zvolení nástrojového materiálu. Obnova ostří je umožněna ostřením těchto dřevoobráběcích nástrojů. Závěrečná část je věnována problematice složených fréz a jejich způsobu upínání. Klíčová slova: Složené frézy a jejich soupravy, kinematika, kvalita povrchu při frézování, nástrojové materiály, otupení břitu nástroje, ostření dřevoobráběcích nástrojů, upínání fréz.

Name: Martin Šotner

The bachelor thesis title: Instruments for machining of wood – Combined millingcutters Abstract: The bachelor thesis deals with combined milling-cutters. Main aim of this work is to create an education material and the power-point presentation (enclosed on CD) for lectures in technical education subjects (Machining of Materials). Introduction is focused on the basic theory, types of milling operation, kinematics (it solves separation of matchwood during the milling process), cross-section of matchwood, quality of the surface and important equations and physical relations. Further explanations, additional graphical descriptions (types of cutter, types of material) are provided in the next part of this work. Blunting of the cutting edge is also discussed in text and impacts of incorrect choosing of fabrication material are also noted. The renewal of the cutting edge is solved by sharpening of these wood-working tools. The last part of this work presents problems of combined milling-cutters and types of its fixing.

Keywords:

Combined milling-cutters, kinematics, quality of surface in process of milling, materials for tools, blunting of cutting edge, sharpening of tools for woodworking tools, fixing of milling-cutter.

Obsah 1 ÚVOD ....................................................................................................................... 1 2

CÍL PRÁCE ............................................................................................................. 5

3

ROZDĚLENÍ FRÉZOVÁNÍ ROVINNÝCH PLOCH: ....................................... 6

4

5

6

7

8

3.1

Frézování válcovými frézami ............................................................................. 6

3.2

Frézování čelními frézami.................................................................................. 6

3.3

Rozdělení úhlů frézování ................................................................................... 7

3.4

Geometrie frézovacích nástrojů podle úhlu čela γ ............................................. 8

3.5

Geometrie tvaru zubu fréz .................................................................................. 9

3.6

Rozdělení souřadnicových soustav podle rovin P .............................................. 9

ZPŮSOBY FRÉZOVÁNÍ ..................................................................................... 11 4.1

Nesousledné frézování ..................................................................................... 11

4.2

Sousledné frézování ......................................................................................... 11

KINEMATIKA FRÉZOVÁNÍ ............................................................................. 12 5.1

Průřez třísky ..................................................................................................... 14

5.2

Základní zásady, které musíme dodržet při řezném procesu ........................... 16

5.3

Vhodná volba rychlosti posuvu pro dosáhnutí kvalitní drsnosti povrchu ........ 17

ROZDĚLENÍ FRÉZ ............................................................................................. 18 6.1

Podle funkce ..................................................................................................... 18

6.2

Podle provedení a tvaru zubů ........................................................................... 20

6.3

Podle počtu dílů................................................................................................ 20

6.4

Podle způsobu upnutí ....................................................................................... 22

6.5

Podle uspořádání řezných nožů........................................................................ 22

6.6

Podle tvaru obrobené plochy............................................................................ 23

6.7

Podle směru otáčení ......................................................................................... 23

NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY FRÉZ ................................................................ 24 7.2

Nástrojové oceli ............................................................................................... 25

7.3

Slinuté karbidy ................................................................................................. 26

7.4

Povlakové slinuté karbidy ................................................................................ 27

OTUPENÍ BŘITU NÁSTROJE ........................................................................... 28 8.1

Hlavní formy opotřebení břitu ......................................................................... 29

8.2

Základní druhy mechanického otupení nástroje .............................................. 30

8.2.1

Abrazivní otupení ..................................................................................... 30

8.2.2

Adhezivní otupení ..................................................................................... 30

9

8.2.3

Difuzní otupení ......................................................................................... 31

8.2.4

Plastická deformace .................................................................................. 31

8.2.5

Hřebenovité trhliny ................................................................................... 31

8.2.6

Křehký lom ............................................................................................... 32

OSTŘENÍ DŘEVOOBRÁBĚCÍCH NÁSTROJŮ .............................................. 32 9.1

Brousící kotouč ................................................................................................ 33

9.2

Ostření fréz ....................................................................................................... 34

9.2.1

Ostření podsoustružených fréz.................................................................. 34

9.2.2

Ostření kružců s frézovaným (rovným) hřbetem ...................................... 35

9.2.3

Ostření nožů pro hoblovací válce a frézovací hlavy ................................. 38

10 SLOŽENÉ FRÉZY A JEJICH SOUPRAVY ..................................................... 39 10.1

Konstrukce upevnění nožů ........................................................................... 40

10.2

Řezné prvky .................................................................................................. 40

10.3

Vymezovací kroužky .................................................................................... 41

10.4

Opěrná ložiska .............................................................................................. 41

10.5

Soupravy frézovacích sad na výrobu okenních profilů ................................ 42

10.6

Sady tvarových nástrojů pro rohové spojení nábytkových dveří ................. 44

10.7

Sady pro výrobu spoje, pero a drážka .......................................................... 45

11 UPÍNÁNÍ SLOŽENÝCH FRÉZ .......................................................................... 47 11.1

Frézovací trny ............................................................................................... 47

12. PEDAGOGICKÉ POZNÁMKY .......................................................................... 48 12.1.

Pedagogické zásady ...................................................................................... 49

12.1.1

Cílevědomost ............................................................................................ 49

12.1.2

Systematičnost, posloupnost ..................................................................... 49

12.1.3

Aktivita ..................................................................................................... 49

12.1.4

Názornost .................................................................................................. 50

12.1.5

Přiměřenost ............................................................................................... 50

12.1.6

Trvalost ..................................................................................................... 50

12.1.7

Uvědomělost ............................................................................................. 50

12.1.8

Emocionalita ............................................................................................. 51

13. ZÁVĚR ................................................................................................................... 51 14. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ................................................................. 52 15. PŘÍLOHA .............................................................................................................. 54

SEZNAM ZKRATEK A SYMBOLŮ B ............... šířka obrobku [mm] h ............... hloubka řezu [mm] α ............... úhel hřbetu [°] β ............... úhel břitu [°] γ ................ úhel čela [°] δ................ úhel řezu [°] λ................ úhel sklonu ostří [°] P ............... rovina Pf .............. boční rovina Ps .............. zadní rovina Pn...................... rovina ostří Po .............. ortogonální rovina vf............... posuvná rychlost [mm] fn ............... posuv na jednu otáčku nástroje fz ....................... posuv na zub [mm] fz min .......... minimální posuv na zub [mm] vf min................ minimální posuvná rychlost [m.min-1] fz max ............... maximální posuv na zub [mm] vf max ............... maximální posuvná rychlost [m.min-1] R ............... poloměr řezné kružnice [mm] ΔR ............ rozdíl dvou poloměrů [mm] D............... průměr řezné kružnice [mm] vc .............. řezná rychlost [m.s-1] n ............... frekvence otáčení nástroje [min-1] ap ............. tloušťka odebírané vrstvy (třísky) [mm] l ................ délka kruhového oblouku [mm-1] hmax ........... maximální tloušťka třísky [mm] hm ..................... střední tloušťka třísky [mm] hi ............... jmenovitá tloušťka třísky [mm] H............... jmenovitá tloušťka obrobku [mm] φi ............. úhel posuvového pohybu [°]

φ ............... maximální úhel řezu [°] φ/2 ............. střední úhel řezu [°] φ0 .............. libovolný úhel řezu [°] φmax........... maximální úhel posuvového pohybu [°] bi ............... jmenovitá šířka třísky [mm] ω .............. úhlová rychlost [°.s-1] ADi ................... jmenovitý průřez třísky [mm2] ADmax ............. maximální velikost jmenovitého průřezu třísky [mm2] κr....................... úhel nastavení hlavního ostří [90°] bi ............... jmenovitá šířka třísky [mm] n ............... otáčky hřídele nebo frézy [ot.min-1] nmax ........... maximální přípustné otáčky frézy [ot.min-1] z ............... počet nožů ve frézovací hlavě [ks] Pmot ........... výkon motoru [kW] ρ ............... poloměr zaoblení ostří [μm] ρ0 ............. poloměr ostrého nástroje [μm] ρmax ................. poloměr tupého nástroje [μm] x ............... výška vysunutí nože nad frézovací hlavou [mm] y ............... hloubky kinematických nerovností povrchu [mm] NO ............ nástrojové oceli SK ............ slinuté karbidy HW ........... nepovlakované oceli HC ............ povlakované slinuté karbidy HS ............ rychlořezná ocel SP ............. legované oceli HL ............ vysokolegované (rychlořezné) VB ............ šířka fazetky KT ............ hloubka výmolu na čele KVy ......... radiální opotřebení špičky MDF ........ polotvrdé (středně zhuštěné) vláknité desky 480 – 850 kg/m3 HS ............ rychlořezná ocel SK ............ slinutý karbid

1

ÚVOD Obrábění lze rozdělit podle způsobu oddělování materiálu, a to na třískové a

beztřískové. Frézování je třískové obrábění rovinných ploch, pravoúhlých ploch, tvarových ploch (vnitřních nebo vnějších) a frézování drážek. To znamená, že oddělovaná část je vedlejší produkt - odpad ve formě pilin, třísek. Fréza je vícebřitým nástrojem a její výroba je náročnější, hlavně u tvarových fréz. Na to, aby se vytvořil kvalitní výrobek z masivu je potřeba důraz na volbu nástroje a řezné podmínky. V procesu obrábění dřeva a dřevěných materiálů frézováním má nástroj hodně důležitou roly. Parametry nástroje vyplývají nejen z požadavků na kvalitu obráběné plochy, ale důležité jsou i otáčky, uchopení a ostří nástroje. Na měkké dřevo se používají vysoké otáčky, protože neklade takový odpor. Na tvrdé dřevo musíme použít menší otáčky. Frézování je jednou z nejpoužívanější a nejrozšířenější technologií strojního obrábění dřeva ve dřevařském průmyslu jako např. v nábytkářství. V současné době je trendem nábytek z masivu, což znamená i ideální vzhled, lepší než z aglomerovaných materiálů. Mým úkolem je se zabývat právě složenými frézy, které jsou kombinovány z fréz jednoduchých. To jsou nástroje podobné pilovému kotouči, ale v menších průměrech např. frézy drážkovací mají větší nebo menší řeznou plochu z nástrojové oceli. Složené frézy (dle určitého tvaru profilu) mají hlavní využití na výrobu okenních a dveřních rámů. Frézovací hlava složené frézy je velice všestranná, neboť do ní lze upnou pět i více různých typů nožů, s nimiž vyrobíte nejžádanější profily. Toto obrábění se provádí za použití spodní frézky (zařízení, do kterého se fréza upíná). Otupení řezného nástroje je také důležité, protože při něm dochází k větší spotřebě energie, zhoršení kvality obráběného povrchu a vytrhávaní vláken. Frézování je mladší způsob obrábění než soustružení. První použitelné stroje na frézování frézky byly zkonstruovány začátkem 18. století a dnešní podobu dostaly teprve koncem 19. století. Jsou to velmi výkonné stroje, po soustruzích jsou v průmyslu nejrozšířenější. Mezi nejznámější autory, kteří se zabývají problematikou obrábění dřeva, patří zejména Lisičan (1996), Prokeš (1978), Prokeš (1975) a další autoři velmi kvalitních studijních opor z vysoké školy VUT (Zemčík 2012; Humár 2012). Tyto publikace patří

1

mezi nejlépe zpracované a byly mým primárním zdrojem k čerpání informací pro zhotovení této bakalářské práce. Mnoho důležitých obrázku o složených frézách se nachází na online stránkách (IMG katalog 2012; AB Sadvik Coromant 2012). Pro rozbor problematiky skládaných fréz je dobré znát základní rozdělní frézování (Frezovani 2012), způsoby frézování (sousledné a nesousledné) a kvalitní obrázky (Pavkrej 2012; Mádl, Barcal 2012). Zde autoři ujasňují různé druhy fréz a jejich skladbu a použití v praxi. Literatura je jednodušeji zpracovaná oproti jiným autorům. Geometrii frézovacích nástrojů a jejich úhly vystihuje Sossou-spk (2012), kde jsou rozebrány nejdůležitější sklony úhlů, geometrie tvaru zubu (sice zpracované pro obrábění oceli, ale princip obrábění dřeva je stejný). Mezi dobrou studijní oporu také patří Zemčík (2012), kde autor vysvětluje základní návrhy a konstrukce nástrojů a přípravků pro jednotlivé technologie obrábění. Zde jsem využil roviny nástrojové souřadnicové soustavy. Čtenáři tím získají přehled o rovinách, které se vyskytují u kotoučových fréz. Obsahuje i spoustu příloh o břitových destičkách včetně jejich parametrů, geometrie, způsobu upínání a pro obráběče kovu všeobecné soustružení a spoustu druhů frézovacích nástrojů od firmy Sandvik Coromant. Problematikou obrábění dřeva (určenou pro dřevařské obory) se zabývá Lisičan (1996). Tato kniha popisuje mnoho užitečných způsobů obrábění. Skládá se ze dvanácti částí. První část nás seznamuje s druhy a vlastnosti materiálu, který se ve dřevařském průmyslu používá. Především se jedná o mechanické a fyzikální vlastnosti dřeva např. tvrdost, pevnost a hustota. Druhá část obsahuje základní pojmy, proces řezání včetně kinematiky a transformace řezných úhlů. Třetí část se tyká teorie rozkladu řezných sil na složky a jejich druhy. Procesy strojového dělení dřevěné suroviny na řezivo a přířezy řeší část čtvrtá, ve které je i dosti podrobně a jednotlivě rozebrána technika rámové, kotoučové a pásové pily. Pátá část informuje o oblasti dýh a řeší krájení, loupání a stříhání. Pro tuto práci je především důležitá šestá část, která se zabývá frézováním dřeva. Z této oblasti jsem využil dobře zpracovanou kinematiku frézování včetně obrázků, oddělování třísky během frézování a znázornění cykloidy, kde se autor snaží na obrázcích dostatečně vysvětlit použití vzorců. Pro čtenáře je v sedmé části dobře zpracováno téma procesu hloubkového obrábění, kde je řešeno mnoho zajímavých způsobu vrtání a dlabání, což však není náplní této práce. Osmá část pojednává o principech agregátní techniky a devátá část o obráběních aglomerovaných materiálů. Desátá kapitola se zabývá hygienou a 2

bezpečností práce a jedenáctá brusnými prostředky. Dvanáctá kapitola diskutuje obsah a metody inženýrské činnosti. Lépe zpracované téma broušení zpracoval Prokeš (1975), od něhož jsem nejvíce čerpal. Vzniku a průřez třísky řeší velice výborná studijní opora (Humár 2012), která je konkurencí k práci Lisičana (1996). Zde je řešen průřez třísky výpočtově a podle mého názoru má autor jednodušeji zpracovaný výpočet než Lisičan (1996). Pro zpracování této kapitoly jsem použil informací od obou dvou autorů. Mimo tuto oblast řeší Lisičan (1996) spoustu dalších upoutávajících témat, které nyní zběžně charakterizuji. V úplném začátku jsou vysvětlovány technologie obrábění, nástrojové úhly a roviny u soustružnického nože včetně jejich využití, dále plastické deformace, vznik třísek i s matematickými výpočty. Vznik tepla v důsledku obrábění a znázornění kvalitních teplotních schémat, kmitání soustavy obrábění, řezné kapaliny při obrábění oceli, různé formy opotřebení břitu, nejvhodnější řezné materiály, konstrukce obráběcích strojů, elektrické pohony a CNC obráběcí centra autor charakterizuje v dalších částech práce. Pro rozdělení fréz a jejich značení, jsem používal převážně barevné obrázky z kvalitních online katalogů. K nejznámějším a pro mě nejpřehlednějším katalogům patří IMG katalog (2012), Drevoobrabeci-stroje (2012) a Markagro-eschop (2012). Zde lze zjistit všechny parametry o frézách, jako je průměr, materiál, použití, cena a mnoho dalších informací. Také jsem využil katalog od firmy Vydona, kde jsou důležité diagramy doporučených řezných rychlostí a posuvu na zub (Vydona katalog 2012), vhodné především při volbě kvality povrchu při frézování ve výrobním průmyslu. Při obrábění dřeva dochází k deformaci ostří nástroje a k utváření tepla, a proto musíme zvolit vhodné nástrojové materiály fréz, kde studijní opory (Humár, Píška 2004) se zdají být nejlepším zdrojem pro čerpání této problematiky s kvalitními obrázky. Proto tuto publikaci doporučuji pro výuku a čerpání odborných znalostí. Seznamuje nás s oblastí použití řezných materiálů, vlastnostmi a nejdůležitějšími druhy nástrojových ocelí. Řeší důležitou část mé osmé kapitoly pod názvem otupení břitu nástroje. Zachycuje základní dějství, která způsobují otupení břitu. Čtenář se seznámí s velmi zajímavými faktory, pojmy a odbornými názvy. Spoustu odborných znalostí o deformaci ostří poskytnul Kocman a Prokop (1996) a AB Sadvik Coromant (2012). Lze si ujasnit, čím jsou deformace způsobeny a které části nástroje jsou nejvíce opotřebovány. Pro obnovení ostří, které je otupeno, se provádí údržba ostřením (Prokeš 1975). Zde chci také upozornit čtenáře, že se jedná o nejlépe zpracovanou odbornou literaturu v knižní podobě. Sice je z roku 1975, ale vystihuje dostatečně všechny způsoby ostření 3

fréz. Publikace je vhodná jako technické minimum ke zvýšení odborné úrovně ostřičů dřevoobráběcích nástrojů i jako učební pomůcka. Autor seznamuje čtenáře s metodami udržování trvanlivosti a kvality ostří, s metodami značení brusných kotoučů, zrnitosti a pojmy: brusivo, tvrdost, struktura, pojivo kotouče a s různými druhy a tvary brusných a diamantových kotoučů. Ostření fréz souvisí s tématem práce a využil jsem kvalitně zpravované téma o ostření podsoustružených fréz, kružců s frézovaným hřbetem rozdělené na ostření na čele, na hřbetu zubu, a k tomu znázorňující obrázky. V publikaci se navíc nachází problematika ostření vrtáků včetně jejich hlavních zásad a schéma názorně zobrazující názvosloví části vrtáku. Dále se zde nachází (pro oblíbence motorových pil) ostření dlabacích, řezacích a hoblovacích řetězů, přehled vad při ostření a používání hoblovacích řetězů. Na závěr je vysvětleno ostření sekacích nožů, SK frézovacích nástrojů (kružců) bez předřezávačů, spojování pilových pásů a bezpečnostní předpisy. Složené frézy a jejich soupravy, které mám jako hlavní téma, jsem čerpal z online katalogu (Capek-drevokovo 2012) a odborné literatury (Javorek 1993), kde je velmi pěkně zpracována konstrukce upevnění nožů. Obrázky neměly dostatečnou kvalitu, tak jsem je překreslil ve vektorovém programu. Převážně jsem využíval katalogu (Capekdrevokovo 2012), kde jsou zpracována příslušenství k frézám, jako jsou vymezovací kroužky a opěrná ložiska. To co mě nejvíce potěšilo je, že katalog obsahoval soupravy frézovacích sad na výrobu okenních profilů včetně vstupních parametrů. Čtenářům tak nabízí rozmanité využití různých druhů souprav (soupravy frézovacích sad na výrobu okenních profilů, soupravy pro rohové spojení nábytkových dveří, spoje pero a drážka). Při použití frézovacích souprav je třeba také znát způsoby jejich upínání na stroj zvaný frézka. Nejvíce kvalitních zdrojů o upínání fréz jsem získal z internetu (Strojeslovakia 2012), kde je názorná ukázka pomocí obrázku (upnutí kotoučové frézy).

4

2

CÍL PRÁCE Hlavním cílem bylo zpracování příslušné prezentace (a výukového materiálu -

vysvětlujícího textu) zabývající se nástroji složených fréz, která bude sloužit jako výukový materiál při reálné výuce odborných předmětů, jako jsou nástroje a přípravky, nebo teorie obrábění materiálů. Tento odborný text slouží jako podkladový materiál k výukové prezentaci a je v něm podrobně zpracována teorie k dané problematice. Hlavní cíle jsou: 1. Rešerše literatury z oblasti obrábění dřeva se zaměřením na problematiku skládaných fréz. 2. Rozbor problematiky výuky v této oblasti (hlavní pedagogické zásady). 3. Ověření těchto materiálů při reálné výuce a provedení následných úprav prezentace. Mezi dílčí cíle patří: •

Vysvětlení teorie frézování, kde jde převážné o způsoby frézování, jejich geometrie a rozdělení rovin.

•

Laboratorně zjistit, jakých kvalit dosáhneme při vysokorychlostním frézování dřeva.

•

Vytvoření dvou vzorků o různých kvalitách drsnosti povrchu.

5

3

ROZDĚLENÍ FRÉZOVÁNÍ ROVINNÝCH PLOCH:

3.1 Frézování válcovými frézami Osa nástroje je rovnoběžná s obráběnou plochou (obr. 3.1). − Používají se při frézování na frézkách převážně s vřetenem vodorovným. Příkladem použití v praxi jsou většinou srovnávací (tloušťkovací) frézky.

Obr. 3.1: Frézování obvodem válcové frézy (Frezovani 2012; Pavkrej 2012). 1 – fréza, 2 – obrobek, B – šířka obrobku, ap – hloubka řezu, vf – posuv, fz – posuv na zub 3.2 Frézování čelními frézami V případě frézování čelními frézami (obr. 3.2) je osa nástroje kolmá k obráběné ploše. Materiál je odřezáván nejen břity na obvodu, ale také břity na čelní ploše frézy. Tloušťka třísky se mění od minima do maxima podle velikosti průměru frézy a šířky obráběné plochy. Tento způsob frézování je výkonnější, protože při něm zabírá více zubů současně. To znamená, že můžeme volit větší posuv stolu. − Používají se při frézování na frézkách vertikálních, mohou se však používat i na frézkách s vřetenem vodorovným

Obr. 3.2: Frézování čelem čelní frézy (Frezovani 2012; Pavkrej 2012). 1 – fréza, 2 – obrobek, B – šířka obrobku, ap – hloubka řezu, vf – posuv, fz – posuv na zub 6

Tzv. cykloida (obr. 3.3) vzniká při frézování složením otáčivého pohybu nástroje a přímočarého posuvu obrobku.

Obr. 3.3: Řezný pohyb a zobrazení odebraného materiálu během záběru zubu (Mádl, Barcal 2012). 3.3 Rozdělení úhlů frézování

6 Obr. 3.4: Znázornění jednotlivých úhlů (Frezovani 2012). α (alfa) úhel hřbetu – je plocha nástroje břitu, která přichází do styku s povrchem obráběného materiálu. Aby nevznikalo velké tření, musí být úhel co nejmenší 3 - 10°. Tvrdá dřeva vyžadují větší úhel hřbetu, protože pod tlakem nástroje plocha obrobku pruží a v důsledku této pružnosti se za ostřím zase odpružuje zpět ke hřbetu. Měkká dřeva vyžadují mít malý úhel hřbetu. β (beta) úhel břitu – tento úhel tvoří břit nástroje. K obrábění měkkých dřevin jsou úhly břitu malé. Čím menší je úhel břitu, tím snadněji vniká do povrchu materiálu, a tím menší je také potřeba síly. Čím tvrdší je materiál a čím větší je tloušťka třísek, tím větší musí být úhel břitu.

7

γ (gama) úhel čela – je úhel mezi plochou čela břitu a spojnicí špičky břitu se středem otáčení frézy. Usnadňuje tvoření třísky a vnikání břitu do materiálu. Čím větší je tento úhel, tím více se zeslabuje celý břit frézy. 3.4 Geometrie frézovacích nástrojů podle úhlu čela γ Geometrie nástrojů se dělí (obr. 3.5) na: a) Geometrie negativní – je vhodná pro tvrdá dřeva a těžko obrobitelné materiály b) Geometrie pozitivní – vytvářejí snadněji na čele hoblinu (třísku), lepší využití pro měkká dřeva

a)

b)

Obr. 3.5: Znázornění geometrie a) negativní a b) pozitivní (Sossou-spk 2012). δ (delta) úhel řezu – je úhel, který svírá plocha čela a tečna k obvodu frézy, (řezná rovina) – je vlastně součtem úhlů břitu a hřbetu (δ = α + β) Mezi důležitý úhel, který nespadá mezi základní úhly, patří: λ (lambda) úhel sklonu ostří – je úhel, který svírá osa otáčení frézy a tečna k šroubovici břitu (obr. 3.6). Vyskytuje se u nástrojů s břity šikmými, šroubovitými, střídavými a šípovými.

8

Obr. 3.6: Příklad využití úhlu sklonu na ostří dlabací frézy (Sossou-spk 2012). 3.5 Geometrie tvaru zubu fréz Rozlišujeme frézy se zuby frézovanými, které mají čelo a hřbet tvořeny z roviných ploch obr. 3.7 a se zuby podsoustruženými, kde hřbetní plocha je vytvořena podobně jako část Archymedovy spirály obr. 3.8. Výhodou podsoustružených zubů je, že se profil na čele frézy při ostření mění jen nepatrně, proto se více využívají.

Obr. 3.7: Frézovaný zub (Prokeš 1975). Obr. 3.8: Podsoustružený zub (Prokeš 1975). 3.6 Rozdělení souřadnicových soustav podle rovin P Uvažovaný bod ostří – je bod nacházející se na libovolném místě hlavního (většinou ostří po obvodu, nebo vedlejšího ostří (ostří kolmá na osu otáčení nástroje), ve kterém se nachází začátek souřadnicového systému. Rovina Pr - rovina procházející uvažovaným bodem na ostří a kolmá na předpokládaný směr hlavního pohybu, používá se k umístění nástroje při ostření nebo měření. Rovina je zvolena pro každý druh řezného nástroje tak, aby vyhovovala výše uvedeným podmínkám, a obecně má být orientovaná kolmo k předpokládanému hlavnímu pohybu. V našem případě pro frézy je to rovina obsahující osu nástroje (viz obr. 3.9).

9

Boční rovina Pf – rovina procházející uvažovaným bodem ostří a kolmá na základní rovinu Pr a rovnoběžná s předpokládaným směrem pohybu a posuvu. Používá se umístění nástroje při ostření. U frézy je to rovina kolmá k ose nástroje (viz obr. 3.9). Rovina zadní Ps – rovina procházející uvažovaným bodem ostří a kolmá na nástrojovou rovinu základní Pr a nástrojovou boční rovinu Pf (viz obr. 3.9). Rovina ostří Ps – rovina tečná k ostří v uvažovaném bodě a kolmá na nástrojovou základní rovinu Pr (viz obr. 3.9). Rovina ostří Pn – rovina kolmá k ostří v uvažovaném bodě ostří (viz obr. 3.9). Ortogonální rovina Po – rovina procházející uvažovaným bodem ostří a kolmá na nástrojovou základní rovinu Pr (viz obr. 3.9).

Obr. 3.9: Roviny nástrojové souřadnicové soustavy (Zemčík 2012). 10

4

ZPŮSOBY FRÉZOVÁNÍ

Způsoby frézování se dělí do následujících kategorií: 4.1 Nesousledné frézování Fréza se otáčí proti posuvu (obr. 4.1), průřez třísky se postupně zvětšuje od 0 do maximální hodnoty. Výsledná řezná síla směřuje ven z obrobku, tím pádem jsou větší nároky na upnutí součástí. Při záběru třísky od nulové hodnoty se břit nástroje sklouzne po obráběné ploše, z toho vyplyne horší drsnost obrobené plochy (Mádl a Barcal 2012).

Obr. 4.1: Obrábění obrobku nesousledným frézováním (Frezovani 2012). 4.2 Sousledné frézování Fréza se otáčí ve směru posuvu (obr. 4.2), průřez třísky se mění od maximální hodnoty do 0. Při tomto způsobu záběru třísky dosáhneme lepší drsnost obrobené plochy. Výsledná řezná síla směřuje do obrobku ⇒ menší nároky na upnutí. Výkon při sousledném frézování je o 30 až 50 % vyšší než při nesousledném frézování při stejné trvanlivosti nástroje. Nevýhodou sousledného frézování jsou rázy, které vznikají při záběru každého ze zubu do obráběné plochy. Rázy můžeme snížit použitím fréz se šikmými zuby (Frezovani 2012).

Obr. 4.2: Obrábění obrobku sousledným frézováním (Frezovani 2012).

11

5

KINEMATIKA FRÉZOVÁNÍ Kinematika je dobře rozebraná na obr. 5.1, kde dochází k oddělování třísky při

frézování válcovou frézou (hoblovací hlavou). Průřez třísky je ovlivněn od nominálního průřezu několika vlivy: •

otupením břitu

•

nepřesností chodu vřetena

•

odchylka od řezné kružnice

•

nepravidelnost chodu podávacího zařízení

•

odštipování a nestejnorodost hmoty obrobku

Obr. 5.1: Oddělování třísky během válcového frézování (Lisičan 1996). Při frézování je dráha břitu obrobku tvořena cykloidou (obr. 5.2), řezná rychlost je u větších průměrů frézovacích nástrojů v poměru k rychlosti posuvu velmi vysoká, takže na úseku břitu můžeme s dostatečnou přesností předpokládat, že jeho řezná dráha tvoří kružnici. Břit je během jedné otáčky v záběru na délce oblouku l, který přísluší středovému úhlu φ´ + φ. Úhel φ ´ je velmi malý, proto se při výpočtu délky třísky l většinou uvažuje úhel φ.

Obr. 5.2: Znázornění cykloidy při frézování a) souběžného, b) protiběžného (Lisičan 1996). 12

Souřadnice bodu A (t. j. poloha řezné hrany) na cykloidě (obr. 5.2) jsou dané výrazy:

xA = xB ± ���� AB = R. sin(φ) ±

fz φ ω

[mm]

(1.1)

kde: R … poloměr řezné kružnice [mm] φ … maximální úhel řezu [°] fz … posuv dílce připadající na jeden zub [mm] ω … úhlová rychlost [°.s-1] yA = yB = R ∙ (1 − cos(φ))

[mm]

(1.2)

Znamínko (+) v rovnici (1.1) platí pro frézování protiběžné, (-) pro frézování souběžné. Vzhledem k hodnotě

vc vf

≅ (30 až 100) je cykloida značně blízká kružnici, a bez velké

chyby (cca +/- 3%). Kde vc je řezná rychlost a vf je posuvná rychlost [m.s-1]. Ze vztahu pro otáčky vřetene se vyjádří vztah pro výpočet řezné rychlosti:

n=

vc ∙ 1000 ∙ 60 π. D. n ⇒ vc = D∙π 60 ∙ 1000

[m. s −1 ]

(1.3)

kde: vc … řezná rychlost [m.s-1]

D … průměr řezné kružnice [mm] n … frekvence otáčení nástroje [min-1]

l = π. D

φ0 360

[mm−1 ]

ap φ/2 = arcsin �2� � D

(1.4)

[°]

(1.5)

kde: φ/2 … střední úhel řezu [°] l … délka kruhového oblouku [mm-1] ap … šířka záběru řezné hrany [mm] 13

5.1 Průřez třísky Na obr. 5.3 je znázorněn profil obráběného a odebíraného materiálu při čelním frézování pro vysvětlení probíhajícího děje.

Obr. 5.3: Profil třísky při válcovém a čelním frézování (Humár 2012). Jmenovitá tloušťka třísky hi se vyjádří vztahem: hi = f(φi ) = fz . sin(φi )

[mm]

(1.6)

kde: fz … posuv na zub [mm] φi … úhel posuvového pohybu [°] Důležité je vědět, že úhel posuvového pohybu φi se mění nejen v závislosti na poloze řešeného zubu, ale u fréz se šikmými zuby ve šroubovici také podél příslušného ostří. Jmenovitý průřez třísky pro polohu zubu frézy i se označí ADi a vyjádří se na základě poměrů naznačených na obr. 5.3. ADi = aP . hi = aP . fz . sin(φi )

[mm2 ]

Maximální velikost jmenovitého průřezu třísky bude při φi = φmax [mm2 ]

ADmax = aP . hmax = ap . fz . sin(φmax ) sin(φmax ) =

2 �D . H − H 2 D

[−]

(1.7)

(1.8) (1.9)

14

U čelního frézování se tloušťka třísky rovněž mění v závislosti na úhlu posuvového pohybu φi a je navíc ovlivněna i úhlem nastavení hlavního ostří κr (hodnota κr = 90° ), proto se její okamžitá hodnota vypočítá podle vztahu: hi = fz . sin(φi ) . sin(κr )

[mm]

(1.10)

Jmenovitá šířka třísky bi je pro libovolné φi konstantní a vypočítá se podle vztahu:

b𝑖𝑖 =

aP sin(κr )

[mm]

(1.11)

Jmenovitý průřez třísky ADi pro κr = 90° ADi = b𝑖𝑖 . hi = aP . fz . sin(φi )

[mm2 ]

Maximální velikost jmenovitého průřezu třísky je při φi = 90° ADmax = aP . fz

[mm2 ]

(1.12) (1.13)

Obr. 5.4: Přesah řezné hrany z nožové hlavy (Lisičan, 1996). Posuv na jednu otáčku nástroje: vf . 1000 [mm] n Posuv na jeden nůž nástroje (posuv na zub): fn =

fz =

vf . 1000 n .z

[mm]

15

(1.14)

(1.15)

5.2 Základní zásady, které musíme dodržet při řezném procesu 1) Důležité je, aby střední tloušťka třísky hm nebyla menší než zaoblení ostří nástroje ρ. Při nedodržení této zásady by jinak nedocházelo k oddělování třísky, ale k pálení povrchu, zahřívání ostří a následné změny barvy nástrojové oceli, která má za následek otupení nástroje. Z toho vyplývá, že povrch by dosahoval zřetelné chlupatosti. 2) Zhoršená drsnost povrchu obrobené plochy, při frézování se odvíjí od špatného upnutí a nastavení frézovacích nožů ve frézovací hlavě a z kinematického hlediska se jedná o hloubku vlnky y. 3) Dalšími ovlivňujícími parametry, které způsobují zhoršení kvality povrchu, jsou například výkon motoru Pmot a rychlost posuvu materiálu do řezu vf (obr. 5.5).

Obr. 5.5: Oddělování třísky: ap – tloušťka odebírané vrstvy materiálu, ρ – poloměr ostří, vf – směr posuvu řezání (Prokeš 1978). Při zahájení řezného procesu, musíme vždy dbát na to, že minimální tloušťka třísky při řezném procesu by měla být větší než je poloměr ostří nástroje. Když bude poloměr ostří větší než tloušťka třísky, může dojit k situaci na (obr. 5.6).

16

Obr. 5.6: Znázornění situace, kdy nedochází k oddělování třísky (Prokeš 1978). 5.3 Vhodná volba rychlosti posuvu pro dosáhnutí kvalitní drsnosti povrchu Kvalita drsnosti obráběné plochy závisí na mnoha faktorech (rychlost posuvu, otáčky, ostrost nástroje, druh materiálu). Při frézování vzniká trajektorie rovinné frézy, ze které lze vydedukovat hloubku vlnky (obr. 5.7).

Obr. 5.7: Kinematická dráha frézovacího nástroje (Lisičan 1996). Vztah pro výpočet hloubky vlnky y: fz2 y= ⇒ fz = �4 ∙ D ∙ y [mm] 4∙D

(5.1)

kde: y … hloubky kinematických nerovností povrchu [mm] D … průměr řezné kružnice [mm] fz … posuv na jeden zub

17

Vztah (5.1) platí pro nejpřesnější nastavení nožů ve frézovací hlavě. Při nastavování přesnosti nožů ve frézovací hlavě se používá řada pomůcek, ale prakticky není možné upnout všechny 4 nože úplně přesně a tak může nastat situace na (obr. 5.8), že v akci obráběcího cyklu bude funkční pouze jeden nůž.

Obr. 5.8: Kvalita povrchu obráběné plochy při nepřesném nastavení nožů (Prokeš 1978).

6

ROZDĚLENÍ FRÉZ Celkově rozlišujeme provedení frézovacích nástrojů podle následujících kritérií.

6.1 Podle funkce a) Frézy k obrábění rovinných ploch •

Frézy jsou mnohonožové nástroje, kde řezné nože jsou uspořádány na válcové, kuželové nebo jinak tvarové ploše tělesa frézy.

a)

b)

Obr. 6.1: Falcovací a hoblovací fréza a čelní zarovnávací fréza (IMG katalog 2012). •

Válcové frézy (obr. 6.1 a) – mají řezné nože rozmístěny jen po válcové ploše a jsou určeny pro frézování rovinných ploch rovnoběžných s osou nástroje. 18

•

Na čelních (obr. 6.1 b) frézách jsou řezné nože i na čelní ploše a na frézovacích hlavách jen na čelní ploše. Fréza vykonává pohyb rotační.

b) Frézy pro obrábění drážek

a)

b)

Obr. 6.2: Drážkovací a kotoučové frézy (IMG katalog 2012). •

Drážkovací frézy (obr. 6.2 a) – jsou to nástroje bez rozebíratelně spojených nebo vyměnitelných částí. Řezné části jsou z jednoho kusu materiálu.

•

Kotoučové frézy – jsou to frézy, které mají zuby rozmístěny po obvodu i na obou čelních plochách. Nejvíce se používají pro frézování drážek a pro čelní frézování bočních rovin (obr. 6.2 b).

c) Frézy pro obrábění tvarových ploch Tyto frézy (obr. 6.3 - obr. 6.5) se používají se na srážení hran, tyčové tvary, drážky a zaoblení hran stolové desky.

Obr. 6.3: Tvarové úhlové (IMG katalog 2012).

19

Obr. 6.4: Zaoblení vyduté (IMG katalog 2012).

Obr. 6.5: Zaoblení vypouklé (IMG katalog 2012). 6.2 Podle provedení a tvaru zubů a) Frézy s frézovanými zuby – mají rovné břity, brousí se na hřbetech a přitom se jejich průměr stále zmenšuje (viz obr. 3.7) b) Frézy podsoustružené – ostřením se nemění řezné úhly, což má velký význam u tvarových fréz (viz obr. 3.8) 6.3 Podle počtu dílů a) Celistvé (nerozebíratelně spojené, obr. 6.6) – nástroj, u něhož jsou řezné součásti (břitové destičky) spojeny s tělesem nástroje nerozbíratelným spojem, z toho vyplívá, že destičky jsou pájené pomocí technologie stříbrné pájky, dále to může být také lepení nebo svařování.

a)

b)

Obr. 6.6: Celistvé nástroje: a) s otvorem (kružce), b) se stopkou (dlabací frézy, rybinovací frézy) (IMG katalog 2012; Drevoobrabeci-stroje 2012). 20

b) S upnutými noži nebo zuby (nerozebíratelní) - kotouče mají oproti nožové hřídeli výhodu v dosahování vyšších otáček (obr. 6.7). U nožové hlavy může dojít k uvolnění nožů pomocí odstředivé síly (cca 9 000 ot/min).

Obr. 6.7: Nožové hřídele (hlavy), kotouče (Drevoobrabeci-stroje 2012). c) Dělené, složené obvykle ze dvou až tří kružců – rozebíratelně spojený nástroj (obr. 6.8), u kterého je použit jeden nebo více řezných břitových destiček nebo nožů, které jsou vyměnitelně upevněny v tělese nástroje pomocí upevňovacích prvků. Přídavné prvky jsou vyrobeny celistvě. Příkladem je břitová destička ze slinutého karbidu. Nebo se tyto destičky přímo pájí na ocelový nosič (kotouč).

Obr. 6.8: Sada fréz na palubky a na dveřní zárubně (Drevoobrabeci-stroje 2012). d) Nástrojové komplety – rychle demontovatelné frézy z frézovacího vřetene, sloužící hlavně pro vytváření spoje na čep a rozpor a podle složitosti kompletu lze vytvořit i trojitý čep a rozpor (obr. 6.9).

Obr. 6.9: Různé typy fréz ve spojení s pilovými kotouči (Drevoobrabeci-stroje 2012).

21

6.4 Podle způsobu upnutí •

Stopkové – používají se především v horních frézkách pro vytváření drážek, a k tvarovému profilování v ploše dílce (obr. 6.10). a) b)

Obr. 6.10: Fréza a) s kuželovou a b) s válcovou stopkou (IMG katalog 2012). •

Nástrčné – hoblovací válec je vhodný pro umístění na vodorovnou frézovací hřídel, používá se pro srovnávací nebo tloušťkovací frézky a tvarová fréza pro svisle umístěnou frézovací hřídel (obr. 6.11).

Obr. 6.11: Hoblovací válec a fréza tvarová (Drevoobrabeci-stroje 2012). 6.5 Podle uspořádání řezných nožů Na vhodném umístění nožů závisí zpravidla kvalita obráběné plochy. U frézovací hlavy s žiletky je uspořádání ve šroubovici, které má největší vliv na snížení akustické hlučnosti při dosahování vysokých otáček (obr. 6.12).

Obr. 6.12: Frézovací hlavy s noži (žiletky) ve šroubovici (vlevo) a s noži přímými (vpravo) (IMG katalog 2012).

22

6.6 Podle tvaru obrobené plochy

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

ch)

Obr. 6.13: Frézovací nástroje rozlišujeme: a) srovnávací, b) drážkovací, c) pérovací, d) čepovací, e) zkosovací, f) tvarové pro frézování jednostranných profilů, např. zaoblovací čtvrtkruhové vyduté, g) vyduté, h) vypouklé, ch) profil ve tvaru V (IMG katalog 2012). 6.7 Podle směru otáčení Obousměrné frézy mají výhodu, že když dojde k opotřebení profilovacích nožů, tak lze je obrátit a upevnit znova na spodní frézku a budou v akci nože, které nebyly otupeny (obr. 6.14).

a)

b)

Obr. 6.14: Jednosměrné frézy – a) levotočivé a b) obousměrné frézy (IMG katalog 2012).

23

7

NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY FRÉZ Při obrábění plochy dřeva dochází k deformaci ostří nástroje a k utváření tepla.

Z tohoto důvodu se musí zvolit vhodný materiál nástroje, který má zlepšené vlastnosti na daný druh obráběné plochy. Nejvíce jsou kladeny požadavky na mechanické, fyzikální i chemické vlastnosti řezného materiálu. Základní vlastnosti řezného materiálu jsou odolnost proti zvyšující se teplotě, dostačující tahová a tlaková pevnost a dostačující tepelná vodivost. Břit řezného nástroje je několikanásobně více deformován než strojní součást. Také je dobré vědět, že tvrdost nástroje je nejdůležitější požadavek, protože musí být vyšší, než je tvrdost obráběného materiálu (Humár a Píška 2004). Na obr. 7.1 je zobrazeno schéma znázorňující oblasti využití řezných materiálů. Je to ve skutečnosti zobrazení závislosti tvrdosti na posuvné rychlosti. Ze schématu je zřejmé, že materiály mohou pracovat buď za vysoké řezné rychlosti, nebo vysokou posuvnou rychlostí. Na obr. 7.2 jsou konkrétní hodnoty zvolených vlastností řezných materiálů (tvrdost, ohybová pevnost, pracovní teplota).

Obr. 7.1: Oblasti použití řezných materiálů (Humár a Píška 2004).

24

Obr. 7.2: Hodnoty vybraných vlastností řezných materiálů (Humár a Píška 2004). Důležité je zvolit vhodně nástroj na obráběnou plochu podle tvrdosti a řezné rychlosti. Tuto volbu určuje materiál, ze kterého je nástroj zhotoven. Neexistuje materiál nástroje, který by byl univerzální na všechny obráběné materiály, proto se používají speciální nástroje pro přesně stanovený obráběný materiál (Humár, Píška, 2004). Materiály se dělí na: a) Nástrojové oceli (NO) b) Slinuté karbidy (SK) 7.2 Nástrojové oceli U těchto nástrojů je požadována vysoká odolnost proti abrazivnímu a adheznímu opotřebení. Tyto nástrojové oceli se rozdělují podle chemického složení na nelegované, legované, vysokolegované oceli. Zde záleží také na obsahu uhlíku, čím větší procento uhlíku, tím větší tvrdost oceli. Použití v současné době je převážně pro celistvé nástroje (frézy, vrtáky, kotouče) a vyměnitelné nože do frézovacích, hoblovacích hlav (Humár a Píška 2004). Značení je prováděno do třídy 19, podle EU normy je zcela odlišné. Jako například rychlořezné oceli 19 861 (ČSN 41 9861) a EU označená jako HS 10-4-3-10 (tyto symboly znamenají: HS – rychlořezná ocel, 10 – 10% W, 4 – 4% Mo, 3 – 3% V, 10 – 10% Co).

25

Tab. 7.1: Rozdělení, značení, vlastností a užití nástrojových ocelí. Vysokolegované (rychlořezné) HL

Oceli

Nelegované

Legované SP

Označování

19 0xx – 19 2xx 0,5 – 1,5 < 1,0

19 3xx – 19 7xx 0,8 – 1,2 10 – 15

0,7 -1,3 > 30

desetiny

jednotky

až desítky

Cr, W, Mo, V, Mn, Si, Ni olej 66 Strojní nástroje pro nižší hodnoty vc (např. protahovací trny)

W, Mo, Cr, V, Co vzduch 64 - 68

Obsah uhlíku [%] Celkem Obsah legujících Jednotlivé prvků [%] prvky Legující prvky Kalící prostředí Tvrdost po kalení [HRC]

Užití

Mn, Si, Cr voda 62 – 64 Ruční nástroje a nářadí (nůžky, sekáče, pilníky, pilky na kov)

19 8xx

Strojní nástroje (nože, frézy, vrtáky, výstružníky, atd.)

Tab. 7.2: Příklad použití vhodného obráběcího materiálu na různé materiály na bázi dřeva. Materiál Obráběcí materiál Dřevotřísková deska, překližka (aglomerované Nepovlakované, materiály) Povlakované slinuté karbidy Výroba spárovky, frézování drážek, hoblování, Rychlořezná ocel měkké i tvrdé dřevo Palubky Vysoce legovaná nástrojová ocel Měkké masivní dřevo Legovaná nástrojová ocel Vlhké dřevo v pilnici Stelity 7.3 Slinuté karbidy Jsou to velmi tvrdé destičky karbidických částic pájené na pilové kotouče, frézy, vrtáky a spousta dalších nástrojů. Tyto materiály s vysokým obsahem karbidických částic 90% jsou vyráběny práškovou metalurgií. Příklady karbidů: karbid wolframu, karbid titanu, karbid tantalu a karbid niobu, jako pojivo se využívá kobaltu (Humár, Píška, 2004). Označení karbidů: - nepovlakované s primárním karbidem wolframu, označení HW. - nepovlakované s primárním karbidem nebo nitridem titanu nebo obou označení HT. - povlakované s primárním karbidem WC nebo TiC, nitridem TiN, označení HC.

26

Značení HW HC HS HL SP ST

Slinuté karbidy se rozdělují do třech skupin – P (barva značení modrá), M (barva značení žlutá), K (barva značení červená). Např. P10, M30, K20 – čím je větší číslo tím je vyšší obsah pojícího kovu, vyšší houževnatost, pevnost. Skupina K – používá se pro obrábění materiálu, které vytvářejí krátkou třísku, pro nekovové materiály jako je dřevo. Chemické složení nástroje – Karbid wolframu (tvrdá složka) Skupina P – používá se pro obrábění materiálu, které vytvářejí dlouhou třísku (pro obrábění uhlíkové oceli, slitinové oceli a feritické korozivzdorné oceli). Chemické složení nástroje – Přísada TiC (karbid titanu) zaručuje vysokou odolnost proti difúzi za vysokých teplot. Skupina M – používá se pro univerzální použití a vhodná pro obrábění materiálu, které tvoří dlouhé a střední třísky. Pro obrábění lité oceli, tvárné litiny.

Obr. 7.3: Hrubozrnný SK skupiny K.

Obr. 7.4: Jemnozrnný SK skupiny K.

Obr. 7.5: SK skupiny P.

Obr. 7.6: SK skupiny M.

(Humár a Píška 2004) 7.4 Povlakové slinuté karbidy Vznikají nanášením termochemicky stabilního povlaku na podkladový materiál (původně běžný SK typu K, P nebo M). Nanáší se tenká vrstva materiálu s vysokou tvrdostí a vynikající odolností proti deformaci a opotřebení. Tento povlak vykazuje 27

výhodné vlastnosti, protože povlakový materiál neobsahuje žádné pojivo a má jemnější zrnitost a méně strukturních defektů (póry, dutiny). Poslední vrstva je specifická svojí tvrdostí a odolností proti opotřebení. Na povlakování se používají tyto materiály: karbid titanu (TiC), nitrid titanu (TiN), oxid hliníku (Al2O3) a karbonitrid titanu (TiCN), (Humár a Píška 2004). Existuje spoustu dalších a mnohem tvrdších materiálů, ale tyto materiály nemají při obrábění dřeva žádné využití, maximálně se používají při broušení ostří nástrojů. Jedná se především o materiály, jako jsou cermety, řezná keramika, kubický nitrid bóru a především nejtvrdší materiál pod názvem polykrystalický diamant. 8

OTUPENÍ BŘITU NÁSTROJE Otupení vzniká při kontaktu pohybujícího se ostří nástroje v důsledku tření o

obráběný materiál, při kterém vzniká teplo tvořící se na ploše čela a hřbetu nástroje, také dochází k postupné změně mikrogeometrie a začíná se ztrácet schopnost řezání (Humár a Píška 2004). Důkazem otupeného nástroje je větší přítlak, pálení a nepřesnosti řezu na obrobek. Velmi negativně ovlivňují otupení cizí tělesa ve dřevě, jako je písek, kamínky a lepidlo. Jako vedlejší produkt je odcházející tříska (z čela nástroje). Tříska vzniká kontinuálně při zvýšeném působícím tlaku a teplotě. U obráběného materiálu (jako je například tvrdé dřevo) dochází k rychlejšímu otupení než na měkkém dřevě. Je to zpravidla dáno obsahem anatomických elementů a doprovodných látek dřeva (Humár a Píška 2004). Tyto tvrdé látky (např. krystalická celulóza), které dosahují stejné tvrdosti, jako je materiál břitu nástroje, vyvolávají u nástroje brousící, případně abrazivní efekt viz obr. 8.3 v podkapitole 8.2.1. Na otupení nástroje má největší vliv působení těchto faktorů: •

Mechanické

•

Chemické

•

Abrazivní

28

8.1 Hlavní formy opotřebení břitu Obr. 8.1 zobrazuje, jak vypadá opotřebení nástroje ze slinutého karbidu.

Obr. 8.1: Břit nástroje z SK a jeho opotřebení (Humár a Píška 2004). kde… 1 – fazetka opotřebení na hřbetě, 2 – výmol na čele, 3 – primární hřbetní rýha, 4 – sekundární (oxidační) hřbetní rýha, 5 – rýha na čele. Kritéria otupení Většina běžných opotřebení je kvalifikována na obr. 8.2.

Obr. 8.2: Kritéria otupení nástroje (Humár a Píška 2004). kde … VB – šířka fazetky opotřebení na hřbetě, KT – hloubka výmolu na čele, KVy – radiální opotřebení špičky, je významné u dokončovacích operací a způsobuje změnu rozměru u obráběné plochy

29

8.2 Základní druhy mechanického otupení nástroje

8.2.1

Abrazivní otupení Vzniká působení tvrdých mikročástic v obráběném materiálu (obr. 8.3), stejné

jako broušení. Při broušení dochází k tomu, že se mikročástice dostávají mezi povrch obráběného materiálu a povrch nástroje, proto se proti abrazivnímu otupení využívají nástroje s vyšší tvrdostí (Humár a Píška 2004). Materiály s vysokou tvrdosti sice budou dobře odolávat abrazivnímu otupení, ale zase budou mít sníženou odolnost vůči jiným mechanickým otupením. Vznik abrazivního otupení je významný především u nástrojových a rychlořezných ocelí HS a při nízkých řezných rychlostech.

Obr. 8.3: Abrazivního otupení (Humár a Píška 2004).

8.2.2

Adhezivní otupení Vzniká vytrháváním částic břitu nástroje působením adhezních sil (spojů) mezi

nástrojem a obrobkem při nízkých teplotách obrábění na čele břitu nástroje (obr. 8.4). Tento druh otupení je charakteristický pro nástrojovou a rychlořeznou ocel (Humár a Píška 2004).

Obr. 8.4: Adhezivní otupení (Humár a Píška 2004).

30

8.2.3

Difuzní otupení Vzniká vytvářením nežádoucích chemických sloučenin ve struktuře nástroje při

přemísťování atomů z obráběného materiálu a naopak (Kocman a Prokop 1996). 8.2.4

Plastická deformace Vzniká v důsledku působení vysokého tepelného a mechanického zatížení tzv.

tlaku na břit nástroje. Vysoké teploty vznikají dosažení vysokých řezných rychlostí a posuvů. Plastické deformace se projevují na nástroji změnou geometrie, pálení a zamezení odchodu třísek. Tato deformace je charakteristická také tím, že vzniká při obrábění veškerými nástrojovými materiály při dosažení určité teploty (limitní) třením dvou ploch navzájem, a to mezi nástrojem a obrobkem. Ke snížení plastických deformací vědci doporučují použít vhodného zaoblení a geometrie ostří (AB Sadvik Coromant 2012).

Obr. 8.5: Plastická deformace (Humár a Píška 2004). 8.2.5

Hřebenovité trhliny Patří do formy únavového otupení. Jeho vznik je způsoben tepelnými šoky (AB

Sadvik Coromant 2012). Největší výskyt je při frézování, kde dohází ke změně teplot. Trhliny, jak je zobrazeno na obr. 8.6, se tvoří kolmo na ostří a v tomto okamžiku se mohou částice řezného nástrojového materiálu mezi jednotlivými trhlinami vylamovat a vyvolat tak náhlý lom břitu.

Obr. 8.6: Hřebenovité trhliny (Humár a Píška 2004). 31

8.2.6

Křehký lom Při vzniku křehkého lomu (obr. 8.7) dochází nejčastěji při kolísaní teploty a

zatížení řeznými silami k vydrolování a lomu řezného nástroje (AB Sadvik Coromant, 2012). Křehký lom může být způsoben různými faktory, např. málo houževnatý materiál břitu.

Obr. 8.7: Křehký lom (Humár a Píška 2004). 9

OSTŘENÍ DŘEVOOBRÁBĚCÍCH NÁSTROJŮ Provádí se údržba, která slouží k obnovení ostří, které bylo otupeno, deformováno

tepelnou dilatací při obrábění obrobku ze dřeva. Dochází ke zlepšení vlastností nástroje (Prokeš 1975): •

Trvanlivost

•

Rozměrová stabilita

•

Řezivost

•

Snadné vnikání do materiálu

Trvanlivost břitu – je čas po, kterým obráběcí nástroj pracuje naostřený. Ke zkrácení trvanlivosti břitu nástroje dochází při (Prokeš 1975): •

Malém posuvu na břit

•

Vysokých otáček

•

Nevyhovující jakosti naostření

•

Malé přesnosti naostření a rozvodu

•

Nedostatečným uvolnění nástroje v řezné spáře 32

•

Malým úhlem břitu, hřbetu

•

Nevhodným materiálem nástroje, obrobku

•

Znečištěním obrobku (např. pískem) Důležité je, že se zvyšující se jakostí broušených ploch se při ostření zvyšuje i

trvanlivost břitu. To platí u nástrojů z nástrojové oceli i u nástrojů s břitovými destičkami ze slinutých karbidů (SK). Při ostření nástroje je nutné, aby vzniklá jehla na břitu byla co nejmenší (Prokeš 1975). Tato jehla se stejně hned po několika záběrech do obrobku odlomí, takže se břit již na počátku práce otupí. Dalším případem je zmodrání oceli. Tato modrá vrstva je mnohem měkčí a méně odolnější než původní ocel. Proto dochází k okamžitému otupení. Dle odborné literatury se pro ostření nástrojů z rychlořezné oceli doporučují brousící kotouče Elbor, se kterými se nástroj méně zahřívá. Pro frézovací nástroje a SK se používají v ostření v poslední fázi jemné brousící kotouče (Prokeš 1975). 9.1 Brousící kotouč Vlastnosti brousícího kotouče se určují podle ČSN 22 4501 a ČSN 22 4503 a jedná se o: strukturu, zrnitost, tvrdost, druh brusiva a druh pojiva (Prokeš 1975).

Obr. 9.1: Označení brusného kotouče (Prokeš, 1975). Mezi nejdůležitější materiál slepený pojivem na brusném kotouči patří brusivo, které brousí. Rozeznáváme brusiva přírodní (pískovec, smirek, korund, diamant) a brusiva umělá jako je oxid hlinitý Al2O3 umělý korund vyráběný z bauxitu a karbid

33

křemíku SiC (karborundum ⇒ lze brousit všechny kovy). Důležité je vědět, že vždycky musí být tvrdost brusiva větší než tvrdost broušeného materiálu (Prokeš 1975). 9.2 Ostření fréz 9.2.1

Ostření podsoustružených fréz Především podsoustružené frézy se musí ostřit na čele zubu. Podstatné je, aby se

během broušení hřbetu zubu (hřbet v podobě křivky) a při snižování průměru nástroje neměnil jeho úhel (hřbetu). Důležité je (pro zajištění stálého profilu během životnosti nástroje) zachovat stále stejný úhel čela jako u nového nástroje (Prokeš 1975). Zásady při ostření podsoustružených fréz (aby se zamezilo vzniku chyby): a) Podsoustružený kružec se ostří vždy rovnoběžně s rovinou čela nástroje, jak zobrazuje obr. 9.2, kde se postupně zvětšil úhel čela o 12°, nehledě k nebezpečí odlomení zubu. Z toho vyplývá, že se zvětšujícím se úhlem čela se zvětší i výška frézovaného pera nebo drážky obr. 9.3 asi o 1 mm (Prokeš 1975). U zaoblovacích fréz zaviní toto chybné ostření změnu profilu zaoblení (například kružnice přejde v jinou křivku).

Obr. 9.2: Změna úhlu hřbetu během životnosti frézy (Prokeš 1975).

34

Obr. 9.3: Změna frézovaného profilu změnou úhlu čela (Prokeš 1975). b) Ostření podsoustružené frézy během celé její životnosti pomocí šablony je také chybou. Zde dochází ke stejnému postupně se zmenšujícímu průměru nástroje a zvyšování úhlu čela γ v obr. 9.4, jako tomu bylo u případu a).

Obr. 9.4: Ostření podporou šablony (Prokeš 1975). 9.2.2

Ostření kružců s frézovaným (rovným) hřbetem

Ostření probíhá u těchto fréz dvěma způsoby: a) na čele zubu b) na hřbetě zubu Způsob se volí podle toho, zda má být šířka nástroje, která vytváří drážku, stejná na čele nebo na hřbetu zubu. Když je šířka nástroje stejná na čele zubu, ostří se na hřbetě a naopak. 35

a) Ostření na čele zubu Postup je podobný, tak jako u ostření fréz podsoustružených, kde musí zůstat stejný úhel čela, který kontrolujeme pomocí úhloměru se středícím čepem. Zde je důležité vědět (obr. 9.5), že častým ostřením dojde k vytvoření nulového úhlu hřbetu. Když vznikne nulový úhel, tak je nástroj nepoužitelný k obrábění. U fréz podsoustružených se během životnosti úhel hřbetu nemění. Proto se také více používají (Prokeš 1975).

Obr. 9.5: Znázornění změny úhlu hřbetu, který vznikne důsledkem několikanásobného ostření (Prokeš 1975). b) Ostření na hřbetu zubu Zde dochází během ostření ke zvyšování úhlu čela, snižování úhlu hřbetu (obr. 9.6) a úhel břitu se nemění. Abychom se vyvarovali těchto změn úhlů, je třeba používat při každém ostření úhloměr a nástroj při ostření nastavovat podle obr. 9.6 (Prokeš 1975).

Obr. 9.6: Znázornění změny úhlu důsledkem ostření (Prokeš 1975).

36

Na ostření se používá miskovitý nebo hrncovitý kotouč (obr. 9.7). Zde je důležité vhodně frézu natočit tak, aby poloměr frézy R svíral s kolmicí na rovinu kotouče úhel hřbetu, kde H je vzdálenost osy frézy nad břitem, která je daná vzorcem: 𝐻𝐻 = 𝑅𝑅. sin 𝛼𝛼

Kde:

(9.1)

R … poloměr frézy, sin 𝛼𝛼 … jsou hodnoty uvedené v tab. 9.1

Správně zvolenou hodnotou H můžeme nastavit bubínkem u brusky, nebo pomocí posuvného výškoměru. Důležité je nezapomenout nastavit břit a opěrku zubu.

Obr. 9.7: Znázornění správného ostření a) miskovitým a b) plochým kotoučem (Prokeš 1975). Tab. 9.1: Hodnoty sin α (Prokeš 1975). Úhel hřbetu stupňů 6 8 10 12

sin 0,104 0,139 0,174 0,208

Úhel hřbetu stupňů 14 16 20 25

Při ostření fréz musíme dodržovat tyto podmínky: •

Posuv 1,5 – 3,5 m/min

•

Obvodová rychlost kotouče 23 – 30 m/s

•

Tvrdost keramického kotouče K – M

•

Zrnitost 46 – 60, brusivo korund, pórovitý

•

Tvar kotouče – hrncovitý, miskovitý, plochý

37

sin 0,242 0,276 0,342 0,423

9.2.3

Ostření nožů pro hoblovací válce a frézovací hlavy Na ostření se používá plochý nebo hrncovitý kotouč. Nevýhodou plochého

kotouče při ostření hřbetu nože je velký průměr, nejlepší průměr se musí pohybovat 500 – 600 mm a nesmí klesnout pod 300 mm. Při několikanásobném ostření dochází ke zmenšování průměru kotouče a tím pádem i ke snižování úhlu břitu (obr. 9.8), (Prokeš 1975). Důležité je dodržovat otáčení kotouče tak, aby ostřil směrem od břitu ke hřbetu, protože by se jinak vytvářela moc velká jehla. Zde platí tyto podmínky: •

Posuv 0,2 – 0,25 m/s a při dokončování ostření maximálně 0,08 - 0,1 m/s

•

Přísun maximálně 0,02 mm

•

Obvodová rychlost kotouče 23 – 30 m/s

•

Tvrdost keramického kotouče K – M

•

Zrnitost 46 – 60

Obr. 9.8: Důsledky, které vzniknou při ostření břitu nože během životnosti kotouče (Prokeš 1975). Po naostření vznikne výbrus, který je nutné obtáhnou obtahovacím kamenem, kde je důležité, aby úhel hřbetu zůstal stejný. Broušení obtahovacím kamenem probíhá pod úhlem 1 – 2° a pro přesnost je výhodné upnou nůž do stojánku. Na čele se obtahuje jemně a rovnoběžně s plochou čela nože. Při prvním broušení použijeme zrnitost 120 a na konečné 400 (Prokeš 1975). Především se musí dodržovat tyto úhly: •

úhel břitu, který má většinou 45 – 50°

•

úhel hřbetu 14 – 15°

•

úhel čela 30 – 35° 38

Nože se přemisťují v dřevěných (plastových) obalech s přihrádkami, aby se neotupilo ostří. Příklad přesného ostření všech čtyř nožů z jedné frézovací hlavy pro srovnávací frézky (obr. 9.9).

Obr. 9.9: Ostření hrncovitým brusným kotoučem, při kterém jsou nože upnuty ve stojánku pod úhlem (Prokeš 1975). 10 SLOŽENÉ FRÉZY A JEJICH SOUPRAVY Do této kategorie nástrojů patří nástroje s vyměnitelnými řeznými prvky – noži, případně destičkami. Tyto řezné prvky jsou v tělese nástroje upnuté buď silovým, nebo tvarovým způsobem. Příkladem silového způsobu držení nože třecí silou jsou hoblovací frézy (obr. 10.1).

Obr. 10.1: Hoblovací fréza (Capek-drevokovo 2012).

39

10.1

Konstrukce upevnění nožů

Držení hoblovacího nože v lůžku tělesa nástroje může být provedeno jako: a) Upnutí silovým způsobem – během otáčení je zabráněno pohybu nože v lůžku (drážce) v radiálním směru díky třecím silám (obr. 10.2). b) Upnutí tvarovým způsobem – během otáčení je zabráněno pohybu nože v lůžku (drážce) tvarem a uspořádáním jednotlivých elementů (obr. 10.3).

Obr. 10.2: Způsoby silového spojení (Javorek 1993).

Obr. 10.3: Způsoby tvarového spojení (Javorek 1993). 10.2

Řezné prvky

Hlavní část frézovacích nástrojů (těleso, hlava) se nejméně opotřebovává, ale za to je zase nejdražší. Proto se začali využívat tzv. frézovací hlavy s vyměnitelnými řeznými prvky. Vyměnitelné řezné prvky bývají různých konstrukcí. Vyrábějí se jako prvky, které se po otupení dají opět nabrousit a jejich životnost je omezena počtem přeostření, nebo jednorázové prvky, které se neostří a jejich životnost je dána jen počtem řezných hran. V praxi je známe pod pojmem tvrdokovové žiletky (obr. 10.4), (Javorek 1993).

40

Obr. 10.4: Způsoby upnutí řezných prvků (žiletek), (Javorek 1993). 10.3

Vymezovací kroužky (obr. 10.5)

Slouží pro vytváření nástrojových sad a hlavně pro přesné nastavení (seřízení) šířky pera a drážky u palubkových fréz a souprav. Další možností je při upínání nástrojů na hřídel stroje, případně při broušení. Vyrábí se na přání z konstrukční oceli, cena se pohybuje pro šířku S = 0,1 mm od 45 Kč a S = 20 mm do 110 Kč (Capek-drevokovo, 2012), obr. 10.5.

Obr. 10.5: Mezikroužky, horní a spodní kroužky (Capek-drevokovo 2012).

10.4

Opěrná ložiska (obr. 10.6)

Jsou určená jako příslušenství k nožovým hlavám. Umožňují podle šablony zarovnávat, nebo přímo podle hranolu frézovat polodrážku hloubky 10 a 15 mm. Středový nákružek zajišťuje bezpečný odstup ložiska od nožů (Capek-drevokovo 2012), viz obr. 10.6.

Obr. 10.6: Opěrná ložiska a jejich uložení ve frézovací soupravě (Capek-drevokovo 2012). 41

Jak už bylo řečeno v úvodu, složené frézy slouží na výrobu tvarových profilu, jako jsou okenní rámy. Tyto složené frézy dělíme na několik souprav: 10.5

Soupravy frézovacích sad na výrobu okenních profilů

Převážně se jedná o nástroje s výměnnými tvarovými noži. Nabídka nástrojových sad se řídí dle individuálních požadavků na způsob výroby, strojní zařízení, profil a typ okna (Capek-drevokovo 2012). a) Čepovací frézy s pájeným tvrdokovem na výrobu okenních rámů Střídavé zuby způsobují lepší a čistší kvalitu řezu a zvyšování rozteče mezi kotouči je možné použít mezikroužků, které jsou součástí balení. Čepovací frézy (obr. 10.7) pročepují 9 cm, ruční posuv, n = 3.600 až 5.700 ot/min. Základní profil je uzpůsoben pro izolační dvojsklo. Pro jednoduché zasklení slouží doplňkový nůž (tzv. profilovací fréza) s upínanými HL noži. U této frézy se používá strojní posuv s nmax= 9.000 ot/min, kterým se vyfrézuje drážka na sklo. Drážka je široká s = 4 mm a hloubka je plných 18 mm. Použití těchto fréz je možné na tvrdé i na měkké dřevo (určeno pro všechny typy spodních frézek) (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.7: Čepovací frézy a jejich použití (Capek-drevokovo 2012). Tab. 10.1: Vstupní parametry frézovacího nástroje. Typ frézy D x v x d [mm] Materiál Břitů (nožů) Cena Kč Čepovací 246 x 79 x 30 HW 9 8 580 Rozpory 250 x 65 x 30 HW 6 5 720 Profil pevný 141 x 60 x 30 HL 3 3 200 kde: D … průměr frézy, v … výška frézy, d … průměr otvoru pro hřídel (vřeteno) b) Tříbřité frézy s pájeným tvrdokovem na výrobu obloukových rámů Sestava je vytvořená ze třech dílů, které lze upnout do spodní frézky. Tyto složené frézy (obr. 10.8) zhotovují profily z tvrdého nebo měkkého dřeva o polodrážce 10 mm. 42

Otáčky se můžou pohybovat od n = 5 900 do 8 600 ot/min. Nástroje lze použít pro strojní i pro ruční posuv. Díl uprostřed tvoří speciálně vylehčené ložisko, které má hlavní výhodu pro výrobu obloukových oken bez použití šablony (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.8: Třibřité frézy a jejich ložiskový profil (Capek-drevokovo 2012). Tab. 10.2: Vstupní parametry frézovacího nástroje. Typ frézy D x v x d [mm] Materiál Břitů Cena Kč Třibřité 150 x 46 x 30 HM (HW) 3 5 920 kde: D … průměr frézy, v … výška frézy, d … průměr otvoru pro hřídel (vřeteno) c) Dvoubřité frézovací soupravy s osazenými výměnnými HW žiletkami Design a geometrie zubů zabezpečuje velké a snadné úběry materiálu. Jsou vhodné pro použití na spodních frézkách. Tyto žiletkové nástroje (obr. 10.9) nahrazují starší typ s pájenými HSS noži. Díky používání HW žiletek je docíleno delší životnosti ostří. Po krajích frézy jsou předřezy, které zajišťují hladký povrch v rozích obráběného materiálů. Podobně jako předchozí frézovací souprava obsahuje vestavěné ložisko pro výrobu obloukových oken bez potřeby šablon (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.9: Dvoubřité frézy a křídlové profily K (Capek-drevokovo 2012). Tab. 10.3: Vstupní parametry frézovacího nástroje. Typ frézy D x v x d [mm] Materiál Břitů Cena Kč „K“ žiletkový čep + rozpor 250 x 50 x 30 HW 2 13 800 Profil ložiskový 150 x 50 x 30 HW 2 6 840 kde: D … průměr frézy, v … výška frézy, d … průměr otvoru pro hřídel (vřeteno) 43

10.6

Sady tvarových nástrojů pro rohové spojení nábytkových dveří

Nástroje jsou určeny na výrobu dveřních rámů různých profilu a tvarů. Frézují profily pomocí břitových destiček nebo nožů, které se dají vyměnit za jiný tvar. Jsou v tělese nástroje upevněny pomocí upevňovacích prvků. a) Souprava fréz na interiérové i domovní dveře Tyto frézy (obr. 10.10) se většinou používají na spodních frézkách. Jsou dimenzovány pro upínání HSS a HL nožů bez potřeby nastavování. Upínají se na hřídel (vřeteno) o průměrech 30 až 40 mm. Posuv lze používat ruční nebo strojní. Tělo frézy je vyrobeno z oceli. Tato fréza slouží pro dveře s hlubokým čepem (Capek-drevokovo, 2012).

Obr. 10.10: Souprava fréz na interiérové i domovní dveře a různé varianty dveří (Capekdrevokovo 2012). b) Hlava s vyměnitelnými noži na profil domovních dveří Využití této frézy (obr. 10.11) nachází spíše ve velkovýrobě, protože se používá strojní posuv. Otáčky se mohou pohybovat kolem 9 000 ot/min. Tyto typy se mohou používat pouze pro obrábění masivu. Pro dokonalé povrchové úpravy je doporučeno frézovat vícekrát. Hlava se skládá z ocelového těla a z mechanicky upínaných nožů (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.11: Hlava s vyměnitelnými noži a její použití (Capek-drevokovo 2012). 44

Tab. 10.4: Vstupní parametry frézovacího nástroje. Typ frézy D x v x d [mm] Materiál Cena Kč Hlava B - 80 166 x 80 x 30 1 990 Sada nožů HL 3 700 kde: D … průměr frézy, v … výška frézy, d … průměr otvoru pro hřídel (vřeteno) c) Souprava fréz na kuchyňská dvířka Tato sada (obr. 10.12) se používá pro výrobu kuchyňských rámečků a nábytkových dvířek v různých druzích: vsazená nebo lištová výplň s přiznanou spárou nebo bez ní. Fréza je vyrobena z oceli, na které jsou upevněny tvrdokovové žiletky. Tyto žiletky jsou opakovaně ostřitelné. Využívají se na dřevo i MDF desky s ručním posuvem. Pro hladký a kvalitní povrch se musí dodržovat otáčky od 6 100 – 8 600 ot/min (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.12: Souprava fréz na kuchyňská dvířka a její použití (Capek-drevokovo 2012). Tab. 10.5: Vstupní parametry frézovacího nástroje. Typ frézy D x v x d [mm] Materiál Cena Kč Kuchyň. dvířka 156 x 50 x 30 HW 9 980 kde: D … průměr frézy, v … výška frézy, d … průměr otvoru pro hřídel (vřeteno) 10.7

Sady pro výrobu spoje, pero a drážka

Patří sem nástroje pro výrobu stěnových obkladů tzv. palubek. Ostří je tvořeno pevně napájenými HS nebo SK plátky, pro výrobu obkladů z dřevotřísky, nebo pro výrobu laminátových podlah. Palubky se většinou vyrábí ze smrkového dřeva, ale mohou být použity i jiné okrasné fládrové textury např. borovice, smrk, dub. Jsou to profilovaná prkna o stejné šířce, které jsou opatřena perem a drážkou. Na rubové straně se vyskytují 45

výsušné drážky. Využití palubek je hlavně dekorativní, jako je na interiérové a exteriérové stěny, stropy a podlahy. U podlah se už jedná pouze o palubky podlahové, které se liší tloušťkou i jiným frézovaným profilem. a) Frézy na palubky – lehká řada Tento nástroj je čtyřzubý s pájenými SK plátky a žiletkovými plátky na začišťování hran. Soubor obsahuje 16 fréz, upínacích pouzder a mezikroužků pro nastavení šířky pera s = 0,5 mm pro výrobu palubek ve čtyřstránce. Z těchto fréz je možné sestavit sady na 6 typů palubek, jak je znázorněno na obr. 10.13. Tyto nástroje je možné použít na spodních frézkách o průměru vřetene 30 až 40 mm a zaoblením konce per na poloměr R 1,5 (Capekdrevokovo 2012).

Obr. 10.13: Sada na palubky lehká řada a její použití na 6 typů profilů palubek (Capek-drevokovo 2012). Pro zajímavost cena kompletní stavebnice je 57 400 Kč.

46

b) Frézy na palubky – těžká řada Sada je podobná předchozí, pouze se liší ve větší tloušťce pera v rozsahu od 5 do 9 mm a palubky od 48 mm (obr. 10.14). Jiné je i zaoblení konců per R2. Soubor se skládá z 10 fréz do čtyřstránky, upínacích pouzder a mezikroužků. Z těchto 10 fréz je možné složit 4 typy různých profilů palubek (Capek-drevokovo 2012).

Obr. 10.14: Sada na palubky těžká řada a její použití na 4 typy profilů palubek (49 168 Kč) Capek-drevokovo 2012).

11 UPÍNÁNÍ SLOŽENÝCH FRÉZ

Frézy je možné upnout pomocí: •

Frézovacích trnů – slouží pro nástrčné frézy válcové, kotoučové, válcové čelní a tvarové frézy jakož i sady fréz (obr. 11.1)

11.1

Frézovací trny

Mezi hlavní upínání složených nástrčných fréz slouží vřeteno s nastavovacími a vymezovacími kroužky (distanční kroužky), které se utahují pomocí matice po šroubovitém závitu vřetena obr. 11.1.

47

Obr. 11.1: Upnutí kotoučové frézy na svislé frézce (Strojeslovakia 2012). 12. PEDAGOGICKÉ POZNÁMKY

Pedagogické cíle této práce: Pro

pochopení

problematiky

jsou

předpokládané

znalosti

základních

dřevoobráběcích předmětů. Příkladem jsou Nástroje a přípravky, Údržba dřevařských strojů a zařízení, Fyzika. Studenti budou po přečtení této bakalářské práce samostatně schopni rozlišovat i rozdělovat frézy, případně získají základy o kinematice frézování a volbě vhodného nástrojového materiálu. Získají i základní poznatky o otupení nástroje a následné údržbě. Zde je dobře znázorněna demonstrace několika možností složených fréz. Studenti pochopí principy běžných i nestandardních řešení upínání fréz. Zvládnou základní metody a výpočty vlivu poloměru ostří nástroje a opotřebení ostří břitu na obrábění. Dokážou zvolit optimální řezné rychlosti pro dané podmínky obrábění a výpočet drsnosti na základě hloubky vlnky.

48

Hlavní záměry práce lze shrnout do několika bodů: 1. Poskytnout studentům dostatečné množství obrázků pro lepší představivost. 2. Vysvětlit nejdůležitější vztahy v oblasti frézování. 3. Diskutovat technologie řešení fréz od standardních až po moderní složené frézy. 4. Ukázat výhody moderních upínacích prvků. 12.1. Pedagogické zásady Pří výuce problematiky popisované v této práci je vhodné respektovat standardní pedagogické zásady (Mareš, Rybářová, Strnad 1978), (Heywood 1989) a (Jones 1975), které zahrnují určitá pravidla a principy ověřované v praxi, jejichž dodržování je podmínkou úspěšné výchovně-vzdělávací činnosti. 12.1.1 Cílevědomost Je charakterizována jako dosažení cílů a obhájení jejich nejdůležitějších stránek. Splněný cíl, za pomocí předchozích zkušeností a vědomostí. 12.1.2 Systematičnost, posloupnost Řeší se především problematika, která má být uspořádaná podle logického systému od známého řešeného problému až k tomu těžce pochopitelnému. Má práce je sestavená od přehledně zpracované teorie frézování, ve které jsou obsaženy válcové a čelní frézy, jejich použití, včetně rovin souřadnicové soustavy. Detailně je popsána kinematika frézování včetně důležitých vzorců. Tato důležité problematika je pro studenty systematicky a zřetelně zpracována. 12.1.3 Aktivita Student se aktivně podílí při výuce svými dotazy a průběžným zapisováním dané látky. Při přednášení prezentace, kterou jsem vypracoval, očekávám zájem o problematiku a připomínky a dotazy ze strany studentů. Aktivita studentů bude také spočívat v tom, že si během semestru vypracují téma v problematice frézování, které budou mít v oblibě a přednesou je celé posluchárně v rámci deseti minut. Tím získají zkušenost i v komunikaci a odborné výslovnosti.

49

12.1.4 Názornost Názorné ukázání praktické zkušenosti s daným přístrojem a nástrojem, které je náročné na pomůcky i techniku. Základní porozumění problematiky spočívá v osvojení a pochopení principů z názorných obrázků, které jsou vhodně zpracované v materiálech pro výuku (tzv. prezentace složených fréz). Odtud lze snadno pochopit např. upnutí nástrčné frézy na vřeteno (což je dobře znázorněno na obr. 11.1). Při pochybení by mohlo dojít k ohrožení zdraví a ke zničení nástroje, jehož pořízení je nemalou finanční investicí. 12.1.5 Přiměřenost Dostatečné přizpůsobení rozsahu a formy práce pro méně čtivé a chápavé čtenáře (přiměřené věku a stupni předchozích znalostí a zkušeností v oboru). Při tvorbě odborného textu jsem usiloval o uspořádání pořadí kapitol do celistvého logického systému, který by mohl studentům usnadnit cestu k pochopení teoretické problematiky frézování. Na začátku kapitol (např. nástrojové materiály fréz) se snažím vhodně charakterizovat danou oblast a informovat studenta o faktorech a příčinách problému, které by si měl zapamatovat a popřípadě se jich vyvarovat. V kapitole s názvem Kinematika frézování popisuji hlavní přístupy k pochopení složitosti rovnic včetně názorných obrázků např. obr. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, a především dostatečně vysvětlené symboly a parametry vzorců, včetně jejich jednotek. Seznam symbolů slouží čtenáři pro jasnou orientaci.

12.1.6 Trvalost Student je schopen si dlouhodobě zapamatovat zásadní látku, popřípadě vzorce. Snahou této práce je také, aby si z dané problematiky frézování odnesl student (čtenář) i trvalé poznatky, jako jsou (nejpodstatnější) konstrukce frézovací hlavy, nožů, druhy složených souprav, rozdělení úhlů a základní vzorce (výpočet řezné rychlosti - vztah (1.3), otáček frézy, tloušťku třísky - vztah (1.6), posuv na otáčku (1.14), posuv na zub (1.15), hloubka vlnky (5.1)) a principy (mechanické, hydraulické a tepelné upínače), které se dobře pamatují. 12.1.7 Uvědomělost Dostatečné si uvědomovat, které náležitosti kapitoly jsou podstatné od méně důležitých. Uvědomělost studentů spočívá v rámcovém pochopení problematiky s tím, že dokážou rozlišit důležité informace od méně potřebných (doplňkových a snadno 50

dohledatelných v práci nebo další literatuře). Z mého pohledu se v problematice dřevoobráběcích nástrojů považuje za méně důležité např. materiály jako jsou cermety, řezná keramika a diamanty, které se při obrábění dřeva nepoužívají. Oproti tomu je velmi zásadní znát např. rozdíl mezi sousledným a nesousledným frézováním. 12.1.8 Emocionalita Student získá z odborného textu citový zážitek nebo prožitek. K upevnění získaných znalostí a dovedností (pokud bude součástí i laboratorní ukázka) může sloužit praktické vyzkoušení obráběcí činnosti na specializovaném pracovišti školy nebo exkurze na externím pracovišti. Sledování či přímo řízení reálně prováděného děje studentem s vysvětlujícím komentářem učitele nebo pracovníka je pro snadnější pochopení celkem zásadní. K pochopení a trvalosti znalostí může velmi přispět přinejmenším i pouhá ukázka skutečných řezných zařízení učitelem při výkladu. Radost z pochopení a prožití úspěchu při vytvoření vlastního výrobku nebo správně provedeném obrábění se ničemu nevyrovná a motivuje k další práci a studiu. 13. ZÁVĚR Jedním z hlavních přínosů mé práce byla příprava materiálu pro výuku. Zhotovil jsem prezentaci z oblasti teorie frézování a vedoucí práce ověřil prezentaci při reálné výuce. Hodnocení prezentace bylo velice uspokojivé, studenty výuka velmi zaujala a v průběhu přednášení došlo i k zajímavým dotazům, především na téma příslušenství složených fréz (např. proč frézy mají opěrná ložiska). Osobně jsem s výsledkem spokojen až na pár výjimek, které mě vedoucí práce vytknul, např. systém značení frézovacích nástrojů s řeznými destičkami dle ISO a nástrojové materiály, které jsou zaměřené pro obrábění slitin např. cermety, řezná keramika a super tvrdé řezné materiály. Dalším přínosem práce je laboratorně zjištěná kvalita frézovaných povrchů (všechny údaje jsou v příloze). Prvním úkolem bylo zjistit minimální rychlost posuvu obrobku, aniž by se zhoršila kvalita povrchu. Došel jsem k závěru, že pro ostrý nástroj je vf min = 1,082 [m.min-1] a pro velmi tupý nástroj vf

min

= 5,403 [m.min-1]. Pro mne to

znamená, že u ostrého nástroje vždy docílíme lepší kvality při nižší posuvné rychlosti, než u tupého. Pro maximální posuvnou rychlost byly zjištěny takové výsledky, kdy při akci s více noži docílíme vf

max

= 96,63 [m.min-1] a pro akci s jedním nožem pouze vf 51

max

=

24,16 [m.min-1]. Z toho vyplývá nutnost dodržení přesného upnutí všech nožů ve frézovací hlavě. V rámci laboratorního cvičení jsem prakticky zjišťoval kvalitu obrobené plochy na dvou bukových vzorcích. První vzorek byl frézován při otáčkách n = 6000 [ot.min-1] a rychlosti posuvu vf = 10 [m.min-1]. Druhy vzorek při otáčkách n = 6000 [ot.min-1], ale při jiné rychlosti posuvu vf = 60 [m.min-1]. Došel jsem k závěru, že nejlepší povrch obrobené plochy je na prvním vzorku. Druhý vzorek měl povrch příliš hrubý. Praktickým přínosem (na základě těchto výsledků) byla sestavená tab. P. 2, která udává změny otáček frézy a rychlosti posuvu pro docílení hladkého povrchu. Další doporučené řezné rychlosti v závislosti na průměru nástroje uvádí obr. P. 1 a doporučený posuv na zub obr. P. 2. 14. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY AB SANDVIK COROMANT – SANDVIK CZ s.r.o. Příručka obrábění – Kniha pro praktiky. Přel. M. Kudela. 1. vyd. Praha: Scientia, s. r. o., 1997. 857 s. Přel. z: Modern Metal Cuttig – A Practical Handbook. ISBN 91-97 22 99-4-6. HUMÁR, A., PÍŠKA, M. Materiály pro řezné nástroje. MM průmyslové spektrum – speciální vydání. Září 2004. S. 12-15. ISSN 1212-2572. HEYWOOD, J.: Assessment in higher education. New York, John Wiley and Sons 1989. JAVOREK, Ĺ. -- NAVRÁTIL, V. Nástroje a prípravky: časť prípravky. 1. vyd. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 1993. 118 s. ISBN 80-228-0218-2. JONES, A. – WHITTAKER,P.: Testing industriál skills. London, Gover Press Limited 1975. KOCMAN, K. A PROKOP,J. Technologie obrábění. 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2001.207 s. ISBN 80-214-1996-2 LISIČAN, J. A KOL., Teória a technika spracovania dreva. 2.vyd. Zvolen: MATCENTRUM, 1996. 626 s. MAREŠ, J. – RYBÁŘOVÁ, M. – STRNAD, L.: Pedagogické minimum pro učitele lékařských fakult. Suplementum sborníku vědeckých prací lékařské fakulty UK v Hradci Králové. 1979, sv.2, č. 3. PROKEŠ, Stanislav. Obrábění dřeva a nových hmot ze dřeva. 2. vyd. /. Praha: SNTL, 1978, 583 s. PROKEŠ, Stanislav. Údržba a ostření dřevoobráběcích nástrojů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1975, 184 s.

52

Internetové zdroje: Capek-drevokovo [online]. 2011 [cit. 29. 8. 2012]. Katalog RH+ (frézovací nástroje). Dostupné na World Wide Web: Drevoobrabeci-stroje [online]. 2007 [cit. 29. 8. 2012]. Katalog Karned o nástrčných frézách. Dostupné na World Wide Web: http://drevoobrabeci<stroje.cz/uploads/Ostatni/KARNED-Katalog%20nastrcnych%20frez.pdf> Frezovani [online]. 2008 [cit. 29. 8. 2012]. Rozdělení frézování rovinných ploch. Dostupné na World Wide Web: HUMÁR, A. Technologie I – Základní metody obrábění – 1. část. Interaktivní multimediální text pro magisterskou formu studia. VUT-FSI v Brně, ÚST, Odbor technologie obrábění. [online]. 2004. [cit. 29. 8. 2012] Dostupné na World Wide Web: . IMG katalog [online]. 2012 [cit. 29. 8. 2012]. Frézovací nástroje. Dostupné na World Wide Web: MÁDL, J., BARCAL, J., Základy technologie II. Studijní opory [online], 2008, 57 s. [cit. 29. 8. 2012], Dostupné na World Wide Web: Markagro-eschop [online]. 2012 [cit. 29. 8. 2012]. Stopkové frézy, válcové, kuželové. Dostupné na World Wide Web: Pavkrej [online]. 2005 [cit. 29. 8. 2012]. Základní způsoby frézování. Dostupné na World Wide Web: Sossou-spk [online]. 2007 [cit. 29. 8. 2012]. Technologie frézování – pracovní listy. Dostupné na World Wide Web: Strojeslovakia [online]. 2012 [cit. 29. 8. 2012]. Technický popis stroje F 700 Z. Dostupné na World Wide Web: Vydona katalog [online]. 2011 [cit. 29. 8. 2012]. Frézovací nástroje. Dostupné na World Wide Web: ZEMČÍK, O., Nástroje a přípravky pro obrábění, přílohy. Studijní opory pro podporu samostudia v oboru „Strojírenská technologie“ BS studijního programu „Strojírenství“. VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, [online]. 2002, 363 s. [citováno 29. 8. 2012]. Dostupné na World Wide Web: .

53

15. PŘÍLOHA Měření kvality frézování při vysokorychlostním obrábění dřeva Cílem experimentu bylo zjistit: -

Vliv poloměru ostří nástroje na obrábění.

-

Vliv opotřebení ostří břitu na obrábění.

-

Zjištění optimálních řezných rychlostí pro dané podmínky obrábění (z pohledu kvality a trvanlivosti ostří).

-

Drsnost a kinematické nepřesnosti tvarů a rozměrů při změně parametrů řezného procesu.

Teoretická střední tloušťka třísky hm je funkcí posuvu na zub fz. Pro její stanovení platí známé vztahy: hm = fz ∙ sin(φstř ) [mm]

(P. 1)

φstř =

(P. 2)

𝑎𝑎𝑝𝑝 1 arccos �1 − � 2 R

Předpokládáme-li, že ostrý nástroj má poloměr ostří ρ0 = 5 μm a velmi tupý nástroj má poloměr ostří ρmax = 25 μm, pak lze teoreticky stanovit hraniční minimální posuvy na zub, kdy ještě bude docházet k řeznému procesu ze vztahu. a) Pro ostrý nástroj

fz min =

hm ρ0 0,005 [mm] = = sin(φstř ) sin �1 arccos �1 − 𝑎𝑎𝑝𝑝 �� sin �1 arccos �1 − 𝑎𝑎𝑝𝑝 �� 2 R 2 R

(P. 3)

b) Pro velmi tupý nástroj

fz min =

h𝑚𝑚 ρ0 0,025 [mm] = = sin(φstř ) sin �1 arccos �1 − 𝑎𝑎𝑝𝑝 �� sin �1 arccos �1 − 𝑎𝑎𝑝𝑝 �� 2 R 2 R

54

(P. 4)

Je zřejmé, že kvalita povrchu (hloubka vlnky y) je závislá na stanovení maximální posuvné rychlosti vf. A proto můžeme teoreticky vypočítat maximální posuvnou rychlost pro dva případy: 1. Když jsou velmi přesně nastaveny všechny 4 nože ve frézovací hlavě. 2. Když místo všech 4 nožů je v obráběcí akci pouze jeden nůž. Vztah pro maximální posuv s jedním nožem: fzmax = l1 = �4 ∙ D ∙ y

(P. 5)

Vztah pro maximální posuv v požadované kvalitě drsnosti: a) Pro akci z více noži: vf max = fzmax ∙ n ∙ z = ��4 ∙ D ∙ y� ∙ n ∙ z

(P. 6)

b) Pro akci s jedním nožem: vf max = fzmax ∙ n = ��4 ∙ D ∙ y� ∙ n

(P. 7)

Pro běžně používané jednotky mají vztahy (P. 6) a (P. 7) následující tvar:

vf max =

��4 ∙ D ∙ y� ∙ n ∙ z [m. min−1 ] 1000

(P. 8)

vf max =

��4 ∙ D ∙ y� ∙ n [m. min−1 ] 1000

(P. 9)

kde: D … průměr řezné kružnice [mm] y … hloubka vlnky [mm] n … otáčky hřídele [ot.min-1]

55

Modelový příklad řezného procesu Tab. P. 1: Parametry.

Nástroj

Materiál

Průměr nožové hlavy

D

125 mm

Počet nožů

z

4

Řezná rychlost

vc

100 m.s-1

Tloušťka odebírané vrstvy

ap

10 mm

Stanovení minimální posuvné rychlosti umin Pro stanovení minimální rychlosti jsme použili vztah (P. 3) a (P. 4). Předem je však nutné stanovit otáčky frézovací hlavy (n) a počet nožů (z) pro řeznou rychlost 100 m.s-1.

n=

v ∙ 60 100 ∙ 60 = = 15279 [min−1 ] π ∙ D π ∙ 0,125

(P. 10)

a) Pro ostrý nástroj (P. 3):

fz min =

ρ0 0,005 = 0,0177 [mm] (P. 11) 𝑎𝑎𝑝𝑝 = 1 1 10 sin �2 arccos �1 − R �� sin �2 arccos �1 − �� 62,5

b) Pro velmi tupý nástroj (P. 4):

𝑓𝑓z min =

ρ0

𝑎𝑎𝑝𝑝 1 sin �2 arccos �1 − R ��

=

0,025

1 10 sin �2 arccos �1 − �� 62,5

= 0,0884 [mm] (P. 12)

Celkový posuv vf: a) Pro ostrý nástroj:

vf min =

fz min ∙ n ∙ z 0,0177 ∙ 15279 ∙ 4 = = 1,082 [m. min−1 ] 1000 1000

56

(P. 13)

b) Pro velmi tupý nástroj:

vf min =

fz min ∙ n ∙ z 0,0884 ∙ 15279 ∙ 4 = = 5,403 [m. min−1 ] 1000 1000

(P. 14)

Z toho vyplývá, že u tupého ostří nástroje nemůžeme dále snižovat posuv na zub, jinak se výrazně zhorší kvalita obráběné plochy a naopak u ostrého ostří nástroje máme tu výhodu, že posuv na zub můžeme snížit ještě o 20 %. Stanovení maximální posuvné rychlosti vf max Pro stanovení maximální posuvné rychlosti jsme použili vztah (P. 8) a (P. 9). Dovolená hloubka vlnek pro hladký povrch odpovídá přijatelné hodnotě y = 0,005 mm. Pro úplně hladký povrch je přijatelná hloubka vlnky y = 0,001 mm. a) Pro akci z více noži:

vf max =

��4 ∙ D ∙ y� ∙ n ∙ z ��4 ∙ 125 ∙ 0,005� ∙ 15279 ∙ 4 = = 96,63 [m/min] (P. 15) 1000 1000

b) Pro akci s jedním nožem:

vf max =

��4 ∙ D ∙ y� ∙ n ��4 ∙ 125 ∙ 0,005� ∙ 15279 = = 24,16 [m. min−1 ] 1000 1000

(P. 16)

Zhodnocení: Provedený teoretický rozbor posuvných rychlostí pro modelový příklad ukazuje jeden z možných způsobů stanovení základních parametrů pro experiment. V daném příkladu jsou hraničními parametry rychlosti posuvu u následující: Minimální posuv

vf min = 1,082 [m.min-1] pro ostrý nástroj

Maximální posuv

vf max = 96,63 [m.min-1] pro absolutně přesné nastavení nožů

57

Zjištění optimálních řezných rychlostí pro dané podmínky obrábění Prováděný experiment se konal v laboratoři v Utěchově na měřícím Standu, který je tvořen základní nosnou částí – stojanem, na kterém je umístěna vysokootáčková jednotka. Pohon (12 kW, 14 200 ot.min-1) je řízený frekvenčním měničem a otáčky lze plynule měnit v celém rozsahu. Krouticí moment je uskutečněn přes řemenový převod 1:1 a pohonnou jednotku přímo na vřeteno frézy. Hřídel a pohonná jednotka je uložena na supportu, který lze svisle měnit. Vřeteno frézy je možné přemístit pod i nad obráběný vzorek. V horní části jsou umístěny 3 páry podávacích válců, každý z páru má samostatnou pohonnou jednotku. Dva páry podávacích válců jsou před vřetenem a jsou drážkované, aby materiál nepodkluzoval. Další pár je umístěn za vřetenem a má pogumovaný povrch, který zamezí mačkání obrobeného povrchu. Tyto jednoty mohou plynule měnit rychlost posuvu od 10 do 120 m.min-1. Pro dostačující kvalitu povrchu má PILANA odzkoušený posuv na zub fz min = 0,3 mm a fz max = 0,8 mm.

Použité nástroje K měření byly použity tyto frézy: Fréza A o průměru 161 mm, šířce 60 mm se čtyřmi noži KARNED, 305,73 ot.s-1 Fréza B o průměru 125 mm osazená 6 - ti noži BENMET, 160 ot.s-1 Teoretický výpočet podávací rychlosti pro použité frézy A, B: Fréza A vf = fzmin ∙ z ∙ n = 0,3 ∙ 4 ∙ 305,73 = 366 mm. s−1 = 0,37 m. s−1 = 22,07 m. min−1

vf = fzmax ∙ z ∙ n = 0,8 ∙ 4 ∙ 305,73 = 978 mm. s −1 = 0,98 m. s −1 = 58,68 m. min−1 Fréza B vf = fzmin ∙ z ∙ n = 0,3 ∙ 6 ∙ 160 = 288 mm. s−1 = 0,29 m. s −1 = 17,2 m. min−1 vf = fzmax ∙ z ∙ n = 0,8 ∙ 6 ∙ 160 = 768 mm. s−1 = 0,77 m. s−1 = 46 m. min−1

58

Teoretický výpočet hloubky vlnky y u frézy B: •

Pro všech 6 řezajících nožů, fz max = 0,8 mm a podávací rychlost vf = 50 m.min-1:

y = (fzmax )2 /8R = 0,82 /8 ∙ 62,5 = 0,00128 mm Výsledkem je vzhledově pěkný hladký povrch. •

Při řezání každého druhého nože, fz max = 1,6 mm:

y = (fzmax )2 /8R = 1,62 /8 ∙ 62,5 = 0,00512 mm

Výsledkem je, že se vytvoří hladký povrch, který představuje dobré kvality povrchu dřeva. •

Při řezání pouze jednoho nože, fz max = 4,8 mm:

y = (fzmax )2 /8R = 4,82 /8 ∙ 62,5 = 0,046 mm

Výsledkem jsou viditelné vlnky a zřetelný nekvalitní hrubý povrch dřeva. Zde jsem si teoreticky vypočítal hloubky vlnek. Z propočtu vyplývá, že čím méně nožů v průběhu frézovaní je v akci, tím bude hloubka vlnky větší a kvalita povrchu samozřejmě horší. Z tohoto důvodu zdůrazňuji, že je potřeba vždycky co nejpřesnějšího seřízení nožů. Pokud chci vypočítat vhodný posuv proto, abych dosáhl vysoké kvality povrchu, a znám pro tuto kvalitu hloubku vlnky, použiji vztah: fzmax = (8 ∙ R ∙ y)1/2

Z předešlého výpočtu už vím, že kvalitní povrch je při hloubce vlnky 0,005 mm a použiji stejné parametry frézy B při výpočtu: fzmax = (8 ∙ 62,5 ∙ 0,005)1/2 = 1,58 mm 59

Poté získám vf podle vztahu: vf = fzmax ∙ z ∙ n = 1,58 ∙ 6 ∙ 160 = 1516,8 mm. s−1 = 1,5 m. s −1 = 90 m. min−1

Výpočtem jsme zjistili maximální možnou rychlost posuvu, která zaručuje při přesném upnutí všech šest nožů ještě velmi hladký povrch dřeva. Pro nastavení otáček frézovací hlavy v závislosti na průměru nástroje a nastavení rychlosti posuvu od 10 do 120 m.s-1 je dobré orientační stanovení teoretické hodnoty

z obr. P. 1. Na obr. P. 2 je diagram, který nám doporučuje zvolit vhodnou hodnotu posuvů při frézování v závislosti na počtu zubů od 3 do 64 m.min-1 a otáček.

Obr. P. 1: Doporučené řezné rychlosti v závislosti na průměru nástroje (Vydona katalog 2012).

60

Obr. P. 2: Doporučený posuv na zub (Vydona katalog 2012). Závěr Pro frézu typu B podle grafu na (obr. P. 1) i z výpočtu dle vztahů uvedených v kapitole (teoretického výpočtu podávací rychlosti pro použité frézy) lze stanovit, že pro otáčky frézy n = 9 300 min-1 je doporučený průměr nástroje možno zvolit od 80 do 140 mm. Podle (tabulky P. 2) lze pro šesti nožovou frézu o průměru D = 125 mm podle otáček frézy n = 9 300 min-1 zjisti přibližnou rychlost posuvu, která je 60 m.min-1. Tab. P. 2: Závislost změn otáček frézy a rychlosti posuvu. Otáčky [min-1]

2 000

4 000

6 000

8 000

9 000

10 000

12 000

14 000

16 000

12

25

40

50

60

70

80

90

100

Posuv [m.min-1]

61

Obecně plátí, že nejlepšího hladkého povrchu lze dosáhnout při posuvu na zub fz = 0,3 – 0,8 mm a při následném zvyšování posuvu fz = 0,8 – 2,5 mm je ještě hladký povrch, ale dalším zvyšování bychom dosahovali stále více hrubšího povrchu. Pro názornou ukázku jsou doporučené rychlosti posuvu uvedené v (tabulce P. 3). Tab. P. 3: Závislost mezi posuvem na zub fz a rychlostí posuvu vf. Posuv na zub fz [mm]

0,3

0,8

1

Rychlost posuvu vf [m.min-1]

16

48

60

Z předepsaných výpočtů je zřejmé, že hodnoty rychlosti posuvu pro danou frézu a otáčky je nutné ověřit i experimentem, protože oblast rychlosti posuvu vf = 60 – 100 m.min-1 pro dané otáčky frézy nedávají předpoklad dosažení kvalitního povrchu. Protože všechny frézy, které jsme použili v experimentu, jsou určeny pro maximální otáčky 11 000 min-1. Další zvýšení otáček nad rámec bezpečné funkčnosti frézovací hlavy znamená riziko. Při zvýšení otáček nad úroveň 12 000 min-1 by pravděpodobně došlo ke kritickému uvolnění frézovacích nožů z hlavy v důsledku velkých odstředivých sil. Proto bylo provedeno měření při otáčkách 9 300 min-1. Zásadní je, že z výsledků teoretických výpočtů vyšlo, že největší vliv na kvalitu povrchu je způsoben nesprávným nastavením výšky jednotlivých nožů ve frézovací hlavě. A z tohoto hlediska je důležité věnovat dostatečnou pozornost právě nastavení nožů.

62