Úsporné obrábění v japonském stylu

Dvoudenní seminář v technologickém centru Misanu v Lysé nad Labem absolvovala zhruba stovka účastníků z řad českých průmyslových firem. Jednatel firmy Ondřej Svoboda na něm představil nejen vybrané novinky z portfolia strojů Okuma a Brother pro letošní rok, ale spolu s Petrem Galuškou, jednatelem firmy Tungaloy, kromě vybraných nástrojových novinek značky, také řešení, jak japonské firmy pomáhají dosahovat energetických i finančních úspor optimalizací obráběcích procesů a souvisejícího nástrojového vybavení.

Ještě akutnější problém, než dříve
Produktivita je téma, které se řeší už řadu let, ale nyní toto úsilí ještě výrazně urychlily další faktory, jako rostoucí ceny energií, materiálové náklady, zesilující konkurenční boj apod.
Po představení novinek Okuma a Brother (jako jsou např. nová generace řízení OSP-P500 firmy Okuma či obráběcího centra Brother Speedio vybaveného technologií řízení všech os) se Ondřej Svoboda ve své prezentaci zaměřil na téma úsporných obráběcích strojů obecně. Zde právě zmíněné firmy dosáhly značných úspěchů – což je úzce spojeno s úsilím o dokonalost, a tedy pro japonské výrobce věc národní cti.
Obráběcí stroje jako takové vytvářejí při svém provozu relativně málo emisí v klasickém pojetí, jde tedy hlavně o nepřímé emise (týkají se surovin, materiálu, výroby dílů i stroje samotného), a snižování jejich energetické spotřeby. V konkrétním případě strojů Okuma vypadá modelový rozpis spotřebovávané elektrické energie zhruba následovně:

Největší část z celkové spotřeby stroje 325,5 kWh připadá na pomocné jednotky, jejichž provoz si vyžaduje průměrně 262,5 kWh. K nim patří např. sběrač olejové mlhy (105,4 kWh), reverzační čerpadlo bubnového filtru (19,3 kWh), chladič oleje vřetena (15,7 kWh) a zhruba po 12 kWh pak sprchová chlazení pro stojan a pro saně, mezi 5 a 6 kWh spotřebovávají chladič procesní kapaliny a dopravník třísek. Vysoký podíl (přes 85 kWh) odběru elektřiny jde na konto ostatních pomocných jednotek.

Chytré funkce pro optimalizaci výroby a úspory energie
K nejpřínosnějším patří řešení zaměřená na snížení spotřeby energie, jako je např. Thermo-Friendly Concept (TFC), zpětné získávání energie Power Regeneration či ECO Hydraulics. A protože cca 80 % spotřeby stroje připadá na pohony a řízení různých periferií a zbývající pětina na vřetena a pohon NC os, mají proto značný význam funkce sdružené v baličku ECO Suite Plus, který minimalizuje spotřebu energie, když je stroj nebo některý z jeho subsystémů v nečinnosti.
Funkce zahrnují např. ECO Power Monitor (vizualizuje spotřebu vřetena, os a periferií a sdílí data s externími systémy), ECO Operation (řídí činnost periferií s cílem minimalizovat spotřebu), ECO Idling Stop (průběžně vypíná vybraná zařízení a nevyužívané periferie s ohledem na probíhající proces) a Auto Power Shutdown.
Tyto inteligentní funkce však zároveň hlídají i stav chlazení, provádějí odhad tepelné odchylky a posuzují vliv na přesnost s cílem udržení konstantní teploty vřetena (a tím i stabilní přesnosti). Díky TFC a ECO Suite Plus má firma přehled o reálné spotřebě energie. V neposlední řadě se do úsporného obrábění promítají i funkce Inteligent Technology pro snížení cyklových časů a snadné nastavení a seřízení, které významně zkracují neproduktivní časy výrobního zařízení.
Testy obrábění se zahřívacími cykly a následná kontrola rozměrů, které provedla firma Okuma, ukázaly, že starší stroje bez TFC vyžadovaly 5- až 11násobně delší čas zahřívání, zatímco jejich moderním nástupcům se systémem TFC stačily k zahřátí pouhé 3 minuty, přičemž zvládly vyšší počet dokončených kusů.

Brother se zaměřuje na komplexní optimalizaci
Vlastní koncept nastavila v tomto směru i firma Brother, která se zaměřila na důslednou optimalizaci konstrukce svých strojů. Na příkladu center řady Speedio demonstroval Ondřej Svoboda přesvědčivou redukci spotřeby elektrické energie u moderních strojů ve srovnání se staršími verzemi.
Například Brother S1000X1 oproti staršímu modelu vykazuje téměř čtvrtinovou (3,8krát nižší) spotřebu při výrazně kratším (zhruba o třetinu) času cyklu. Podobně Speedio S500X2 může nabídnout ve srovnání s větším strojem s kuželem vřetene BT40 až 80% úsporu energie. Úspory nákladů projektované při výrobě, např. 17tisícikusové série v případě nahrazení zmíněného stroje s BT40 některou z modernějších verzí řady Speedio mohou dosahovat mnoha desítek tisíc Kč.
V neposlední řadě jsou nové stroje výrazně úspornější, i pokud jde o spotřebu stlačeného vzduchu, který patří k nejdražším spotřebním médiím. V porovnání obráběcích center S500X2 (z roku 2018) a TC-S2C (2005) došlo k 11% zkrácení času výrobního cyklu (v sec.), více než třetinovému (o 36 %) poklesu spotřeby elektřiny a téměř o tři čtvrtiny (73 %) nižší spotřebě stlačeného vzduchu.

Ekologie v průmyslu
Závěrečná část dopolední prezentační sekce před praktickými ukázkami obrábění byla věnována problematice produktivity a životního prostředí. Svým dílem k ní přispěla i společnost Tungaloy, když Petr Galuška na praktických příkladech dokumentoval, jak firma usilující kromě výkonových parametrů svých produktů i o maximálně šetrný přístup k prostředí, řeší snižování spotřeby energie a redukci nákladů z pohledu nástrojů.  
Může jít např. o významné úspory materiálu snížením hmotnosti konkrétního typu břitové destičky až o 47 %, když je destička ISO standardu velikosti 16 o hmotnosti 9,68 g nahrazena eko-alternativou IsoEco-Turn velikosti 12 o hmotnosti 5,12 g, což představuje téměř poloviční redukci odpadu. Podobně snižují množství odpadu i menší břitové destičky s více využitelnými řeznými hranami – konvenční dvoubřitou destičku se dvěma řeznými hranami a hmotností 1,89 g může výhodně zastoupit nová 4břitá destička AddInternal-Cut o hmotnosti 1,26 g, kde je výsledkem nejen redukce váhy destičky o třetinu a zdvojnásobení řezných hran, ale i 67% snížení odpadu.
Ještě výrazněji redukují množství odpadu nástroje s vyměnitelnými hlavicemi, ať už jde o frézy TungMeister, či výstružníky ReamMeister s vyměnitelnými hlavicemi, které umožňují ve srovnání s konvenčními celokarbidovými frézami a výstružníky snížit množství odpadu o více než 80, resp. 90 %. A v případě nahrazení konvenční celokarbidové frézy o hmotnosti 125 g řešením využívajícím frézu TungForce-Rec se čtyřmi vyměnitelnými břitovými destičkami vážícími pouhých 0,30 g (tzn. s celkovou hmotností 1,20 g), dokonce až o neuvěřitelných 99 %, tzn. téměř bezodpadovou variantou.
Podobně umožňují moderní nástroje dosáhnout významné úspory energie, např. v případě vysokoposuvových aplikací AddMulti-Turn umožňujících díky optimalizaci dráhy nástroje a 2,5krát vyššímu posuvu zkrátit výrobní časy až o 65 % a dosáhnout 55% úspory elektrické energie. V případě aplikace TungFeed-Blade s 5násobně vyšším posuvem je to pak zkrácení výrobních časů až o 78 % a spotřeby energie o tři čtvrtiny oproti konvenčním řešením.
Vyšší produktivita dosahovaná díky vyššímu počtu břitových destiček zkracuje výrobní čas operace, např. díky fréze TungForce-Rec velikosti 04, která může nahradit nástroj o velikosti 06, je možné ušetřit 15 % elektrické energie. Zkrácení délky dráhy obrábění při použití nástroje DoMulti-Rec umožňujícího provádět více různých obráběcích operací místo řešení s využitím několika různých nástrojů, ušetří kromě cenných sekund výrobního času také až 54 % elektřiny.

Josef Vališka
Foto: Archiv TMP

Publikováno: 1. 5. 2023 | Počet zobrazení: 261 43