Nástroje používané na CNC soustruhu

​ CNC soustružení (s počítačovým číslicovým řízením) je základním pilířem moderní výroby. Tento proces, při kterém řezný nástroj odebírá materiál z rotujícího obrobku a vytváří válcové tvary, je zásadní v náročných odvětvích, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl a zdravotnictví. Potenciál CNC strojů se naplno projeví jen při správném výběru a použití jejich nejdůležitější součásti: řezného nástroje.

Řezný nástroj je spojnicí mezi strojem a obrobkem, místem, kde se digitální pokyny mění ve fyzickou realitu. Informovaná volba materiálu nástroje, jeho geometrie a upínacího systému přímo ovlivňuje všechny výkonnostní ukazatele:

• Rozměrovou přesnost.

• Kvalitu povrchu.

• Délku výrobních cyklů.

• Výnosnost a konkurenceschopnost provozu.

Typy nástrojů pro CNC soustruhy

Abychom porozuměli široké škále dostupných nástrojů, je třeba je roztřídit podle funkce, konstrukce a směru řezu.

Třídění podle obráběcí operace

Toto třídění seskupuje nástroje podle konkrétního úkolu, pro který byly navrženy. Mezi hlavní operace patří:

• Nástroje pro soustružení (válcové soustružení): Ke zmenšení vnějšího průměru obrobku.

• Nástroje pro čelní soustružení: K obrábění čela obrobku.

• Vyvrtávací nástroje: Ke zvětšení nebo dokončení vnitřních průměrů.

• Zapichovací nástroje: K vytváření drážek nebo zápichů určité šířky.

• Upichovací nástroje: K oddělení hotového dílu od polotovaru.

• Závitovací nástroje: K vytváření vnitřních nebo vnějších závitů.

• Nástroje pro srážení hran: K vytvoření zkosené hrany.

• Tvarové nástroje: Se specifickým profilem pro vytváření složitých geometrií jedním průchodem.

Třídění podle konstrukce

Fyzická konstrukce nástroje určuje jeho tuhost, cenu a modularitu.

• Celistvé nástroje (monoblok): Celý nástroj je vyroben z jednoho kusu materiálu (např. HSS nebo slinutého karbidu). Nabízí vynikající tuhost, ale jakmile se břit opotřebí, je nutné celý nástroj vyměnit nebo přebrousit.

• Pájené nástroje: Skládají se z hrotu z tvrdého materiálu (např. karbidu) připájeného k levnějšímu ocelovému tělu. Byly oblíbeným řešením před rozmachem nástrojů s výměnnými destičkami.

• Nástroje s upínáním destiček (výměnné): Jde o převládající systém v moderním CNC obrábění. Skládá se z opakovaně použitelného držáku, který upíná vyměnitelnou řeznou destičku. Když se břit opotřebí, destička se rychle a levně pootočí nebo vymění.

Třídění podle směru posuvu

„Orientace“ nástroje určuje směr, ve kterém může účinně řezat.

• Pravý nástroj (Right-Hand): Je to nejběžnější typ, určený k obrábění s posuvem od koníku (vpravo) k vřeteníku (vlevo).

• Levý nástroj (Left-Hand): Určený pro opačnou operaci, řeže od vřeteníku ke koníku.

• Neutrální nástroj: Nemá preferovaný směr řezu a může obrábět v obou směrech, což je užitečné při profilování a obrysovém soustružení.

Nejpoužívanější materiály řezných nástrojů pro CNC

Výkon nástroje je neoddělitelně spjat s vlastnostmi materiálu jeho břitu. Ideální materiál musí mít optimální kombinaci tvrdosti (odolnosti proti opotřebení) a houževnatosti (odolnosti proti lomu).

• Rychlořezné oceli (HSS): Jsou to složité slitiny oceli s vyšší houževnatostí než jiné materiály, díky čemuž odolávají rázům a přerušovaným řezům. Používají se při nízkých rychlostech, na méně tuhých strojích a pro měkké materiály, jako je hliník nebo nízkouhlíkové oceli.

• Slinuté karbidy: Jsou nejuniverzálnější a nejpoužívanější při CNC soustružení. Skládají se z tvrdých částic karbidu wolframu (WC) vázaných v kobaltové matrici (Co). Nabízejí vynikající tvrdost za tepla a odolnost proti opotřebení a umožňují mnohem vyšší řezné rychlosti než HSS.

• Cermety a keramika: Cermety mají vyšší odolnost proti opotřebení než karbidy a dosahují výjimečné kvality povrchu, proto se upřednostňují pro dokončovací operace při vysokých rychlostech. Keramika je ještě tvrdší a tepelně odolnější, umožňuje extrémně vysoké řezné rychlosti, je však velmi křehká. Používá se při obrábění šedé litiny a kalených ocelí.

• Supertvrdé materiály (CBN a PCD):

• Kubický nitrid boru (CBN): Je to druhý nejtvrdší známý materiál a je volbou pro „tvrdé soustružení“ (obrábění ocelí s tvrdostí nad 45 HRC), litin a superslitin.

• Polykrystalický diamant (PCD): Je to nejtvrdší dostupný nástrojový materiál. Nabízí bezkonkurenční odolnost proti opotřebení. Není vhodný pro obrábění ocelí kvůli chemické reaktivitě se železem. Uplatňuje se u neželezných materiálů (hliník, měď) a velmi abrazivních materiálů (kompozity, vyztužené plasty).

• Povlaky (PVD a CVD): Jde o velmi tenké keramické vrstvy nanášené na podklad (obvykle karbid), které zlepšují jeho povrchové vlastnosti, aniž by snížily houževnatost jádra.

• CVD (chemická depozice z plynné fáze): Vytváří silné povlaky ideální pro hrubování ocelí a litin při vysokých rychlostech.

• PVD (fyzikální depozice z plynné fáze): Vytváří tenčí a hladší povlaky, upřednostňované pro dokončovací operace a pro obrábění materiálů, které mají sklon ulpívat na břitu, jako jsou nerezové oceli a superslitiny.

Jak vybrat vhodný nástroj pro každou operaci

Výběr optimálního nástroje by měl probíhat logicky a systematicky, aby byly zohledněny všechny kritické proměnné.

1. Analýza dílu a materiálu: Výchozím bodem je vždy díl. Je třeba určit materiál (oceli, nerezové oceli, litiny atd.), aby bylo možné zvolit sortu (materiál a povlak) destičky. Analyzovat je třeba také geometrii, tolerance a požadavky na kvalitu povrchu.

2. Určení operace: Je třeba určit druh obrábění (válcové soustružení, zapichování atd.) a jasně rozlišit mezi hrubováním (přednost má úběr materiálu) a dokončováním (přednost má přesnost a kvalita povrchu).

3. Volba geometrie destičky:

• Úhel špičky: Velký úhel (např. 80°) zajišťuje pevný břit, ideální pro hrubování, zatímco malý úhel (např. 35°) nabízí lepší přístup ke složitým profilům.

• Velikost destičky: Musí odpovídat hloubce řezu, aby byla zaručena stabilita.

• Poloměr špičky (RE): Velký poloměr umožňuje vyšší posuvy a dává pevnější břit, může však způsobovat vibrace. Malý poloměr vibrace snižuje a umožňuje lepší povrch, ale omezuje posuv.

4. Volba sorty a utvařeče třísky: Podle materiálu a operace se zvolí sorta karbidu a povlak (CVD pro hrubování ocelí, PVD pro nerezové oceli a dokončování). Zvolí se utvařeč třísky odpovídající rozsahu posuvu a hloubky řezu, aby byla zajištěna správná kontrola třísky.

5. Volba nožového držáku: Je třeba zvolit nožový držák, který nabízí maximální tuhost (co nejkratší vyložení) a zaručuje volný přístup k místu obrábění bez rizika kolize.

Tipy pro správné používání nástrojů na CNC soustruhu

Správné používání a údržba jsou zásadní pro optimalizaci životnosti nástroje a efektivity procesu.

Diagnostika a řízení opotřebení nástroje

Opotřebení je nevyhnutelný proces, který poskytuje cenné informace o obrábění. Sledování opotřebení je klíčem k prevenci katastrofických poruch. Běžné druhy opotřebení a jejich řešení jsou:

• Opotřebení hřbetu: Způsobené hlavně příliš vysokou řeznou rychlostí. Řešením je snížit rychlost nebo zvolit sortu odolnější proti opotřebení.

• Opotřebení ve tvaru žlábku: Vznik žlábku na čele nástroje způsobený vysokými teplotami. Řešením je použít silnější povlak (typu CVD) nebo snížit rychlost.

• Nárůstek (BUE): Materiál obrobku navařený na břit, běžný při nízkých rychlostech. Řešením je zvýšit řeznou rychlost nebo použít hladší povlak (typu PVD).

• Vylamování břitu: Drobné lomy na břitu, často kvůli nedostatečné houževnatosti nebo vibracím. Řeší se volbou houževnatější sorty nebo snížením posuvu.

Použití chladicích kapalin

Řezná neboli chladicí kapalina má více funkcí: snižuje teplotu, maže, chrání před korozí a pomáhá odvádět třísky.

• Zaplavovací chlazení: Je to tradiční metoda, při které se přivádí velký objem chladicí kapaliny při nízkém tlaku.

• Vysokotlaké chlazení (HPC): Směruje proudy chladicí kapaliny pod vysokým tlakem přímo na břit. Je mimořádně účinné při lámání a odvodu třísek a umožňuje výrazně zvýšit řezné parametry.

Preventivní údržba stroje

Špatně udržovaný stroj může vyvolávat vibrace nebo nepřesnosti, které způsobují předčasné opotřebení nástroje. Pravidelný program údržby, který zahrnuje čištění, kontrolu maziv, kontrolu vyrovnání a kalibraci os, je zásadní pro zajištění stabilní a přesné základny, na které budou nástroje správně fungovat.