Univerzita Hradec Králové Pedagogická fakulta. Bakalářská práce Hana Ulíková

Univerzita Hradec Králové Pedagogická fakulta

Bakalářská práce

2015

Hana Ulíková

Univerzita Hradec Králové Pedagogická fakulta Katedra technických předmětů

Soustruhy a soustružení

Bakalářská práce

Autor:

Hana Ulíková

Studijní program:

B7507 Specializace v pedagogice

Studijní obor:

Základy techniky se zaměřením na vzdělávání Etická výchova se zaměřením na vzdělávání

Vedoucí práce:

prof. Ing. Rozmarína Dubovská, DrSc.

Hradec Králové

2015

Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala (pod vedením vedoucí bakalářské práce) samostatně a uvedla jsem všechny použité prameny a literaturu. V Hradci Králové dne

Hana Ulíková

Poděkování Děkuji prof. Ing. Rozmaríně Dobovské, DrSc. za odborné vedení, poskytování rad a pomoci při zpracování mé bakalářské práce. Dále bych ráda poděkovala za spolupráci panu Václavu Fišerovi, paní Magdě Kotkové, rodičům a příteli.

Anotace

ULÍKOVÁ, Hana. Soustruhy a soustružení. Hradec Králové: Pedagogická fakulta Univerzity Hradec Králové, 2015. 71 s. Bakalářská práce. Cílem bakalářské práce je popis strojů a nástrojů pro soustružení. Teoretická část práce bude obsahovat pohled do historie soustružnických strojů a nástrojů. V praktické části bude technologický postup výroby součásti na soustruhu včetně výkresové dokumentace.

Klíčová slova: soustruh, soustružnický nástroj, soustružení, obráběný materiál.

Annotation

ULÍKOVÁ, Hana. Lathes and turning. Hradec Králové: Faculty of Education, University of Hradec Králové, 2015. 71 pp. Bachelor Degree Thesis.

The aim of this thesis is the description of machines and tools for turning. The theoretical part will include insight into the history of turning machines and tools. The practical part of the technological process of production parts on a lathe including drawings.

Keywords: lathe, lathe tool, turning, machining material.

Obsah Seznam použitých obrázků ..............................................................................................11 Seznam použitých symbolů .............................................................................................12 1 ÚVOD...........................................................................................................................13 2 HISTORIE ....................................................................................................................14 3 SOUSTRUŽENÍ ...........................................................................................................16 3.1 Definice ..................................................................................................................16 3.2 Základní pojmy ......................................................................................................16 3.3 Druhy soustružení ..................................................................................................18 3.3.1 Čelní soustružení .............................................................................................18 3.3.2 Soustružení válců ............................................................................................20 3.3.3 Zapichování a upichování ...............................................................................21 3.3.4 Soustružení kuželů ..........................................................................................22 3.3.5 Navrtávání a vrtání ..........................................................................................25 3.3.6 Soustružení otvorů ..........................................................................................26 4 SOUSTRUHY ..............................................................................................................28 4.1 Princip soustruhů....................................................................................................28 4.2 Druhy soustruhů .....................................................................................................29 4.2.1 Univerzální hrotové soustruhy ........................................................................29 4.2.2 Čelní soustruhy................................................................................................32 4.2.3 Svislé soustruhy (karusely) .............................................................................32 4.2.4 Revolverové soustruhy ....................................................................................33 4.2.5 Poloautomatické a automatické soustruhy ......................................................36 4.2.6 Číslicově řízené soustruhy ..............................................................................38

4.2.7 Obráběcí centra ...............................................................................................39 4.3 Využití soustruhů ve výrobě ..................................................................................40 5 DRUHY NÁSTROJŮ, UPÍNÁNÍ NÁSTROJŮ, UPÍNÁNÍ OBROBKŮ....................43 5.1 Soustružnické nože ................................................................................................43 5.1.1 Opotřebení břitu soustružnických nožů...........................................................46 5.1.2 Materiály soustružnických nožů......................................................................47 5.2 Upínání soustružnických nožů ...............................................................................49 5.3 Upínání obrobku ....................................................................................................50 5.4 Využití soustružnických nástrojů ve výrobních procesech ....................................55 6 NASTAVENÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK .....................................................................57 6.1 Určení řezných podmínek ......................................................................................57 6.2 Chlazení a mazání ..................................................................................................58 7 VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE..............................................................................61 8 TECHNOLOGICKÝ POSTUP ....................................................................................62 9 FOTODOKUMENTACE ZHOTOVENÉHO VÝROBKU .........................................67 10 ZÁVĚR .......................................................................................................................69 11 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ............................................................................70

Seznam použitých obrázků Obr. 1 Soustava stroj – nástroj – obrobek. Obr. 2 Obrobek – základní pojmy. Obr. 3 Soustružení čelních ploch. Obr. 4 Upichovací nůž. Obr. 5 Kuželová plocha po celé délce obrobku. Obr. 6 Kuželová plocha kratší než délka obrobku. Obr. 7 Univerzální hrotový soustruh. Obr. 8 Bubnová revolverová hlava. Obr. 9 Hvězdicová revolverová hlava. Obr. 10 Vícekřivkový automat. Obr. 11 Automat s pomocnou hřídelí. Obr. 12 Upínání soustružnického nože. Obr. 13 Názvy nožů. Obr. 14 Názvy soustružnických nožů. Obr. 15 Řezná část nástroje. Obr. 16 Úhly řezné části nástroje. Obr. 17 Upínání obrobků velkých průměrů. Obr. 18 Tvary otvorů v kleštině. Obr. 19 Upínání mezi hroty. Obr. 20 Zhotovená součást. Obr. 21 Zhotovená součást. Obr. 22 Zhotovená součást. Obr. 23 Zhotovená součást.

11

Seznam použitých symbolů α

vrcholový úhel

α

hlavní úhel hřbetu

β

hlavní úhel břitu

γ

hlavní úhel čela

δ

úhel řezu

π

konstanta

ø

průměr

ap

hloubka řezu

d

malý průměr kuželu

D

oběžný průměr nad ložem

D

průměr kuželu

D

průměr obrobku

e

příčné přesazení koníku

f

posuv

i

počet třísek

K

kuželovitost

l

délka kratší kuželové plochy

L

délka kuželů

L

vzdálenost hrotů

n

počet otáček obrobku

S

sklon kuželu

tr

čas pro vykonání úplného pracovního cyklu

v

řezná rychlost

V

výška hrotů nad ložem

12

1 ÚVOD Během mého studia na Univerzitě Hradec Králové mne velmi oslovila práce se soustruhy a jejich možnostmi obrábění různých materiálů. Dokonce jsem si i v praxi vyzkoušela, jak se soustruhy obsluhují. Bylo pro mne opravdu příjemným pocitem vidět reálný výsledek své práce. A toto vše bylo důvodem výběru tématu mé bakalářské práce. V teoretické části své bakalářské práce se budu věnovat rozdělení soustruhů, také se budu zabývat různými druhy soustružení. V následující části popíšu soustružnické nástroje a jejich způsob upínání. Na závěr teoretické části své práce se soustředím na nastavení řezných podmínek. V následující praktické části mé bakalářské práce se budu soustředit na technologický postup výroby součásti na soustruhu včetně výkresové dokumentace a fotodokumentace. Tuto bakalářskou práci lze využít pro studijní účely Katedry technických předmětů Univerzity Hradec Králové, případně pro další zájemce.

13

2 HISTORIE Princip soustružení je prastarý. Jeho kořeny souvisí s největšími pravěkými vynálezy – lukem a hrnčířským kruhem. Luk se objevil v období mezolitu (cca 10 - 7 tisíc let př. n. l.), hrnčířský kruh by nyní mohl slavit asi 7000. narozeniny. Luk se stal nejen prvním zařízením schopným akumulovat energii, ale také zdrojem pohonu pro rotační pohyb. Nejstarší vyobrazení soustružníků pochází z egyptského hrobu z 3. stol. př. n. l. Jeden muž drží nástroj a druhý muž obstarává třecí pohon šňůrou, za kterou střídavě tahá [1]. Dále se také objevují soustruhy na dřevo, které se vyvinuly z hrnčířského kruhu, se svislou osou otáčení obrobku. Obrobek se roztáčel nohama a nástroj byl držen v rukách. Teprve později vznikl šlapací soustruh s vodorovnou osou otáčení vřetena a s podepřením nástroje. Tyto zásadní události se odehráli již ve starověku. Po té vývoj soustruhů dlouho stagnoval [2]. Renesanční návrh soustruhu poskytl Leonardo da Vinci, stroj je díky využití kliky schopen plynulé rotace, dokonce k tomuto účelu již obsahoval setrvačník. Ve stavitelné opoře pro obrobek lze rozpoznat zárodek koníku. Během 15.-18. století se vyvinula nová zařízení pro řezání závitů (k tomuto rozvoji přispěl i Leonardo da Vinci), především se rozvinula v oboru stavby hodin. U těchto strojů můžeme zaregistrovat dokonalejší suport, který již není pouhou opěrkou pro dláto [1]. Podstatná část vývoje se odehrála v době průmyslové revoluce (probíhala v 18. a 19. století) a ve 20. století došlo k jeho podstatnému zrychlení. Do 18. století bylo převážně obráběným materiálem dřevo. Do 19. století se obrábění kovů omezovalo převážně na kovářské práce. To se však změnilo s příchodem mechanických pohonů, kdy to byl nejdříve parní stroj a později elektromotor. V této době se užívalo k přenosu energie transmisí přes hřídele, řemenice a řemeny z centrální pohonné jednotky po cele délce dílny [3].

14

Za autora moderního soustruhu je všeobecně pokládán britský technik Henry Maudslay (1771 – 1831), mj. též autorem obrážečky, mikrometru i dalších strojů a přístrojů. Kolem roku 1797 spojil několik existujících principů a vznikl první soustruh. Ten má velký význam jak pro přesné soustružení, tak i pro soustružení závitů. To umožnil vynález křížového suportu, což znamenalo značný krok vpřed, jelikož už nebylo nutné nástroje držet v ruce, ale pomocí držáku byl nástroj bezpečně upnut. Soustruh byl vybaven odlitým kovovým ložem a vodicím šroubem, který vede suport při řezání závitů (pohyb šroubu je odvozen od hlavního pohybu - rotace vřetene a obrobku). Později byl stroj rozšířen o výměnná ozubená kola, která umožnila řezání závitů o různém stoupání. Vyvrtávačka a soustruh se staly základními stroji pro obrábění rotačních ploch, výsledkem bylo výrazný vzrůst přesnosti výroby. Pohon obráběcích strojů byl obstaráván lidmi (ruční nebo nožní pohon), při větších výkonech se využívala vodní energie. Po zdokonalení parních strojů, k němuž obráběcí stroje přispěly, se využívalo těchto motorů [1]. V průběhu 19. století došlo v Evropě a Americe k bleskovému rozvoji výroby strojového parku. Jak už bývá zvykem - za největší technické pokroky v dějinách může téměř vždy zbrojní průmysl. Výrobci zbrani konstruovali stroje exaktně podle vlastních potřeb. Zavedením standardizovaných rozměrů a vyměnitelných náhradních dílů, položily základní kámen pro hromadnou výrobu. Byly vynalezeny revolverové soustruhy z důvodu rychlé výměny nástrojů a nově se rozšířily automatické závitořezné stroje. 20. století se zaměřuje na zvyšování výkonů a zkracování pracovních časů. Soustruhy se namísto kožených řemenů vedených z centrální hřídele začaly pohánět svými vlastními elektromotory. Velké pokroky se udály na poli řezných materiálů, které uhlíkovou a Mushetovou ocelí počínaje, přes rychlořezné ocele, až po slinuté karbidy, kterými vývoj končí. Slinuté karbidy, které si svou pozici v inovované podobě drží dodnes, byly vynalezeny v Německu ve 20. letech minulého století a umožnily výrazně zkrátit výrobní časy. Soustružnická operace, která noži z uhlíkové oceli trvala v 19. století 100 minut, nyní zabírá destičce se slinutým karbidem pouhých 6 minut [3].

15

3 SOUSTRUŽENÍ 3.1 Definice „Soustružení je obrábění rotačních ploch, zpravidla jednobřitým nástrojem“ [4]. Technologie soustružení patří mezi nejrozšířenější způsob obrábění. Hlavním pohybem při soustružení je otáčivý pohyb obrobku. Nástroj koná vedlejší pohyby (podélný posuv, rovnoběžný s osou otáčení obrobku, a příčný posuv, tj. podélný posuv, kolmý k ose obrobku). Výsledkem podélného posuvu je válcová plocha, výsledkem příčného pohybu je čelní rovinná plocha. Koná-li nástroj oba posuvy současně, vzniká obecná rotační plocha [4]. Jsou to nejrůznější hřídele, čepy, šrouby, příruby, víka, kola, pouzdra, apod. Výchozí polotovar je tvořen tyčovým materiálem, odlitkem nebo výkovkem. Soustružení probíhá na soustruhu soustružnickými noži, dále také závitovacími a vrtacími nástroji [5].

3.2 Základní pojmy Strojírenská technologie učí, jak vyrábět technologické materiály, polotovary i hotové součásti a jak z nich následně montovat celky. Polotovary získáváme zpravidla kováním, válcováním, litím, lisováním, svařováním [6]. Obrábění je technologický proces, při kterém je přebytečná část materiálu oddělována z obrobku ve formě třísky břitem řezného nástroje. Obrábění se uskutečňuje v soustavě stroj – nástroj – obrobek (obr. 1), kde stroj je zastoupen pouze symbolicky univerzálním sklíčidlem a opěrným hrotem. Obrobek (obr. 2) se označuje obráběný nebo již částečně obrobený předmět. Polotovar je předmět, který se bude teprve obrábět. Výrobek je již zcela obrobený předmět.

16

Obr. 1 Soustava stroj - nástroj – obrobek [4].

Obr. 2 Obrobek - základní pojmy [4].

Obráběná plocha je ta část povrchu obrobku, ze kterého je odebírán materiál. Obrobená plocha se označuje ta plocha, která vznikla obráběním. Řezná plocha vzniká těsně za břitem nástroje [4]. Operace je práce, provedená na součásti jedním nebo několika stroji na jednom pracovišti jedním dělníkem případně skupinou dělníků (např. zakalit, soustružit, aj.). Na operaci se vypíše samostatný úkolový lístek (je zde uvedeno kolik se za ní platí). Úsek je část operace, jejíž čas bylo třeba při úkolování rozdělit (např. operace soustružit se dělí na úsek hrubovat, hladit, leštit, aj.). Úkon je samostatná část operace, která se určuje časovou normou (např. vrtání díry se dělí na úkony: upnout, vrtat, vyjmout součást, apod.). Někdy se ještě úkony dělí na pohyby (např. rozevřít kleštinu, uchopit obrobek, vložit obrobek do kleštiny, atd.). Nářadí jsou nástroje, přípravky (upínají obrobek nebo vedou nástroj), měřidla a náčiní, potřebné přímo ke zhotovení požadovaného výrobku.

17

Nástroje jsou aktivní nářadí, jimiž se přímo mění tvar výrobku. Jsou řezné (oddělující třísky), tvářecí (nástroje pro lisy, aj.) a upínací. Pracovní postupy určují, jak za sebou mají následovat jednotlivé pracovní operace, aby součást byla zhotovena co nejekonomičtěji. Ke každé operaci jsou předepsány stroje, nástroje, měřidla a přípravky, které se mají použít. Obvykle se k pracovním postupům připojí i náčrt, jak se má součást upnout, náčrt musí obsahovat rozměry (kóty), jež bude dělník při práci potřebovat. Technologický postup je ta část pracovního postupu, která předepisuje, jak změnit tvar, rozměry, nebo fyzikální vlastnosti zhotovované součásti. Technologická dokumentace je soubor pracovních postupů pro určitou výrobu. Zpravidla se v ní rozlišuje výroba polotovarů (odlitků, výkovků, výlisků), práce na obráběcích strojích také montáž skupin, celků a konečná montáž celého výrobku [6].

3.3 Druhy soustružení 3.3.1 Čelní soustružení „Příčné rovinné plochy u obrobků rotačního tvaru se nazývají čelní plochy. Tyto plochy se soustruží proto, aby měly předepsaný tvar, požadovanou drsnost povrchu a aby obrobek měl potřebnou délku. Jsou to čelní plochy obrobků (např. hřídelů) a čelní plochy vnějších osazení (nákružků)“ [7]. Čelní plochy jsou plochy kolmé na osu otáčení obrobku. Při soustružení čelních ploch plných (jdoucích do středu) se nástroje upínají přesně na střed. Čelní plochy s otvorem umožňují upínání obrobků na čelisti univerzálního sklíčidla nebo na trny. Jako nástroje se používají soustružnické ubírací nože.

18

Čelní plochy (nákružky) u usazovaných obrobků se soustruží načisto uběracími stranovými noži (obr. 3). Na obr. 3a má ubírací stranový nůž úhel nastavení 90°, přičemž posuv je podélný. Tento způsob se používá pouze u malých ploch. Jsou-li čelní plochy větší, nastaví se břit podle obr. 3b, příčný posuv směřuje od středu a je ruční nebo strojní. Při čelním soustružení se zajistí poloha podélných saní, přísuv se provádí na nožových saních a na dělicím kruhu se nastaví požadovaná hodnota.

Obr. 3 Soustružení čelních ploch: a - úhel nastavení 90°, b - malý úhel nastavení [8].

Při hrubování se doporučuje použít směr příčného posuvu do středu, zmenšuje se tím i řezná rychlost. Velikost se volí podle hloubky řezu (přísuvu) s ohledem na příkon stroje. Otáčky při velkých čelních plochách se mění zásadně u zastaveného stroje při vypnutém posuvu, aby nůž nebyl v záběru a nepoškodil se. U soustružení načisto se volí posuv podle předepsané jakosti povrchu. Čelní plochy se měří běžnými měřidly, tj. ocelovým měřítkem, hloubkoměrem, šablonou, apod. Rovina čelní plochy se kontroluje pravítkem. Nemá-li čelní plocha rovinu při upnutí obrobku letmo, hledáme závadu u nástroje (ostření, ustavení, upnutí), u stroje (špatné ustavení na základě), u podélných saní (špatné zajištění polohy). Středy upínacích hrotů neleží na společné ose, nejsou-li čelní plochy při upínání mezi hroty kolmé na osu obrobku.

19

3.3.2 Soustružení válců U strojních součástí jsou velmi obvyklým tvarem válcové plochy. Protože geometricky přesné válcové plochy nelze vyrobit, povolují výrobní výkresy odchylky (tolerance). Pro každou válcovou plochu se ve výkresu uvádí stupeň opracování, jmenovitý průměr a délku s příslušnou tolerancí. Délky válcových ploch jsou ve výkresu v určitém sledu, který do jisté míry ovlivňuje výrobní postup. Po upnutí nástroje a obrobku se stanoví z tabulek příslušné otáčky a posuvy pro hrubování. Hrubováním vhodným uběracím nožem se odstraní přebytečný materiál (nejčastěji používaným je pravý uběrací nůž). Délky jednotlivých válcových ploch se nastaví podle dělicího kruhu ručním posuvem nožových saní nebo narážkami u podélných saní, mezi ně se vkládají měrky příslušných délek. Na příčných saních dělicího kruhu se nastaví hloubka řezu. Pro soustružení načisto se použije vhodný uběrací nebo hladící nůž. Podle tabulek se opět nastaví příslušné otáčky a posuv se určí podle předepsaného opracování. Jmenovitý průměr (trochu větší) se nastaví na dělicím kruhu příčných saní a zkusmo se přesoustruží část plochy. Po přeměření průměru se nastaví zbývající hodnota a válcová plocha se přesoustruží na určenou délku. Před vyjmutím i po vyjmutí součásti ze stroje se přeměří všechny její rozměry. Rovinu válce u letmo upnutých obrobků ovlivňuje souběžnost osy vřetena s podélnými nebo nožovými saněmi, záleží na tom, které saně se při soustružení použijí. Souběžnost osy vřetena s podélnými saněmi se seřídí vyrovnáním stroje na základě. Souběžnost osy vřetena s nožovými saněmi se vyrovná točnou, na které jsou saně uloženy. Na kvalitu průřezu u letmo uložených obrobků má vliv zejména uložení vřetena v ložiskách a saní ve vodících plochách. Podstatný vliv mají i vyvážení upínače s obrobkem, kvalita břitu nástroje, způsob ustavení a upnutí nástroje. Pokud je potřeba při soustružení obrobek podepřít na jednom konci ve středícím důlku upínacím hrotem nebo upínat mezi hroty, seřizuje se rovina válce příčným přestavením koníku. Při seři-

20

zování je možno úchylkoměr s držákem připevnit do nožové hlavy a upnout místo obrobku válcový trn. Příčným posuvem se najede měřícím dříkem úchylkoměru na válcový trn a podélným posuvem se přejíždí po celé délce trnu. Koník se ustavuje příčně tak, aby ručička úchylkoměru zůstala při přejíždění v klidu. Má-li obrobek dostatečný přídavek na opracování, je možné přesoustružit válcovou plochu obrobku zkusmo a po přeměření seřídit koník příčným přestavěním dle potřeby. Ovalitu plochy při upnutí mezi hroty ovlivňuje kromě činitelů uváděných při letmém upnutí také provedení středicích důlků a přesnost upínacích hrotů. 3.3.3 Zapichování a upichování Zapichování Drážky (zápichy) různého profilu na vnějším obvodu nebo v otvorech se soustruží zapichováním. Nejběžnější drážky jsou normalizovány. Na výkresech se nekótují, ale označují podle tvaru písmeny A až E a šířkou nože, lomenou hloubkou zápichu. Velmi často se vyskytují drážky pro pojistné kroužky, pro klínové řemenice, apod., jejichž tvary i rozměry jsou ve výkresech kótovány. Tvar ostří zapichovacího nože se přizpůsobí profilu drážky a délka ostří pak šíři drážky. Při upínání zapichovacího nože se volí co nejmenší vyložení, protože nůž je při zapichování po celé délce v závěru. Posuv je obvykle ruční. Vhodnou řeznou rychlost a posuv je účelné prakticky vyzkoušet, protože podstatně ovlivňují kvalitu obrobené plochy. Drážka se soustruží tvarově, proto je kvalita výbrusu ostří důležitá pro tvar a jakost povrchu drážky. Použitím vhodné chladicí kapaliny je možné zlepšit jakost opracované plochy a zvýšit trvanlivost ostří nástroje. Hloubka drážky se odečte na dělicím kruhu. Tvar vnější drážky se měří měrkou, hloubka posuvným měřidlem, v otvorech se měří hloubka drážky hmatadlem.

21

Upichování Upichováním se materiál na soustruhu dělí obdobně jako řezáním na pile. Délka řezné části musí být o něco delší, než je poloměr upichování materiálu. Čím delší je řezná část upichovacího nože, tím více se musí (z pevnostních důvodů) zvětšit délka ostří (šířka řezné části nože).

Obr. 4 Upichovací nůž [8].

Při upichování je řezná část namáhána na ohyb, a pokud má nůž příliš krátké ostří, často se zlomí. Dlouhé ostří upichovacího nože odebere mnoho materiálu, tím se zvýší produktivita odpadu. Aby upichovací nůž nedřel o materiál, jsou boky řezné části zkoseny o 2° směrem k držáku. Má-li být čelo obrobku upíchnuto čistě až do středu, nastavuje se nůž na střed a ostří je šikmé (obr. 4). Příliš šikmé ostří odtlačuje nůž bočně od obrobku a čelní plocha je vydutá. Příčný posuv bývá strojní a určuje se z tabulek společně s řeznou rychlostí. K nastavení upichovacího nože pro upíchnutí obrobku na potřebnou délku je vhodné použít hloubkoměr nebo posuvku. [8]

3.3.4 Soustružení kuželů Součásti s kuželovými plochami se využívají k různým účelům, např. k těsnění, upínání nástrojů, apod. Nejpoužívanější kuželové plochy jsou normalizovány. Výrobní výkresy uvádějí hodnoty kuželových ploch různým způsobem (kuželovitost, sklon, vrcholový úhel).

22

„Kuželovitost 1:K udává zmenšení průměru kuželu o 1 mm na délku K (mm). Pro seřízení stroje musíme obvykle převést kuželovitost nebo sklon na úhel sklonu (nastavení). Převody těchto hodnot uvádějí tabulky technických příruček“ [8]. U přímého kuželu platí, že kuželovitost K se rovná průměru kuželu D dělenému délkou kuželu L:

K

D L

(1)

Dd L

(2)

Pro komolý kužel je kuželovitost:

K kde d = malý průměr kuželu.

Pokud není kuželovitost určena a nejsou k dispozici tabulky, je možné vypočítat sklon a v tabulkách geometrických funkcí najít úhel sklonu kuželu. Pro komolý kužel je sklon:

S

To znamená, že sklon S 

Dd 2L

(3)

K (4), je tedy poloviční hodnota kuželovitosti. Totéž platí o 2

sklonu pro přímý kužel. Je-li vrcholový úhel označen 𝛼, pak úhel sklonu S  Funkce úhlu sklonu je tg

 2

 2

(5).

 S (6).

Soustružení kuželových ploch Volba otáček, posuvů a nástrojů je podobná jako u válcových ploch. Při soustružení kuželů se upnou obrobky a nástroje podle stejných zásad, které platí i u válcových ploch; nástroje musí být ustaveny přesně do osy soustružení obrobku. Kuželové plochy se soustruží několika způsoby, podle tvaru a velikosti kuželu a podle vybavení stroje.

23

Soustružení kuželových ploch nožovými saněmi Tímto způsobem je možné soustružit vnější i vnitřní kuželové plochy. Délka kuželové plochy je omezena délkou posuvu nožových saní. Nožové saně se natočí na úhel sklonu kuželové plochy na rysku podle úhlové stupnice. Kuželová měrka (trn) se upne a v nožové hlavě je nutné upevnit úchylkoměr. Příčným posuvem se přejede měřicím dříkem úchylkoměru na kuželovou plochu měrky a ručním posuvem nožových saní operátor přejíždí celou délku měrky. Nožové saně se natáčí podle potřeby do té doby, dokud se ručička úchylkoměru při přejíždění nepřestane vychylovat. Soustružení kuželových ploch podle kopírovacího pravítka Kuželové plochy vnější i vnitřní do sklonu asi 10° se mohou soustružit pomocí kopírovacího pravítka, je-li jím soustruh vybaven. Kopírovací pravítko je umístěno na saních a je otočné kolem čepu. Saně jsou táhlem a kozlíkem pevně spojeny s ložem soustruhu. Suport soustruhu se pohybuje podélně, přičemž šikmo nastavené kopírovací pravítko uděluje příčným saním příčný posuv. Kopírovací pravítko je nutno nastavit na úhlové stupnici, která je na saních. Soustružení kuželové plochy s příčným přesazením koníku

Obr. 5 Kuželová plocha po celé délce obrobku [8].

Obr. 6 Kuželová plocha kratší než délka obrobku [8].

Tímto způsobem je možné soustružit vnější kuželové plochy s malým úhlem sklonu; obrobek se upne mezi hroty. Podmínkou je, aby upínací hroty byly výškově v jedné rovině. Přesadí-li se příčně koník s upínacím hrotem, vychýlí se osa upnutého obrobku,

24

čímž vzniká při soustružení kuželová plocha. Příčné vychýlení upínacího hrotu v koníku nemá být větší než 1/50 délky obrobku, jinak hroty ve středících důlcích špatně dosedají a vydírají se. Aby se tato závada částečně odstranila, doporučuje se použít upínací hroty ukončené kuličkou. Při soustružení je obvykle používán podélný strojní posuv jako při soustružení válcových ploch. Na obr. 5 je znázorněna kuželová plocha po celé délce obrobku. Velikost příčného přesazení koníku se vypočítá:

e

Dd 2

(7)

Je-li délka kuželové plochy kratší než délka obrobku (obr. 6), vypočítá se přesazení koníku podle vzorce:

e  L

Dd 2l

(8)

Výstružníky se obrábí vnitřní kuželové plochy u kuželů s malým vrcholovým úhlem. Vystružuje se do předvrtané nebo přesoustružené díry sadou tří výstružníků. Sadové kuželové výstružníky mají první výstružník předhrubovací, druhý hrubovací a třetí dokončovací. Řezné podmínky jsou stejné jako při vystružování válcových děr.

3.3.5 Navrtávání a vrtání Navrtávání na soustruhu se provádí před vrtáním otvoru, a to proto, aby byl vrták dobře naveden na střed nebo k navrtávání středicích důlků k upínání obrobku mezi hroty. Pro navrtávání se volí středicí vrták s jednoduchým břitem nebo navrtávákem. K navrtávání středicích důlků se běžně využívají středicí vrtáky podle předepsaného tvaru (A, B, C). Při navrtávání nesmí povrch obrobku házet. Čelní plochu obrobku je nutné předem zarovnat, aby středicí důlky byly souosé s obrobkem. Středicí důlky musí mít nejen správný tvar a velikost, ale i předepsané opracování povrchu. Řezná válcová část středicího vrtáku má velmi malý průměr. Aby se dosáhlo správné řezné rychlosti, používáme poměrně vysoké otáčky. Středicí vrták je upnut ve sklíčidle uloženém v hrotové objímce koníku. Do záběru se středicí vrták posouvá otá-

25

čením ručního kolečka koníku. Aby se středicí vrták nezlomil, musí být posuv malý a rovnoměrný. Během navrtávání je potřebné středicí vrták několikrát vysunout z díry, aby se odstranily třísky. Středicí vrták se chladí a maže emulzí nebo řezným olejem. Hloubka se navrtává podle rysek na hrotové objímce nebo dělicím kruhu. Vrtání otvorů na soustruhu je běžné jako jiné operace. Do obrobků se vrtají otvory průchozí i slepé. Často je vrtání otvorů přípravnou operací k dalšímu soustružení nebo vystružování. Při vrtání na soustruhu se obvykle otáčí obrobek a vrták je posouván. Vrtáky mají různé provedení (kopinatý, šroubový, dělový, apod.). Nejpoužívanější jsou vrtáky šroubovité pravořezné. Levořezné vrtáky se používají na automatech. Menší vrtáky mají válcovou stopku a upínají se do sklíčidel, která jsou upevněna kuželovou stopkou (Morse kuželem) v hrotové objímce. Větší vrtáky mají kuželovou stopku Morse a upínají se přímo do hrotové objímky. Má-li vrták menší kužel, použijí se k vyrovnání rozdílu normalizované redukční vložky. Vrták se z redukční vložky uvolňuje vyrážecím klínem. Otvory nad 30 mm je nutné předvrtat vrtákem o průměru 0,2 až 0,3 průměru otvoru. Při vrtání se musí vyjíždět z otvoru a odstraňovat třísky (nejlépe štětcem). Chlazení a mazání se řídí podle druhu obráběného materiálu. Při volbě rozměru vrtáku musíme počítat s tím, že do obrobků z měkkých materiálů jsou otvory větší, než do obrobků z materiálů tvrdých. 3.3.6 Soustružení otvorů Vnitřní soustružení se provádí u předvrtaných, předlitých nebo vykovaných otvorů. Soustružení vnitřních válcových ploch je obtížnější než soustružení válcových ploch vnějších, protože práce nože v otvoru obrobku se obvykle nedá kontrolovat zrakem. Vnitřní soustružení vyžaduje větší pozornost. Otvory se soustruží tam, kde vrták nemůže splnit požadovanou přesnost jmenovitého průměru a stupeň opracování, nebo nemá-li vrták potřebný rozměr, nebo je-li otvor příliš velký. Tvar vnitřních nožů musí být přizpůsoben nejen tvaru, ale i délce soustruženého otvoru. Také vyložení bývá velké a tím větší, čím je otvor hlubší. Při větším vyložení nože pruží, snadno se chvějí a mohou se

26

jimi ubírat třísky menšího průřezu. Čím menší je průměr otvoru, tím větší musí být podbroušení. Dlouhé otvory většího průměru se soustruží noži upnutými ve vyvrtávacích tyčích. Nůž má malý průřez – čtvercový, kruhový nebo obdélníkový. Vnitřní soustružnické nože a vyvrtávací tyče jsou upnuty v nožové hlavě pokud možno s malým vyložením. Při hrubování je výhodné výškové ustavení pod osu soustružení. Tím se zmenší úhel hřbetu a zvětší se úhel čela. Při velkém úhlu čela se tříska snáze odděluje a odvádí. Při hlazení je naopak výhodné nastavit nůž nad osu soustružení. Výhodou je, že se nůž nezasekne a nepoškodí povrch obrobku, narazí-li na tvrdší vrstvu materiálu (např. na pecku). Nůž je možné odpružit, přičemž hřbet nedře. Výškové nastavení nože pod osu soustružení nebo nad ni nemá být větší než 2% průměru otvoru. Při vnitřním soustružení pracuje nůž za ztížených řezných podmínek. Při volbě posuvu a hloubky řezu je povinností přihlížet k průřezu nože a délce jeho vyložení. Čím menší je průřez nože a čím delší je vyložení, tím menší se volí hloubka řezu a posuv. Mazání a chlazení je podobné jako u soustružení vnějších válcových ploch. Při soustružení otvorů se dbá na to, aby třísky z otvoru odcházely plynule. Při nahromadění třísek je nebezpečí, že se ulomí nůž a poškodí obrobek. Vystružování je obvykle poslední operací při obrábění přesných otvorů na soustruhu. Po předcházejícím vyhrubování otvorů výhrubníkem nebo nožem s přídavkem 0,2 až 0,4 mm vystružíme otvor výstružníkem. Rozhodující vliv na kvalitu povrchu vystružovaného otvoru má velikost přídavku, řezná rychlost (pro ocel do pevnosti 90 kp/ mm2 je řezná rychlost 6 m/min ) a posuv (čím větší otvor, tím větší posuv). Chlazení má podstatný vliv na trvanlivost nástroje i kvalitu vystružovaného povrchu. Řezné podmínky pro vystružování jsou uvedeny v technických příručkách [8].

27

4 SOUSTRUHY „Soustruhy jsou obráběcí stroje, na kterých se metodou soustružení obrábí výrobek (obrobek) do potřebného rotačně souměrného tvaru“ [9]. Pro tento druh obrábění je důležitý rychlejší otáčivý pohyb zpracovávaného výrobku. Obrobek je při práci upevněn v rotační části stroje. Pracovním nástrojem je soustružnický nůž, který musí být bezpečně upevněn v posuvné části soustruhu. Nástroj se pohybuje pomaleji a to podélně nebo příčně k ose výrobku (odborným názvem axiální nebo radiální pohyb). Je možné tyto pohyby provádět současně (axiálně- radiální pohyb). To se využívá při kopírovacím soustružení. Pracovní nástroj je ovládám buď manuálně (ručně) nebo strojně (počítačem). Při soustružení rotuje obrobek a soustružnický nůž z povrchu odřezává kusy materiálu. Tento odebraný materiál tvoří třísky (špony), které jsou vlastně jen odpad z procesu obrábění. Je důležité stroj chladit, protože se pří procesu obrábění velké množství energie mění na teplo a může dojít k přehřátí obrobku a nože.

4.1 Princip soustruhů Po vedení lože se pohybuje suport nebo koník, u některých druhů soustruhů to pak je vodící šroub, který se používá k odvození podélného posuvu pouze při řezání závitů nožem. Soustruhy jsou využívány k obrábění vnějších i vnitřních válcových ploch a řezání závitů. Obrábí se s nimi kužely a tvarová rotační tělesa. Obrobky se upevňují do sklíčidla, do hrotů nebo na trny. Oběžný průměr D nad ložem a největší vzdálenost hrotů L určují velikost univerzálních hrotových soustruhů. V dnešní době jsou často používány CNC soustruhy, které jsou řízeny počítačem [9].

28

4.2 Druhy soustruhů Soustruh je všestranně použitelný stroj, proto se stal v mnoha případech základem pro konstrukci jiných obráběcích strojů. Rozličný tvar, velikost, množství rotujících součástek a jejich ekonomické způsoby výroby si vyžádali, aby vedle hrotových soustruhů vznikli i speciální soustruhy. Tyto soustruhy mají mnohem větší výrobnost než soustruhy hrotové. Ve zjednodušené formě se na nich najde většina ze základních částí hrotového soustruhu, některou jsou však nahrazeny jiným mechanismem [10]. 4.2.1 Univerzální hrotové soustruhy Univerzální hrotový soustruh SV18 R (obr. 7) se skládá z těchto hlavních skupin: lože soustruhu, vřeteníku, suportu, koníku a posuvného ústrojí.

Obr. 5 Univerzální hrotový soustruh: 1 - lože soustruhu, 2 - vřeteník, 3 - posuvové ústrojí, 4 - suport, 5 - koník, L - vzdálenost hrotů, V - výška hrotů nad ložem [8].

29

Lože soustruhu Obvykle je uloženo na dvou nohách skříňovitého tvaru. V noze pod vřeteníkem bývá uložen motor a rychlostní převodovka. Další nohy slouží jako schránky pro rozvodovou desku elektrické instalace, vypínače, apod. Pod ložem je mísa pro zachycování chladicí kapaliny a třísek vznikajících při soustružení. Horní část lože má vedení pro suport a koník. Suport se posouvá po vnějším vedení, koník naopak po vnitřním vedení. Tato vedení zajišťují do značné míry přesnost obrábění, proto jsou jejich plochy jakostně obrobeny. Při provozu se musí všechny vodicí plochy udržovat v čistotě a dostatečně mazat (pouze při obrábění šedé litiny je třeba plochy vytřít dosucha). Aby se vodicí pl ochy nepoškodily, neodkládají se na ně žádné součástky. K tomu je určena dřevěná odkládací deska, umístěná na loži. Vřeteník Je uložen na levém konci vedení lože. Je v něm uloženo vřeteno v kluzných nebo valivých ložiskách, která zachycují radiální i axiální tlaky vznikající při obrábění. Vřeteno je dutý hřídel, který je v otvoru na přední straně ukončen kuželem pro redukční vložku a vnější část je ukončena závitem s centráží pro upínadla (sklíčidlo, upínací deska, lícní deska). Vřeteno se pohání motorem přes převodovou skříň plochými nebo klínovými řemeny. Přenáší otáčivý pohyb přes upínadlo na obrobek. Posuvové ústrojí Je poháněno od vřetena přes předlohový hřídel a výměnná kola do posuvové skříně, z níž se převádí pohyb na vodicí šroub, nebo na vodicí hřídel. Vodicí šroub se používá na posuv nože při řezání závitu. Vodicí hřídel pak zajišťuje strojní posuv příčných i podélných saní.

30

Suport Zajišťuje upnutí a pracovní pohyb soustružnického nože. Nástroj se může při práci posouvat s osou obrobku (při soustružení válcových ploch), kolmo k ose obrobku (při soustružení čelních ploch), šikmo k ose obrobku (při soustružení kuželových ploch). Suport má tyto části: Podélné saně, které se posouvají po vnějším vedení lože; k nim je připevněna suportová skříň. Příčné saně se posouvají po rybinovém vedení, které je vytvořeno v horní části podélných saní (příčné i podélné saně se mohou posouvat ručně nebo strojně; ruční posuv se uděluje podélným saním otáčením ručního kolečka, příčným saním otáčením kličky). Otočná část je uložena na příčných saních a lze jí dle potřeby natáčet horní část suportu, tj. nožové saně s nožovou hlavou. Na přední straně je polohová ryska, podle níž lze na úhlové stupnici nastavovat nožové saně. Nožové saně jsou uloženy na otočné části a posouvají se výhradně ručně (vodící plochy u všech saní mají podobnou funkci jako vedení na loži, a proto platí i zde stejné zásady pro údržbu). Nožová hlava zajišťuje upínání nástrojů. Koník Zajišťuje podpírání dlouhých obrobků pomocí upínacího hrotu a upínání nástrojů. Základní částí koníku je litinové těleso, které leží na spodní desce koníku. Na této desce lze těleso koníku vyosit příčným šroubem. Spodní deska koníku je uložena na vnitřním vedení lože, po němž se posouvá. V pracovní poloze se koník zajišťuje třmenem, který

31

se přitlačí zespodu pomocí šroubu nebo výstředníku na vedení lože. Ve válcové dutině koníku se posouvá hrotová objímka, jež je na přední straně zakončena kuželovou dutinou a používá se k upevnění upínacího hrotu nebo nástrojů s kuželovou stopkou. Posouvání hrotové objímky se dosáhne pohybovým šroubem a maticí. Poloha hrotové objímky se zajišťuje pákou. Velikost soustruhu se určuje vzdáleností hrotů L a výškou hrotů nad ložem V nebo oběžným průměrem nad ložem [8]. 4.2.2 Čelní soustruhy Vřeteník čelního soustruhu je upevněn přímo na podlaze. Vedle vřeteníku je základová deska. Po ní je možné přestavovat lůžko, které se nachází ve směru kolmém na osy soustružení vedení pro dva suporty. Suporty mají podobnou konstrukci jako u hrotových soustruhů. Nemají koník, proto se otvory vrtají vřetenovými nástroji nebo noži, které se upevní na suport. 4.2.3 Svislé soustruhy (karusely) Mezi hlavní části patří otočný stůl, stojany a příčníky se suportem. Jsou dva druhy těchto soustruhů: jednostojanové a dvoustojanové Dvoustojanový soustruh Má dva stojany spojené silnou příčkou. Po stojanech se svisle posouvá příčník. Na něm jsou dva suporty, které mají na sobě nezávislé pracovní a rychlostní posuvy. Suporty je možné přestavovat ručními kolečky nebo strojním posuvem, který se ovládá pákami, umístěnými po stranách příčníku. Suporty můžeme také řídit dálkovými tlačítky z manipulační desky. Když se suporty pohybují po příčníku, točíme čelo součástky. Válcové plochy se opracovávají svislým posuvem nožových saní, které mají tvar hranolu. Vnější i vnitřní válcové plochy se mohou soustružit současně. Jeden suport obrábí vnější a druhý vnitřní plochy. Když se nožové saně nastaví šikmo, soustruží se kužele. Na karuselu se dají řezat i závity.

32

Na pravém stojanu je boční suport, který má samostatnou posuvnou skříň, to znamená, že může pracovat nezávisle na ostatních suportech. Otáčky upínací desky dvoustojanového karuselu se dají plynule měnit několika rychlostními stupni, které jsou kombinované s Ward - Leonardovým převodem. Velké karusely mají upínací desku v úrovni podlaží. Ve vodicích kruhových drahách upínací desky jsou kontrolní teploměry, které včas upozorní na nepřípustné ohřátí vodicích ploch. Dvoustojanové karusely se staví do točného průměru až 22 m. Jednostojanový soustruh Používá se na soustružení lehčích součástek. Má podobnou konstrukci a ovládání jako dvoustojanový [10]. Jednostojanový soustruh má na příčníku suport s pětibokou revolverovou hlavou a další je přímo na stojanu. 4.2.4 Revolverové soustruhy Obrobky jsou obráběny při jednom upevnění, postupně i několika nástroji, které se upevňují v držácích do otvorů revolverové hlavy a nástroji na suportu. Jsou to nástroje hlavně na obrábění válcových povrchů. Obrobek se obrábí při jednom upevnění s použitím nástrojů na revolverové hlavě. Revolverové soustruhy umožňují podélné a příčné soustružení. Je také možné vrtání, vyvrtávání, vystružování a řezání závitů v ose obrobku. Při řezání závitů je nůž veden výměnnou vodící patronou, jejíž otáčení je odvozeno odpovídajícími převody od vřetena a pohybuje s čelistí propojenou s úchytem nože. Prvotním materiálem jsou tyče upevněné do kleštin nebo výkovky, výlisky a odlitky upevněné ve sklíčidlech [9]. Podle konstrukce revolverové hlavy známe:

33

Revolverové soustruhy s bubnovou hlavou Charakteristickou částí revolverového soustruhu je suport, který se posouvá po vedení lože roční pákou nebo strojním posuvem. V jeho horní části (obr. 8) je revolverová hlava se svým otočným mechanismem, pojistným a nárazníkovým zařízením.

Obr. 6 Bubnová revolverová hlava: 1 - revolverová hlava, 2 - ozubený věnec, 3 - ozubené kolo, 4 - hřídel, 5 - šroub, 6 - šroubové kolo, 7 - kuželová spojka, 8 - sklopná páka, 9 - ruční páka, 10 - kolík, 11 - nárazníkový buben, 12 - hřídel hlavy [10].

Revolverová hlava má 8 až 16 otvorů, do kterých upínáme různé typy nožových držáků nebo vřetenové nástroje. Nástroje jsou podepřené vyčnívajícím koncem hřídele hlavy. Tím se zvýší jejich tuhost, takže je pak možné pracovat i s nástroji ze slinutých karbidů a odebrat tak velké průřezy třísek. Výšková poloha hlavy je taková, aby horní otvor na upínání nástroje v revolverové hlavě byl v ose soustružení. Revolverová hlava je vyměnitelná. Měníme ji i s upnutými nástroji tehdy, když se výroba součástky bude opakovat. Ušetří s tím nastavování nástrojů přímo na stroji, které je obtížné a při složitých součástkách zabere mnoho času. Hlavu pootočíme o jednu pracovní polohu ozubeným věncem. Do něho zabírá ozubené kolo, naklínované na hřídeli, které se otáčí klikou. Před pootočením hlavy je třeba ruční pákou vysunout kolík z polohového otvoru ve věnci.

34

Při čelním soustružení potřebujeme jemnější pootáčení hlavy, které se dělá šroubem a šroubovým kolem. Před tím je potřeba sklopnou pákou zasunout kuželovou spojku do šroubového kola. Na zadní části revolverové hlavy je nárazníkový buben. Na něm jsou ve žlábcích upevněny přestavitelné nárazníky, kterými se vymezuje podélný pohyb hlavy, tedy i délkové míry jednotlivých osazení na součástce s přesností 0,02 mm. Revolverové soustruhy s hvězdicovou hlavou Tento soustruh má kromě revolverového suportu i příčný suport, který se používá na čelní točení a zapichování.

Obr. 9 Hvězdicová revolverová hlava: 1 - základová deska, 2 - saně, 3 - revolverová hlava, 4 - nárazníková páka, 5 - nárazník 1, 6 - západka, 7 - čep, 8 - nárazník 2, 9 - páka, 10 - pojistný věnec [10].

Revolverový suport (obr. 9) se základovou deskou se připevní podle délky součástky ve vhodné poloze na lože stroje. V základové desce je uložený mechanismus pro ruční a strojní posuv, pro otáčení a zajištění hlavy a omezení jeho podélného posuvu. Na horní části je šestihranná revolverová hlava, která je otočně uložená na saních. Při otáčení hlavy o jednu pracovní polohu uvolníme páku a vratidlem přesouváme saně revolverové hlavy do pravé krajní polohy. Při tomto pohybu nárazníková páka narazí na

35

nárazník 1 a vysune západku z pojistného věnce. Dalším pohybem saní narazí čep otočného kroužku na nárazník 2 a hlava se pootočí. Nárazníková páka se po čas dalšího pohybu hlavy sklouzne z nárazníku 1 a uvolní západku. Západka pod tlakem pružiny zapadne do otvoru pojistného věnce a zabezpečí stálou polohu nástroje vůči obrobku. Pootočená hlava se přitáhne na saně pákou [10]. 4.2.5 Poloautomatické a automatické soustruhy Jsou to v principu automatizované revolverové soustruhy. Poloautomatické soustruhy jsou zdokonalené předešle stroje. Jejich pracovní cyklus je automatizován, obsluha pouze vyměňuje obrobky v upínači a spoušti stroj i automatický pracovní cyklus. Automatizace je provedena pomoci čelních nebo obvodových vaček, kopírovacích systémů nebo narážkových a programovatelných řídicích systémů. Obzvláště pružné automatizace je dosaženo použitím číslicového řízení. Poloautomatické soustruhy mohou být jedno či vícevřetenové [2]. Rozdíl mezi automatem a poloautomatem spočívá ve stupni automatizace pracovních úkonů stroje. Automat vykonává všechny úkony samostatně. Na poloautomatu je třeba obrobek upnout ručně. Každý poloautomat s automatizováním podávání a upínání materiálu se mění na automat. Pohyby jednotlivých mechanismů jsou vykonávány pákami a táhly od křivkových bubnů a vaček nebo šablon. Vačky a křivkové segmenty, které se přišroubují na křivkové bubny, mají podle vyráběných součástek a rychlosti pohybu různý tvar. Rychlejšího pohybu ovládaného mechanismu dosáhneme rovnějším profilem vačky nebo větším sklonem křivky křivkového bubnu. Křivkové bubny a vačky jsou připevněné na otáčející se hřídeli. Podle způsobu ovládání pohybů známe tyto základní konstrukce automatů a poloautomatů:

36

Jednokřivkové automaty Jsou to starší konstrukce. Mají malou výrobnost, protože jsou všechny nástroje ovládány křivkovým bubnem s jednou křivkou. Vícekřivkové automaty

Obr. 10 Vícekřivkový automat: 1 - podávací zařízení, 2 - upínací zařízení, 3 - vřeteno, 4 - suport, 5 - revolverová hlava [10].

Vícekřivkový automat (obr. 10) má na rozvodné hřídeli bubny a vačky, které ovládají podávací a upínací zařízení materiálu, mění otáčky vřetena, pohybují příčným suportem a revolverovou hlavou. Na křivkovém bubnu pro ovládání revolverové hlavy jsou křivky pro pohyb každého nástroje, takže dráha každého nože se dá přesně nastavit. Automaty s pomocnou hřídelí Tento druh automatu (obr. 11) má na hlavní hřídeli, která se pomalu otáčí, křivkové bubny a vačky, které ovládají pracovní pohyby příčného suportu a revolverové hlavy. Na něm jsou i bubny, které ovládají spojky mechanizmů pro pomocné úkony, nachází se na pomocné hřídeli. Pomocná hřídel se velmi rychle otáčí, proto úkony po zapnutí některé spojky se vykonávají ve zlomku sekundy. Křivkový buben zapíná spojku bubnu, který posouvá a upíná materiál. Spojka ovládá páky rychlostní skříně. Zpětný pohyb revolverové hlavy a její pootočení se uskuteční po zapnutí spojky přes soukolí.

37

Obr. 11 Automat s pomocnou hřídelí: I. - hlavní hřídel, II. - pomocná hřídel, 1 - příčný suport, 2 - revolverová hlava, 3 - křivkový buben, 4 – spojka bubnu, 5 - spojka pro zpětný pohyb, 6-9 – soukolí [10].

Bezkřivkový automat Pracovní cyklus se řídí narážkami, které přes stýkače zapínají a vypínají elektromagnetické spojky, přepínají zapojení motoru, elektrické obvody pracovního posuvu, zpětný rychloposuv, obvody pro změnu otáček, apod. Kontakty elektrických obvodů se mohou zapínat i děrovanou kartou. Novější stroje mají pracovní cyklus ovládaný magnetofonovými nebo filmovými pásy. Na pás se podle výrobního postupu nahrají impulzy, podle kterých stroj automaticky pracuje [10]. 4.2.6 Číslicově řízené soustruhy Tyto soustruhy se často označuji zkratkou NC (Numeric Control). Jsou řízeny pomocí papírové děrné pásky, magnetické pásky nebo vnitřní pamětí stroje [2]. NC stroje jsou dnes nahrazeny dokonalejšími stroji označovanými jako CNC (Computer Numeric Control). Řídicím systémem je malý počítač, který ovládá jednotlivé funkce stroje. Stroje jsou programovány prostřednictvím řady příkazů, které obsahuji informace o požadované poloze, rychlosti, posuvu a dalším chování stroje. Součásti jednotlivých programových vět jsou: informace určující tvar a rozměry součásti, informace charakterizující řídicí funkce (posuv, otáčky, apod.), pomocné informace (zapínání chladicí kapaliny, atd.).

38

U strojů došlo, důsledkem nahrazení lidské obsluhy řídicím systémem, k výraznému zvýšení přesnosti funkci jednotlivých uzlů i celého stroje. Konstrukčními znaky těchto strojů jsou jejich vysoká tuhost a přesnost provedení, navržených tak, aby docházelo k minimálnímu oteplování jednotlivých uzlů stroje. Z důvodu hospodárného řezného režimu se užívají pohony s velkým regulačním rozsahem, nazývané servo pohony. V současné době se nejčastěji používají střídavé servopohony (AC servopohony). A to jak pro pohon vřeten, tak pro pohon posuvů. Ke zvýšení výrobnosti u těchto strojů se využívá také adaptivního řízení obráběcího procesu. Ten zabezpečuje v každém okamžiku obrábění automatickou volbu optimálních řezných podmínek. Dalším charakteristickým znakem NC strojů je zásobník nástrojů, který se využívá pro výměnu nástrojů při automatickém cyklu podle sledu operaci. Stroj může být vybaven více osami než třemi, což je důležité pro přesnost výrobku. To umožňuje obrobení obrobku na jedno upnutí. Jde většinou o naklápěcí stoly či vřeteno. Podle úrovně vývoje dělíme číslicové stroje na generace, kdy 1. generace je nejstarší a vznikla v padesátých letech. Postupně přes další generace se vývoj dopracoval až k 6. generaci [11]. 4.2.7 Obráběcí centra Obráběcí centra jsou CNC obráběcí stroje, které umožňují koncentraci různých operací při jednom upnutí obráběné součásti. Využívá se na nich automatická výměna nástrojů, kontrola rozměrů obrobku či polohy nástrojů, výměna obrobků. Obráběcí centra mají zásobník nástrojů s automatickou výměnou nástroje a mohou být vybavena měřícími sondami pro měření součásti, pro kontrolu rozměrů nástroje nebo technologickými hlavicemi pro nestandardní operace. Podle typu obráběných součástí mohou být centra na obrábění nerotačních nebo rotačních součástek. Soustružnická centra jsou v podstatě soustružnické stroje, na nichž je možné provádět i další operace. Kromě soustružení, vrtání v ose obrobku a řezání závitů lze i frézovat čelní, popř. boční plochy, drážky, vrtat mimo osu i kolmo k ose obrobku.

39

Vývoj obráběcích center je od počátku veden snahou snížit závislost na obsluze stroje. Po etapě zabezpečení mechanické samočinné výměny nástrojů a obrobků ve výrobním procesu, realizaci komplexu kontrolních a měřících operací, je věnováno velké úsilí na vyřešení toku informací, týkajících se programů i organizačních dat, ale i poskytnutí možnosti simulace procesu obrábění na monitoru, bezpečnostní kontroly a diagnostické hlášení, které zabezpečí plné využití automatizace a produktivity stroje [12].

4.3 Využití soustruhů ve výrobě Ve správně organizovaném podniku připravuje výrobu pro dílnu technologická kancelář. Technolog rozepisuje a kreslí technologickou dokumentaci. V dílnách se často nepracuje podle výkresů, ale podle výrobních a montážních pracovních postupů. Pracovní postupy na stejné součásti se značně liší podle toho, pro jaký počet součástí a pro jakou dílnu jsou určeny. Jsou čtyři typy výroby: Výroba kusová, při ní se každý výrobek zhotovuje samostatně, obvykle bez zvláštních pomůcek. Vyrábějí se tak velké stroje, vzorky, aj. Výroba sériová, při níž se najednou vyrábí větší množství (série) stejných výrobků. V malosériové výrobě může být série jen 20 kusů. Tento typ výroby už vyžaduje speciální nářadí, obráběcí stroje. Bývají spojeny do skupin nebo jsou jednoúčelové, atd. Roste tím výkon a klesají náklady. Výroba hromadná, při níž se najednou vyrábí největší množství výrobků, zpravidla jednoduchých, a to i několik let. Stroje a nářadí jsou sestaveny do výrobních linek (při výrobě telefonních přístrojů, bot, aj.). V přípravě práce pro hromadnou výrobu se rozpisují nejpodrobnější pracovní návodky. Výroba plynulá je vyšší typ výroby hromadné. Výroba i doprava se zpravidla mechanizuje, vrcholem jsou mechanizované závody. Socialismus zvítězil nad kapitalismem tím, že vyrábí lépe a levněji, čili snižuje vlastní náklady výroby a zvyšuje produktivitu práce.

40

Ukazatelem produktivity práce je množství výrobků zhotovených jedním dělníkem za jednotku času. Produktivitu práce vypočítáme, když ve vhodných jednotkách vyjádříme a spolu srovnáme celkový rozsah výroby (tj. množství výrobků zhotovených za určité období) a množství práce vynaložené na tuto výrobu [6]. Univerzální hrotový soustruh je určen pro kusovou i malosériovou výrobu součástí při vysokých požadavcích na přesnost tvaru a jakost povrchu. Velké počty otáček vřetena (2800 ot/min) umožňují plně využívat nástroje ze slinutých karbidů. Čelní soustruhy se používají na soustružení plochých součástek velkého průměru, jako setrvačníků, řemenic, apod. Dají se na nich obrábět součástky do průměru 5 m. Nevýhodou je, že váhou těžších součástek se vřeteno ohýbá (přední ložisko je přetížené a rychle se opotřebuje). Upínání a středění těžších součástek na upínací desku je obtížné. Pro tyto nevýhody se čelní soustruhy zřídka kdy používají a nahrazují se karusely [10]. Nejčastější použití karuselů je v kusové a malosériové výrobě (při výrobě středních a velkých rotačních součástí). Na tyto soustruhy jsou již pracovníci důkladně vyškoleni, jak na danou práci, obsluhu tak i na pomocné činnosti. Školení pracovníků je zaměřeno mimo jiné na ovládání a práci s jeřábem, nebo na další operace odvíjející se od této náročné a přesné práce. Na těchto soustruzích se opracovávají velké (nadměrné) součásti, při kterých je vyžadována při manipulaci zvýšená bezpečnost [13]. Revolverové soustruhy se používají při výrobě malých a středně velkých sérií, potřebujících k obrábění velké množství nástrojů. Výhodou tohoto soustruhu je přesnější nastavení nástrojů a schopnost obrábět více nástroji najednou. Revolverové soustruhy s bubnovou hlavou se používají na výrobu menších součástek, většinou z tyčového materiálu, protože prostor, ve kterém se pohybují nástroje, je malý. Revolverové soustruhy s hvězdicovou hlavou se nejčastěji používají při opracovávání kusových součástek různých velikostí a tvarů, které bývají obyčejně odlévané nebo kované.

41

Automaty a poloautomaty se používají ve velkosériové a hromadné výrobě. Na automatech vyrábíme součástky z tyčového materiálu nebo jednoduché kusové součástky vyráběné ve velkých sériích. Na poloautomatech obrábíme výkovky, výlisky a odlitky složitějších tvarů, neboť konstrukce vhodného automatického podávacího zařízení by byla složitá a drahá. Všechny úkony pracovního cyklu se vykonávají samostatně. Dělník pouze dohlíží na nástroj a doplňuje zásobu materiálu [10]. Vynalezením CNC obráběcích strojů se výroba rapidně změnila. Pokrok je zaznamenán v automatizaci, tzn., že obsluha má minimální vliv na výrobní proces, což přináší snížení počtu chyb, stálost pracovního cyklu a možnost obsluhy pouze zaškoleným pracovníkem (stejně jako tomu je u automatů a poloautomatů). Je zaručena přesnost každého výrobku, která závisí na kvalitě příslušného programu. Dalším parametrem je pružnost. Změna výrobního sortimentu je snadná, spočívá pouze ve změně programu a vybavení vhodnými nástroji. Použití obráběcích center nám přináší velké množství výhod, jako např. zvýšení produktivity práce, zkrácení průběžné doby výroby součástí, výrazné snížení nároků na přípravky a další výrobní pomůcky, zvýšení přesnosti obráběných součástí prováděním různých operací při jednom upnutí, zjednodušení výrobního procesu, zvýšení kultury práce a pracovního prostředí [12].

42

5 DRUHY NÁSTROJŮ, UPÍNÁNÍ NÁSTROJŮ, UPÍNÁNÍ OBROBKŮ 5.1 Soustružnické nože Aby se soustružnický nůž při práci nechvěl, musí být sám o sobě dostatečně tuhý a pevně upnut v nožové hlavě (obr. 12). Výškově se po té nastavuje do osy rotace obrobku [5].

Obr. 12 Upínání soustružnického nože: a – správné upnutí, b – chybné upnutí [8].

Nůž musí být přímý, ohnutý, prohnutý nebo osazený (obr. 13). Podle polohy hlavního ostří, kterým nůž řeže, je přímý nůž pravý nebo levý. Palec přiložené ruky (A, B) pomáhá určit název.

Obr. 13 Názvy nožů: 1 - těleso nože, 2 - nos nože, 3 - hlavní ostří, 4 - vedlejší ostří; A - přímý nůž levý, B - přímý nůž pravý, C - ohnutý nůž levý, D - ohnutý nůž pravý, E - zapichovací nůž pravý, F - oboustranný zapichovací nůž, G - zapichovací nůž levý, H – prohnutý nůž [6].

43

Nejužívanější tvary a názvy soustružnických nožů jsou na obr. 14. Menší nože jsou celistvé, tj. celé např. ze slinutých karbidů. Aby se lépe využívalo drahých nástrojových materiálů, naváří se natupo nebo je často připájíme jako destičky, roubíky i celé nosy nožů k tělesům z levnějších ocelí. Také se osvědčují nožové držáky (ramínka), do nichž upínáme malý nůž ve tvaru tyčinky, která se může téměř celé využít.

Obr. 14 Názvy soustružnických nožů: a - ubírací nůž přímý pravý, b - ubírací nůž přímý levý, c - ubírací nůž ohnutý pravý, d - ubírací nůž ohnutý levý, e - hladící nůž přímý, f - rohový nůž pravý, g - nabírací nůž, h - ubírací nůž stranový pravý, i – ubírací nůž přímý, čelní, j – zapichovací nůž pravý, k – vnitřní ubírací nůž, l – vnitřní rohový nůž, m – kotoučový tvarový nůž, n – rovný tvarový nůž, o – vnější závitový nůž ohnutý, p – vnitřní závitový nůž, q – široký nůž [6].

Ostří nože ubírá třísku z obráběného materiálu, který je upnut např. ve sklíčidle na vřetenu a otáčí se řeznou rychlostí v. Nůž má posuv f (do záběru) a po každé třísce má přísuv, jímž je určena hloubka řezu ap [6]. „Soustružnický nůž je řezný nástroj používaný pro soustružení. Skládá se ze dvou částí, a to z tělesa, jímž se nůž upíná, a z řezné části, která vniká při obrábění do obrobku a odděluje z něho třísky. Při soustružení vznikají na obrobku tři plochy, a to obráběná, řezná (vzniká bezprostředně za břitem nože) a obrobená“ [8].

44

Řeznou část nástroje tvoří plochy označené na obr. 15: čelo, hlavní hřbet (obrácen k řezné ploše obrobku), vedlejší hřbet (obrácen k obrobené ploše), průsečnice čela a hřbetu tvoří ostří. Hlavní ostří je průsečnicí čela a hlavního hřbetu, vedlejší ostří je průsečnicí čela s vedlejším hřbetem. Špičku tvoří průsečík hlavního a vedlejšího ostří.

Obr. 15 Řezná část nástroje: 1 - čelo, 2 hlavní hřbet, 3 - vedlejší hřbet, 4 - hlavní ostří, 5 - vedlejší ostří, 6 – špička [8].

Obr. 16 Úhly řezné části nástroje [8].

Úhly řezné části soustružnického nože jsou zobrazené na obr. 16: Hlavní úhel hřbetu α se nazývá úhel mezi hlavním hřbetem nože a tečnou k řezné ploše obrobku. Má vliv na tření mezi hlavním hřbetem a řeznou plochou. Čím větší je úhel hřbetu, tím méně se nůž zahřívá. Pro nástroje z rychlořezné oceli se volí úhel hřbetu 6 až 10°. Menší úhel se volí u nožů k obrábění tvrdších materiálů. Hlavní úhel čela γ je úhel mezi čelem nože a rovinou procházející hlavním ostřím (je kolmá k řezné ploše obrobku). Velikost úhlu čela má při soustružení vliv na odpor materiálu proti vnikajícímu břitu nože. Čím větší je úhel čela, tím menší je odpor materiálu při oddělování třísky. Větší úhel čela zeslabuje břit nože, takže se jeho pevnost zmenšuje. Pro soustružení měkkých materiálů se volí poměrně velký úhel čela, pro tvrdé materiály bývá úhel malý nebo nulový. U nožů ze slinutých karbidů, které se používají při soustružení tvrdých materiálů, bývá úhel čela záporný.

45

Hlavní úhel břitu β je úhel, který svírá hlavní hřbet s čelem nože. Čím menší je úhel břitu, tím lépe břit nože vniká do materiálu. Při malém úhlu je břit nože málo pevný, může se snadno ulomit a příliš brzo se otupuje. Úhel řezu δ se nachází mezi čelem nože a tečnou k řezné ploše obrobku a je součtem úhlu hřbetu a úhlu břitu [8]. 5.1.1 Opotřebení břitu soustružnických nožů „Opotřebení (otupování) je proces, při kterém břit nástroje ztrácí svůj původní geometrický tvar, zhoršuje se drsnost plochy čela a hřbetu, zvětšuje se poloměr ostří“ [5]. Podle způsobu opotřebení břitu se rozlišují: Brusný otěr Vznikem dochází k postupnému mechanickému narušování břitových ploch tvrdými strukturálními složkami obráběného materiálu. To znamená, že tvrdé částice zpevněné třísky otírají měkčí částice materiálu břitu a tvrdé částice materiálu z plochy řezu otírají materiál hřbetu břitu. Adhezní otěr Nastává vlivem vysokých tlaků na stykové plochy břitu a obrobku jako výsledek plasticity mezních vrstev stykových ploch. Podstatou otěru je neustálé spojování částic břitu, třísky a plochy řezu a jejich opětné rozpojování. Účinkem vysokých tlaků na stykové plochy břitu a obrobku vznikají mikroskopické bodové svary působením molekulárních adhezních sil. Pohybem třísky se tyto bodové svary porušují. Částice nástroje a třísky se vytrhají. Difúzní otěr Dochází k němu hlavně při obrábění nástroji ze slinutých karbidů, u nichž teploty stykových míst břitu s třískou a plochou řezu přesahují 900 °C. Za vysoké teploty a velkého tlaku nastává difúze, projevuje se vznikem chemických sloučenin z obou stýkajících

46

se materiálů nástroje a obrobku, nebo rozpuštěním některých prvků materiálu nástroje v materiálu obrobku. Chemickou změnou se zhoršují mechanické vlastnosti povrchových vrstev nástroje a zmenšuje se jeho odolnost proti opotřebení. Plastický otěr Vzniká při obrábění všech materiálů. Je hlavní formou otěru při obrábění velmi měkkých materiálů (plastických hmot, dřeva, apod.). Jeho podstatou je pomalé přemisťování monomolekulárních vrstev materiálu břitu [14]. Otupování ostří je výslednicí složitých fyzikálních a chemických dějů, které probíhají při řezání. Rychlost otupování ostří závisí především na řezné rychlosti, obrobitelnosti obráběného materiálu, nástrojovém materiálu a dalších řezných podmínkách. Opotřebení břitu se projevuje nejčastěji vytvořením výmolu na čele a nepravidelnou ploškou na hřbetě. Otupování hřbetu probíhá v závislosti na čase ve třech charakteristických úsecích [5]. 5.1.2 Materiály soustružnických nožů Pro výrobu řezných nástrojů se používají různé nástrojové materiály kovové i nekovové. S rozvojem strojírenství pokračuje také vývoj materiálů a vznikají i stále dokonalejší nové nástrojové materiály. Jejich vývoj ovlivňují technologie obrábění a požadavky kladenými na vlastnosti nástrojových materiálů, které musí mít zejména co největší tvrdost, pevnost a odolnost proti otěru za tepla při dostatečně velké houževnatosti. Nástrojový materiál musí mít vhodné technologické vlastnosti, tj. obrobitelnost, prokalitelnost, stálost rozměrů, odolnost proti popouštění, možnost obrábění broušením, apod. [14]. Nástrojové oceli Starší i novější obráběcí stroje nedovolují, aby se plně využilo vlastností a hospodárnosti nožů ze slinutých karbidů. Má-li soustruh malý výkon nebo koná-li vřeteno malý počet otáček za minutu, pak je účelný a hospodárný při soustružení noži z rychlořezné

47

oceli. Kované ocelové nože se používají stále méně a nové stroje jsou již konstruovány tak, aby se na nich hospodárně soustružilo noži ze slinutých karbidů. Pro některé druhy prací (např. pro řezání závitů, pro soustružení tvarových součástí, apod.) se používají i u nových soustruhů nože z rychlořezné oceli (kotoučové nože, které se vyznačují velkou životností). Nelze obrábět při velkých rychlostech [15]. Slinuté karbidy Jsou vyráběné technologií práškové metalurgie, z prášků karbidů těžkotavitelných kovů a pojiva kobaltu. Dnešní slinuté karbidy jsou nejčastěji složené z karbidu wolframu titanu, tantalu, niobu a někdy i dalších karbidů kovů a pojiva. Podle množství jednotlivých komponentů získáváme řezné materiály s rozdílnými fyzikálními, mechanickými a chemickými vlastnostmi. Mají rozdílnou tvrdost a houževnatost.

Cermety Název „CERMET“ vznikl složením prvních tří hlásek slov CERamics (keramika) a METal (kov). Je to materiál, jehož mechanické vlastnosti jsou kombinací tvrdosti keramiky a houževnatosti kovu. Stejně jako slinuté karbidy je Cermet produktem práškové metalurgie. Výchozími materiály jsou prášky TiC/TiN nebo Ti(CN). Cermety jsou křehké materiály s nízkou houževnatostí, která se vývojem postupně zvyšuje. Rozšířené jsou při dokončovacím obrábění, v důsledku vynikající odolnosti proti adhezi a nízké náchylnosti k reakcím s obráběnými ocelovými materiály. Cermety nové generace dosahují hodnot lomové houževnatosti a ohybové pevnosti. Řezná keramika Je to krystalická látka, v které jsou jednotlivé složky spojené iontovými a kovalentními vazbami. Je ve formě výměnných řezných plotének různého tvaru, velikosti a barvy. Ploténky z řezné keramiky jsou technologicky vyspělé výrobky, určené pro extrémní pracovní podmínky, které vyžadují vysokou odolnost vůči opotřebení, vysokou tvrdost, vysokou tepelnou stálost až do teplot 1 300 °C. Chemicky nereaguje s obrobkem. Můžou být proto použité při třískovém obrábění různých materiálů (šedé, popouštěné a

48

tvárné litiny, ocel a ocelolitiny, barevné kovy). Nesmějí se používat při obrábění hliníku. V praxi se používá pro dokončovací obrábění soustružením zejména šedých litin a ocelí, bez chlazení [16].

5.2 Upínání soustružnických nožů „K obrábění používáme různé nástroje, které mají rozličné způsoby upínání“ [8]. Na suport soustruhu se upne nůž buď šroubem, nebo třmenem. Do otočné upínací hlavy je možné upnout najednou čtyři nástroje a měnit je podle potřeby otočením hlavy po uvolnění středního šroubu. Zpravidla se dávají pod nůž ocelové podložky, aby ostří stálo ve správné výšce proti ose obrobku, tj. proti špičce hrotu [6]. Nože se slinutými karbidy se musí pečlivě upnout, aby se při práci neprohýbaly a netřásly. Nůž se musí stýkat po celé spodní styčné ploše s nožovým držákem a jeho vyložení má být menší než výška. Mezi upínací šrouby a nůž se vkládá ocelová podložka, aby se násada nedeformovala. Ostří nože se na výšku upíná tak, že je břit nože při vnějším soustružení oceli asi o 1 % průměru obrobku nad osu. Při vnitřním soustružení a při obrábění ostatních hmot se staví břit do osy [15]. Hrubovací nože se mají upínat kolmo na osu soustružení, aby při soustružení pružily od obrobku. Výškové ustavování soustružnických nožů má vliv na velikost pracovních úhlů. Při ustavení nože na střed jsou nástrojové úhly shodné s úhly pracovními. U nástroje ustaveného nad střed se pracovní úhel čela proti nástrojovým úhlům zvětší a pracovní úhel hřbetu zmenší. Při ustavení nože pod střed bude pracovní úhel čela menší a pracovní úhel hřbetu větší než úhly nástrojové [8]. U revolverových soustruhů se nože upnou pomocí držáků do revolverových hlav, jež mají svislou nebo vodorovnou osu otáčení.

49

U číslicově řízených obráběcích strojů se nože upínají do speciálních držáků s možností výměny a předseřízení nástroje na požadovaný rozměr obrobku mimo stroj tak, aby výměna nástrojů, ruční nebo automatická, mohla probíhat co nejrychleji [4].

5.3 Upínání obrobku „Upnutí obrobků při soustružení musí být tuhé a spolehlivé a musí zajistit jednoznačnou polohu obrobku vzhledem k funkčním částem obráběcího stroje“ [16]. Obrobky se na soustruh upínají různým způsobem. Způsob upínání závisí především na tvaru a na množství předmětů, které se mají obrábět. Např. k upínání hřídelů se používá jiného upínacího zařízení než k upínání pouzder, řemenic, tyčí, atd. K upnutí stejného druhu obrobku se použije jiných upínek při výrobě kusové a jiných při výrobě sériové či hromadné. Sériová a hromadná výroba dovoluje, aby se pořídily speciální upínky, kterými se zvyšuje jakost výrobků a podstatně snížil čas k upínání i čas strojní. Větší pořizovací náklady na speciální upínky se brzy vrátí zvýšenou výrobností a jakostí výrobků. Speciální upínky přispívají též k mechanizaci výroby a umožňují méně kvalifikovaným dělníkům zastat práce, které nemohou konat, použijí-li se upínky pro kusovou výrobu. Úprava upínacího zařízení je závislá na druhu materiálu a na stavu opracovaných ploch. Pokud se obrobek upíná za opracovanou plochu, nesmí činná část upínky pomačkat opracovanou plochu. Upínací zařízení má být konstruováno a provedeno tak, aby se obrobky upínaly rychle a snadno v potřebné poloze. Zaručují přesnost, aby se obrobky nedeformovaly upínacími silami a silami vznikajícími při obrábění. Velmi podstatná je i zaručená bezpečnost práce. Upínky mají proto být zajištěny proti uvolnění při práci a nemají mít vyčnívající části, o které by se dělník mohl zranit.

50

Upínací zařízení má být rovněž dynamicky vyváženo, jelikož se soustruží při velkých řezných rychlostech, při nichž by odstředivá síla, která vzniká při nevyvážené upínce, měla velký a nepříznivý účinek na namáhání vřetena i na celý stroj. To by se projevilo i v nepřesnosti výrobku a ve špatné jakosti opracované plochy. Upínací zařízení má umožňovat plynulý odchod třísek a v některých případech i roztahování obrobků teplem, které vzniká při obrábění. Upínky se často opatřují dorazovými plochami, aby se předmět rychle zajistil ve správné poloze a usnadnilo se určení jeho některých rozměrů, a to bez doměřování [15]. Upínání obrobků v univerzálních sklíčidlech Nejpoužívanějším upínadlem je univerzální sklíčidlo. Tento způsob upnutí vyhovuje různým tvarům obrobku a je samostředící. Sklíčidla jsou dvoučelisťová, tříčelisťová a čtyřčelisťová. Obvykle se používá univerzální sklíčidlo tříčelisťové, které zajišťuje dobré upnutí i obrobku s oválným průřezem. Obrobek se upíná letmo, nepřesahuje-li délka vyložení pětinásobek průřezu obrobku. Délka upnutí musí být dostatečná, aby se obrobek ze sklíčidla nevyvracel. Je-li nutné větší vyložení, je třeba obrobek podepřít ve středícím důlku upínacím hrotem. Obrobky velkých průměrů a malých délek se upínají do obrácených čelistí a podkládají se nákružky, aby byl obrobek částečně vyložen a čelně podepřen (obr. 17a). Obrobek podobného tvaru s otvorem se upne podle obr. 17b.

51

Obr. 17 Upínání obrobků velkých průměrů: a - obrobek plný, b - obrobek s otvorem [8].

Upínací mechanismus univerzálního sklíčidla se skládá ze spirálového kotouče, jehož jedna čelní plocha tvoří kuželový ozubený věnec. Na druhé čelní ploše je spirálová drážka, do níž zapadají zuby čelistí sklíčidla. Čelisti jsou uloženy v radiálních T drážkách (dovolují pohyb do středu a od středu). Talířovým kotoučem otáčí jeden z kuželových pastorků, jež zabírají do kuželového ozubeného věnce. V každém pastorku je čtyřhranná díra na nástrčný klíč. Celý mechanismus je uložen v dvoudílném tělese sklíčidla. Otáčí-li se klíčem s pastorkem, otáčí se spirálový kotouč, do kterého zapadají zuby čelistí (posouvají se tak v drážkách ke středu nebo od něho). Obrobek se ustavuje a upíná v ose vřetena. Sklíčidlo je na vnějším konci vřetena upevněno závitem s centráží. Proti uvolnění spoje s vřetenem je zajištěno pojistným kroužkem. Při nasazování sklíčidla na vřeteno je třeba, aby spoj ve sklíčidle i na vřetenu byl čistý. V případě, že je spoj znečištěn, poškozuje se a sklíčidlo není souosé s osou vřetena a hází. Po určité době provozu je nutné sklíčidlo demontovat, vyčistit a namazat.

52

Upínání obrobků v kleštině Používání kleštin není tak běžné jako používání univerzálního sklíčidla. Kleštiny se používají častěji u revolverových soustruhů a automatů. Proto některé soustruhy, hlavně větší, kleštiny nemají. Kleštinami se upínají součásti vyráběné z tyčového materiálu. Otvor kleštiny má tvar průřezu materiálu (obr. 18).

Obr. 18 Tvary otvorů v kleštině [8].

Kleština při správném seřízení nepoškozuje při upínání povrch obrobku, ale hrubým povrchem obrobku se deformuje otvor kleštiny. Proto se upíná do kleštiny materiál s taženým, hlazeným nebo opracovaným povrchem. Kleština je v podstatě několikrát rozříznuté pouzdro, které je na povrchu kuželové. Osovým vtažením se kleština svírá a upíná obrobek. Při nasazování kleštiny na stroj je nutné očistit důkladně všechny části upínadla, včetně otvoru vřetena, čímž zajistíme souosost kleštiny s vřetenem. Upnutí kleštinou není tak pevné, a nesnese tak intenzivní obrábění jako ve sklíčidle.

53

Upínání obrobku mezi hroty Obrobky o větších délkách se při soustružení upínají mezi hroty vřeteníku a koníku. Mezi hroty se upínají také trny, na kterých se soustruží obrobky s dírou (ozubená kola, řemenice, pouzdra, apod.). Aby se obrobek nebo trn mohl upnout mezi hroty, musí být v čelních plochách navrtané středící důlky. Povrch obrobku je souosý se středícím důlkem. Je-li obrobek tvarem a velikostí pro upnutí na soustruh nevhodný, orýsuje se střed, označí důlek a středící důlky se vyvrtají na vrtačce. Točivý pohyb do vřetena se přenáší na obrobek podle obr. 19.

Obr. 19 Upínání mezi hroty [8].

Před upnutím se důlky naplní mazivem. Důlek ve vřetenu se naplní lehce a během soustružení se nepřimazává jako hrot v koníku, protože se v obrobku netočí a je unášen vřetenem s obrobkem. Použitím otočného upínacího hrotu v koníku odpadne přimazávání během soustružení a středící důlek se nevydírá. Podpírání obrobků v lunetách Dlouhé a tenké nebo těžké obrobky podpírají lunetou, která má stavitelné kluzné čelisti nebo kladky, mezi nimiž se obrobek otáčí. Jinak by při soustružení docházelo k prohýbání a chvění. Lunety jsou pevné (upevňují se na loži soustruhu) a pohyblivé (jsou upevněny na suportu, s nímž se posouvají).

54

Upínací desky Mají různou konstrukci; nejčastěji se používají upínací desky čtyřčelisťové. Podstatou je litinový žebrovaný kotouč, který se upíná podobně jako sklíčidlo na vřeteno soustruhu. K upnutí obrobku má upínací deska čtyři ocelové kalené upínací čelisti, z nichž každá se přestavuje samostatně v radiálním vedení šroubem [8].

5.4 Využití soustružnických nástrojů ve výrobních procesech Uběracími noži se nahrubo odebírá přebytečný materiál při větší třísce a menší řezné rychlosti. Mají různý tvar, který se řídí podle druhu práce (tvaru a rozměru součásti, tvrdosti obráběného materiálu, apod.). Je možné je rozdělit na vnitřní, vnější, pravořezné a levořezné nože. Nejčastěji jsou používané nože pravé, protože se nejvíce soustruží od koníku k vřeteníku. Špička nože se zaobluje (pokud to konstrukce dovolí). Zaoblené ostří vydrží déle, může pracovat při větším posuvu a obrobený povrch je hladký. Hladícími noži se odebírá tříska s menším průřezem a vyšší řezné rychlosti než tomu bylo u uběracích nožů. V praxi se nejvíce využívají ostré, zaoblené, široké a pružné hladíky. Hladíky měly mnohem větší význam v době, kdy ještě nebyly známé tvrdé kovy. Dnes se hladíků využívá při dokončovací práci na soustruhu. Ze stranových nožů se nejčastěji používá pravý stranový nůž při obrábění čelních ploch. Tyto nože se používají velmi málo, čelní plochy se většinou soustruží jinými noži. Upichovací nože jsou různé konstrukce a různých tvarů. Upichují se jimi polotovary i hotové součásti, případně se jimi vypichují drážky. Pravým upichovacím nože je možné upichovat v bezprostřední blízkosti desky nebo sklíčidla. Řezná rychlost a posuv při upichování jsou mnohem menší než při běžném soustružení. Šířka nože je různá a volí se podle tvrdosti a pevnosti obráběného materiálu. Čím je materiál tvrdší a drážka hlubší, tím musí být přední řezná hrana širší. Rohových nožů se využívá velmi málo, zhotovuje se jimi oblý přechod mezi válcovou a čelní částí.

55

Tvarové nože řežou tenké a široké třísky. Jsou drahé, proto se volí menší řezná rychlost, aby nůž dlouho vydržel. Má-li se vyrábět větší počet tvarových kusů malé nebo střední velikosti, je účelné a hospodárné vyrábět je tvarovými noži. Při výrobě některých tvarových součástí se musí nejdříve vysoustružit nahrubo přibližný tvar a po té se soustruží načisto vhodným tvarovým nožem. Kovanými noži se zhotovuje celý tvar u malých předmětů nebo jen jistá část, jde-li o velké rozměry a složité tvary. Vsazené tvarové nože se vyrábějí proto, aby se ušetřil materiál a odstranily se potíže, které vznikají při výrobě velkých tvarových nožů z jednoho kusu. Kotoučové tvarové nože vysoustruží požadovaný tvar najednou, mají velkou životnost a vytvoří velmi hladký povrch výrobku [15].

56

6 NASTAVENÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK Volba řezných podmínek závisí na vstupních parametrech (druh obráběného materiálu, materiálu břitu řezného nástroje, chlazení, apod.) a na požadovaných vlastnostech obrobku (přesnost rozměrů a tvaru, jakost obrobeného povrchu, ovlivnění povrchové vrstvy obrobené plochy, apod.). Každý výrobce řezných nástrojů vydává katalog řezných podmínek, kde lze pro požadovanou trvanlivost břitu nástroje, materiál obrobku a materiál břitu nástroje stanovit řezné podmínky [4].

6.1 Určení řezných podmínek Nutností je znát dva základní pohyby vykonávané při práci na soustruhu: Hlavní pohyb, je rotační a vykonává ho obrobek. Vedlejší pohyb se skládá z posuvu a přísuvu. Posuv je dráha, o kterou se posune řezný nástroj při soustružení vzhledem k obrobku za jednu otáčku. Závisí na požadované jakosti výrobku, geometrií břitu, tuhostí a výkonem stroje. Přísuv je hloubka řezu, kterou nůž ubírá při jednom záběru a je omezena délkou ostří nože, výkonem stroje a tuhostí obrobku i stroje. Řezná rychlost se skládá z hlavního pohybu a posuvu. Jelikož je hodnota posuvu velmi malá, může se při výpočtu vynechat. Řezná rychlost se udává v mm/min:

v

Dn 1000

(9)

kde: D = průměr obrobku, n = počet otáček obrobku za minutu.

57

Při stanovení řezné rychlosti se vychází ze tří základních hodnot: materiálu nástroje, materiálu obrobku a druhu obrábění. Volí se pouze materiál nástroje, protože všechny ostatní hodnoty jsou dány. K hospodárnému soustružení přispívá správná volba řezných podmínek, tj. řezná rychlost, posuv a hloubka řezu. O této volbě rozhoduje mnoho činitelů a jejich složité vztahy. Jednoduché a rychlé určení řezných podmínek umožňuje využití přehledných a jednoduchých tabulek. Proto jsou dobré podniky vybaveny potřebnými tabulkami, které jsou základním předpokladem při určování řezných podmínek. Při soustružení tuhého obrobku na masivním stroji je možné zvolit větší průřezy třísek, pokud je obrobek pevně upnut. Má-li obrobek nepříznivý tvar např. tenké stěny, nebo je dlouhý s malým průřezem, je nutné volit menší průřez třísky. Pokud není obrobek vyvážený, volí se nižší otáčky [8].

6.2 Chlazení a mazání K místu řezu se přivádějí, tzv. řezné kapaliny. Jejich účinek je především chladící a ochranný, ale i čistící a mazací. Řezná kapalina odvádí část tepla, vzniklého řezáním. Snižuje se tím teplota břitu nože a je možné zvýšit řeznou rychlost a tím i zvětšit výkon při soustružení. Řezná kapalina ochlazuje obrobek, zmenšuje jeho vnitřní pnutí a měření rozměrů je spolehlivější. Řeznou kapalinu je třeba přivádět v dostatečném množství a malým přetlakem [13]. Chladící účinek snižuje teplotu a snižuje tak opotřebení nástroje u rychlořezné oceli až na pětinu proti obrábění za sucha. Obrábění za sucha se dělá pouze s materiály, kde jsou zaručené stejné podmínky jako s chlazením (jakost a výrobní čas). Některé tvrdé řezné materiály, zejména cermety s několikavrstvým povlakem, mohou pracovat i za sucha řeznými rychlostmi až 900 m/min při dodržení vysoké jakosti obrobené plochy. Řezné kapaliny chrání obrobek proti korozi. Koroze kovů je samovolné, postupné rozrušení kovů důsledkem jejich chemické nebo elektrochemické reakce s okolním pro-

58

středím. Toto poškozování materiálů může mít různé podoby např. od změny vzhledu materiálu (ztráta barvy, lesku), po jejich úplný rozpad (degradace, tzn. porušení celistvosti v celém průřezu). Čistící účinek se projevuje odváděním třísek a má svou důležitou úlohu při soustružení. Při vnikání břitu nástroje do obrobku je materiál odřezávané vrstvy namáhán a deformován. Charakter namáhání a velikosti deformací odřezávané vrstvy jsou závislé především na druhu a velikostech obráběného materiálu. Mazací účinek je poměrně malý vzhledem k velkým tlaků mezi břitem, třískou a řeznou kapalinou. Projevuje se snížením tření na činných plochách nástroje a usnadňuje plastické deformace třísky. Řezný odpor se tak snižuje až o 25%, u malých průřezů třísek i více. Účinkem mazání se tedy zlepší jakost obrobené plochy. Nejčastěji se jako řezného prostředí používá řezných kapalin. Podle chemického složení je dělíme na: Vodné roztoky Jsou to roztoky uhličitanu sodného, křemičitanu sodného nebo draselného, dusitanu sodného a další. Vodné roztoky se vyznačují dobrým chladícím účinkem. Používají se především na broušení. Ropné výrobky pro řezné kapaliny Velmi rozšířené jsou vodní emulze, směsi vody a jemně rozptýlených emulgačních olejů a maziv. Splývání jednotlivých částeček olejů a tuků se zamezí přidáním, tzv. emulgátorů, nejčastěji mýdel. Dále to jsou: řezné oleje s přísadou mastných látek živočišného nebo rostlinného původu, řezné oleje s chemickými přísadami a ropné oleje bez přísad.

59

Koncentráty Využívají se koncentráty účinných vysokotlakých přísad KATOL PP ve směsici s ložiskovým olejem B2 nebo B4. Syntetické kapaliny Při výběru řezného prostředí je nutné přihlížet nejen ke způsobu obrábění, ale i k druhu obráběného materiálu. Např. pro legovanou ocel je vhodné zvolit emulzi nebo kombinaci emulze a řezného oleje [17].

60

7 VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE

61

8 TECHNOLOGICKÝ POSTUP

62

63

64

65

66

9 FOTODOKUMENTACE ZHOTOVENÉHO VÝROBKU Zhotovený výrobek byl vytvořen ve strojní laboratoři Katedry technických předmětů pod odborným vedením pana Václava Fišery.

Obr. 20 Zhotovená součást.

Obr. 21 Zhotovená součást .

67

Obr. 22 Zhotovená součást.

Obr. 23 Zhotovená součást.

68

10 ZÁVĚR Tato práce pro mne byla zdrojem nových informací a otevřela mi cestu k získání praktických zkušeností týkajících se soustruhů a práce s nimi. Za velmi zajímavou považuji též práci na frézce a obrážečce. Setkání s obrážečkou pro mne byla naprostá novinka. Protože se ráda učím novým věcem, vypracování mé bakalářské práce mě v tomto směru zcela nadchlo. Avšak nenechala jsem se unést pouze tím, co mne bavilo, ale snažila jsem se striktně dodržet zadání své bakalářské práce. Práce se v úvodu zaměřuje na historii, ve které mne zaujalo, že vývoj soustruhů započal tak brzy. V další kapitole se orientuje na soustružení, zde jsou uvedeny základní pojmy, s kterými je běžné se setkat při práci na soustruhu. Dále poukazuje na různé způsoby soustružení a vysvětluje, jak a za jakých podmínek se používají. Následující kapitola přibližuje různorodost soustruhů a jejich využití v praxi. Práce také pojednává o nástrojích, jejich způsobu upnutí a bezpečném upnutí obrobků. V závěru teoretické části se zaměřuje na nastavení řezných podmínek při obrábění. V praktické části je uveden technologický postup včetně výkresové dokumentace a fotodokumentace zhotovené součásti. Jako součástku jsem si pro zhotovení vybrala (unášeč nože vč. výrobku pro elektrickou motorovou sekačku na trávu), byl původně z umělé hmoty. Výlisek jsem nahradila unášečem ze slitiny hliníku. Jedná se o zastaralý typ, který se již nevyrábí. Šířka nože, který se do unášeče upíná je 32 mm a jeho délka je 300 mm. Pokud bych se tomuto tématu věnovala nadále, hledala bych zdroje v podnicích, kde se soustruhy při výrobě běžně používají. Bakalářská práce může být využita jako podklad pro předměty Technická praktika či Materiály a technologie 3 na Katedře technických předmětů.

69

11 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] Gruber, J. Malé dějiny soustruhu [online]. [cit. 2015-02-01]. Dostupné na WWW: . [2] Houša, J. Stavba výrobních strojů II. 1. vyd. Praha: ČVUT, 1984. [3] Coromant, S. Příručka obrábění: Kniha pro praktiky. 1. čes. vyd. Praha: Scientia, 1997. ISBN 91-97 22 99-4-6. [4] Řasa, J., Gabriel, V. Strojírenská technologie 3: Metody, stroje a nástroje pro obrábění. 1. vyd. Praha: Scientia, 2000. ISBN 80-7183-207-3. [5] Kysilka J. Návody na technická praktika. 1. vyd. Hradec Králové: Pedagogická fakulta v Hradci Králové, 1988. ISBN 80-7041-012-4. [6] Dobrovolný, B. Strojní zámečnictví: Strojní obrábění kovů. 2. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1964. [7] Janyš, B., Raftl, K. Soustružník. 1. vyd. Praha: SNTL, 1968. [8] Veselý, B. Technická praktika strojní obrábění kovů. 1. vyd. České Budějovice: Pedagogická fakulta JU České Budějovice, 1994. ISBN 80-7040-116-8. [9] Revenda, V. Výrobní stroje pro obrábění. [online]. [cit. 2015-04-22]. Dostupné na WWW: [10] Békés, J., Čelko, R., Červený, L., Hauser, J., Herbanský L., Kissóczy, Š., Lipták, O., Nebeský, J. Obrábanie kovov. 2. vyd. Bratislava: SVTL, 1962. [11] Marek, J. Konstrukce obráběcích strojů. [online]. [cit. 2015-03-26]. Dostupné na WWW: [12] Řasa, J., Gabriel, V., Pokorný, P. Strojírenská technologie 3: Obráběcí stroje pro automatizovanou výrobu, fyzikální technologie obrábění. 2. vyd. Praha: Scientia, 2005. ISBN 80-7183-336-3. [13] Čípová, I., Příručka základů soustružení [online]. [cit. 2015-04-15]. Dostupné na WWW: [14] Roček, V. Příručka obrábění. 1. vyd. Praha: SNTL, 1973. [15] Kunc, A., Soustružení. 2. vyd. Praha: Práce - ROH, 1951.

70

[16] Majerik, J., Šandora, J., Nové progresívne nástroje a metódy technologie obrábania. Trenčín: TUAD. FŠT. 2012. ISBN 978-80-8075-515-7. [17] Hluchý, M., Haněk, V., Strojírenská technologie 2: Koroze, základy obrábění, výrobní postupy. 2. vyd. Praha: Scientia, 2001. ISBN 80-7183-245-6.

71