ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE STROJNÍCKA FAKULTA KATEDRA AUTOMATIZÁCIE A VÝROBNÝCH SYSTÉMOV DIPLOMOVÁ PRÁCA

Transcript

1 ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE STROJNÍCKA FAKULTA KATEDRA AUTOMATIZÁCIE A VÝROBNÝCH SYSTÉMOV DIPLOMOVÁ PRÁCA VSPRM Martin Adamčík

2 ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE STROJNÍCKA FAKULTA KATEDRA AUTOMATIZÁCIE A VÝROBNÝCH SYSTÉMOV DIPLOMOVÁ PRÁCA VSPRM Martin Adamčík

3 Fakulta: Strojnícka fakulta Katedra: Automatizácie a výrobných systémov Vedúci DP: Prof. Dr. Ing. Ivan Kuric Diplomová práca za rok:2008/ Meno a priezvisko: Martin Adamčík 2. Názov práce: Presnosť polohovania obrábacieho stroja pomocou laserového interferometra KL80 3. Počet strán: 59 Počet obrázkov:37 Počet tabuliek: 8 Počet grafov:0 Počet príloh:0 Počet použ.lit.:15 4. Heslá (kľúčové slová): Laser, interferometria, presnosť, laserový interferometer XL-80, 5. Anotácia: Zameraním diplomovej práce bolo zmerať presnosť polohovania obrábacieho stroja laserovým interferometrom (priama metóda). Druhá metóda (nepriama) je zameraná na meranie presnosti polohovania obrábacieho stroja na súčiastke na danom stroji vyrobenej. Meranie bolo realizované za pomoci multisenzorového meracieho stroja. Následne sme namerané hodnoty porovnali a zhodnotili. 6. Resume: The master's thesis is focused on measurement of positioning precision of CNC machine with laser interferometer (direct method). The second method (indirect) is focused on measurement of positioning precision on the engineering part which is produced on this machine. The measurement was realised with the assistance of multisenzor measuring machine. Subsequently the measured values were compared and evaluated.

4 Miestoprísažné prehlásenie Miestoprísažne prehlasujem, že som celú diplomovú prácu vypracoval samostatne s použitím uvedenej odbornej literatúry. Žilina, vlastnoručný podpis

5 Poďakovanie Ďakujem môjmu vedúcemu diplomovej práce p. Prof. Dr. Ing. Ivanovi Kuricovi za jeho odborné rady a pomoc, ktorú my poskytol pri spracovaní tejto práce. Zvláštne poďakovanie patrí p. Doc. Dr. Ing. Miroslavovi Neslušanovi a p. doc. Ing. Stanislavovi Turekovi Phd. za ich cenné rady a pomoc pri riešení problémov.

6 Obsah Úvod Presnosť Presnosť a nepresnosť Meracie metódy Meranie presnosti Meracie prostriedky Laserová interferometria Laser Rozdelenie laserov Princíp interferometrie Konštrukcia a prevedenie obrábacieho stroja Hlavné časti obrábacieho stroja Vplyv tuhosti na presnosť práce stroja Presnosť obrábacích strojov Presnosť obrábacieho stroja Parametre presnosti obrábacieho stroja Geometrická a pracovná presnosť stroja Experimentálna časť Hlavné ciele experimentálnej časti Použité stroje a prístroje Laserový systém XL Parametre frézky VMX30-t od firmy HURCO Základne parametre meracieho stroja Werth VC Ip 250 3D CNC Meranie presnosti polohovania frézky VMX30-t Meranie presnosti polohovania frézky meracím systémom XL Meranie presnostipolohovania frézky nepriamou metódou Porovnanie priamej a nepriamej metódy merania Záver Zoznam použitej literatúry Prílohy... 59

7 Zoznam symbolov a skratiek p odchýlka polohy (mm) t odchýlka tvaru (mm) R max drsnosť povrchu (µm) f odchýlka rozmeru (mm) M si skutočný rozmer (mm) M m menovitý rozmer (mm) m hmotnosť (g) F 1 frekvencia lúča (Hz) v max rýchlosť posuvu (mm/s) a max zrýchlenie (mm/s 2 ) dx zmena dĺžky posunutia (mm) PC osobný počítač (-) 3D trojrozmerný (-) FFT integrovaná frekvenčná analýza (-) NC číslicovo riadený obrábací stroj (-) CNC počítačom riadený obrábací stroj (-) ISO medzinárodná technická norma (-) STN slovenská technická norma (-) DIN nemecká technická norma (-) ASME norma pre kontrolu strojov (-) UNMS SR úrad pre normalizáciu, metrológiu a skúšobníctvo SR (-) K1, K2, K3 triedy presnosti v poradí podľa vzrastajúcej presnosti (-) HSC vysoko rýchlostne obrábanie (-) 5

8 Úvod V súčasnej dobe je vo svete vysoko rozšírená strojárska výroba v rôznych odvetviach. Z tohto dôvodu je vyvíjaný neustály tlak na zvyšovanie efektívnosti, rýchlosti a presnosti výroby, čo vedie k vývoju v stavbe obrábacích strojov. Jedným z najdôležitejších ukazovateľov u obrábacích strojov je ich pracovná presnosť. Pracovná presnosť je dôležitá pri výrobe súčiastok, aby mohli plniť svoju funkciu na ktorú boli vyrobené, preto musia byť ich skutočný tvar, povrch a rozmery rozdielne od ideálnych rozmerov, tvaru a povrchu v určitých hraniciach. Tieto hranice sú dane tým aby bola zachovaná funkčnosť výrobkov. Presnosť obrábania je ovplyvnená celým radom nepresností a odchýlok vznikajúcich v nosnom systéme stroja (pružné a tepelné deformácie telies nosného systému, stykové deformácie v pohyblivých i nepohyblivých spojeniach), v pohonoch jednotlivých výkonných členov, v riadiacom systéme, v odmeriavacích systémoch, na nástroji, prípravku i samotnom obrobku. Presnosť obrábacieho stroja je úzko spätá s presnosťou pracovných pohybov, jeho výkonných členov (vretená, suporty, stoly, šmýkadlá) a ich relatívnou polohou pri práci. Presnosť obrábania spolu s výrobnosťou určujú kvalitu produkcie a efektívnosť strojárskej výroby. Preto je veľmi dôležité zvyšovanie presnosti a výrobnosti stoja v záujme konštruktérov obrábacích strojov. Neustály rast požiadaviek na kvalitu produkcie vedie k tomu, že súčasné obrábacie stroje sú stále zložitejšie a dokonalejšie mechatronické systémy, ktoré však zároveň rýchlejšie podliehajú morálnemu opotrebovaniu, ako stroje dávnejšie vyrobené. Konštruktéri obrábacích strojov pri tvorbe nového stroja musia v pomerne krátkom časovom intervale hľadať optimálne technické riešenie ako pre obrábací stroj v celku, tak i pre jeho jednotlivé funkčné celky, ich charakteristiky a vzájomnú koreláciu [2]. Práca sa bude zameriavať na zmeranie presnosti stroja a zhodnotenia zistených nepresnosti, teda toho, čo vplýva na vznik nepresnosti. Cieľom diplomovej práce je zmerať presnosti CNC frézky pomocou laserového interferometra pri priamej metóde merania presnosti polohovania a pri nepriamej metóde sa meria súčiastka vyrobená na danom stroji pomocou multisenzorového meracieho stroja. Predpokladom je,že nepresnosti budú súvisieť s opotrebovaním v jednotlivých miestach pracovného stola stroja, ako aj so samotným výrobným procesom. 6

9 1.Presnosť 1.1 Presnosť a nepresnosť Pod pojmom presnosť obrábania rozumieme stupeň zhody obrobenej súčiastky s jej geometrickým vzorom, ktorý je určený výkresom. Čím je táto zhoda väčšia, tým je presnosť obrábania vyššia. Na druhej strane príslušná odchýlka predstavuje stupeň nezhody obrobenej súčiastky s príslušným geometrickým vzorom a nazývame ju nepresnosť. Aby mohla ľubovoľná súčiastka plniť správne svoju funkciu, na ktorú je určená, môže sa jej skutočný tvar a povrch odchyľovať od tvaru a povrchu ideálnej súčiastky len v určitých prípustných medziach, ktoré boli zistené ako uspokojivé pre plnenie požadovanej funkcie. Určiť a zmerať nepresnosť každého bodu skutočného povrchu obrobenej súčiastky je prakticky nemožné. Z tohto dôvodu sa zaviedli a definovali príslušné druhy odchýlok drsnosť povrchu, odchýlka tvaru, odchýlka polohy a odchýlky rozmerov od ich menovitých hodnôt (obr.1). Obr.1 Druhy odchýlok skutočnej povrchovej plochy obrobku [2] 7

10 Pod pojmom drsnosť povrchu R max rozumieme rozmerovo veľmi malé nepravidelnosti povrchu ( v µm), ktoré na obrobenej súčiastke vznikajú ako stopy po ostrí nástrojov, brúsnych zŕn a pod. Veľkosť a tvar nepravidelností povrchu sú determinované spôsobom obrábania, fyzikálnymi vlastnosťami obrábaného materiálu, trením nástroja po obrobenej ploche, tuhosťou nástroja, akosťou a tvarom ostria, geometriou nástroja a reznými podmienkami. Odchýlka tvaru Δ t je určená rozdielom tvaru skutočnej plochy vzhľadom na ideálny tvar súčiastky. Do odchýlky tvaru sa zahrňuje aj vlnitosť skutočnej plochy spôsobená hlavne kmitaním sústavy stroj-nástroj-obrobok. Odchýlka polohy Δ p je daná nepresnosťou vzájomného vzťahu dvoch prvkov (plôch, priamok, bodov), a to na jednej súčiastke, alebo na viacerých súčiastkach navzájom. Jej veľkosť závisí od spôsobu obrábania, pracovných podmienok, presnosti a tuhosti obrábacieho stroja, pri viacerých súčiastkach spolupôsobí aj vplyv montáže. Odchýlka rozmeru Δ f predstavuje rozmerovú nepresnosť skutočnej plochy vzhľadom na rozmer menovitej plochy. Matematicky to je teda rozdiel medzi skutočným rozmerom M si a menovitým rozmerom M m. Δ f = M si - M m (1.1) Skutočný rozmer je rozmer nameraný na súčiastke a v každom bode i skutočnej plochy je iný. Veľkosť odchýlky rozmeru bude teda v každom bode skutočnej plochy iná. Pri výrobe súčiastok nie je prakticky možné vyrobiť súčiastku s absolútnou presnosťou. Rozmery obrobenej súčiastky sa vždy líšia od menovitej hodnoty. Príslušná odchýlka závisí od dvoch činiteľov, z ktorých najdôležitejším je použitá výrobná operácia. Niektoré dokončovacie operácie umožňujú priblížiť sa k menovitému rozmeru veľmi blízko, takže rozdiel medzi skutočným rozmerom a rozmerom predpísaným na výkrese je veľmi malý. Celková nepresnosť obrábania je výsledkom celého radu faktorov. Každý z nich spôsobuje vznik charakteristických prvotných nepresností, z ktorých najdôležitejšie sú : nepresnosti spôsobené pružnými deformáciami technologickej sústavy strojnástroj- obrobok a od rezných síl a odporov, nepresnosti vyvolané teplotnými deformáciami technologickej sústavy, nepresnosti spôsobené opotrebovaním ostria rezného nástroja, nepresnosti zoradenia stroja a ustavenia obrobku na stroji, 8

11 nepresnosti spôsobené deformáciami obrobku od upínacích síl, nepresnosti vyvolané geometrickými a kinematickými nepresnosťami obrábacieho stroja, nepresnosti spôsobené geometrickými nepresnosťami rezného nástroja, nepresnosti vyvolané vnútorným napätím v materiáli obrobku, nepresnosti spôsobené kmitaním technologickej sústavy, nepresnosti spôsobené kolísaním vstupných rozmerových parametrov obrobku a nehomogenitou štruktúry materiálu. Z uvedeného pohľadu základných faktorov ovplyvňujúcich presnosť obrábania vidíme, že rozhodujúcu úlohu pri zabezpečení presnosti výroby zohráva obrábací stroj a jeho presnosť. [2] 1.2 Meracie metódy Podľa spôsobu určovania meranej veličiny poznáme: a) priamu meraciu metódu, b) nepriamu meraciu metódu. V prípade priamej meracej metódy sa hodnota meranej veličiny získa priamo bez nutnosti merania ďalších veličín funkčne viazaných s veličinou meranou. Priamou meracou metódou je napríklad stanovenie hmotnosti na mechanických váhach, meranie dĺžky čiarkovými mierami a podobne. Nepriamou meracou metódou sa hodnota meranej veličiny získa meraním iných veličín funkčne viazaných s meranou veličinou. Príkladom nepriamej meracej metódy je meranie teploty odporovým teplomerom, meranie prietoku škrtiacim orgánom, meranie tlaku kvapalinovým tlakomerom a podobne. Podľa spôsobu merania sa meracie metódy delia na dve časti: a) absolútnu (definičnú) meraciu metódu, ktorá sa zakladá na meraní veličín obsiahnutých v definícii meranej veličiny. 9

12 b) porovnávaciu meraciu metódu, pri ktorej sa porovnáva hodnota meranej veličiny so známou hodnotou veličiny rovnakého druhu alebo veličiny iného druhu, ktorá sa dá transformovať na druh meranej veličiny. Porovnávacie metódy sa ďalej delia podľa techniky merania, pričom poznáme: 1) priamu porovnávaciu metódu, pri ktorej sa meraná veličina priamo porovnáva so známou hodnotou veličiny rovnakého druhu, napr. meranie rozmerov čiarkovými mierami, meranie hmotnosti na rovnomerných váhach a pod., 2) nepriamu porovnávaciu metódu, pri ktorej sa porovnávajú známe hodnoty inej veličiny viazanej s meranou veličinou známym funkčným vzťahom. Ide napríklad o meranie tlaku deformačným tlakomerom, meranie teploty dilatačným teplomerom a po., 3) substitučnú metódu, pri ktorej sa meraná veličina nahrádza veličinou rovnakého druhu so známou hodnotou, ktorá sa vyhľadá tak, aby boli rovnaké údaje vyvolané na indikačnom zariadení. Ide napríklad o presné meranie dĺžok pomocou koncových mierok a komparačného meradla. 4) kompenzačnú metódu, pri ktorej účinok veličiny neznámej hodnoty zrušíme účinkom rovnakej veličiny, ktorej hodnotu poznáme. Ide napríklad o meranie elektrického odporu kompenzátorom a podobne. 5) diferenčnú metódu, pri ktorej sa meraná veličina porovnáva s veličinou rovnakého druhu a známej hodnoty málo sa líšiacej od hodnoty meranej veličiny, pričom sa určuje rozdiel medzi nimi. Ide napríklad o váženie na závažových váhach a podobne, 6) nulovú metódu, pri ktorej sa hodnota meranej veličiny stanoví na základe rovnováhy nastavenej jednou alebo niekoľkými veličinami známych hodnôt, pričom vzťah s meranou veličinou pri rovnováhe je známy. Ide napríklad o váženie na decimálnych a mostových váhach, meranie elektrického odporu pomocou mostíka a podobne [4]. 1.3 Meranie presnosti Geometrická presnosť sa zisťuje v tepelne ustálenom stave stroja, ktorý zodpovedá jeho tepelnému stavu, pri normálnych pracovných podmienkach. Najvhodnejšia teplota okolia pri meraniach je 20 C+-2 C. Kolísanie teploty pracovného prostredia počas skúšok nesmie prekročiť hodnoty uvedené v návode na obsluhu stroja, alebo v príslušných normách pre 10

13 presnosť konkrétneho druhu a typu obrábacieho stroja. Ak tam tieto hodnoty nie sú definované, potom kolísanie teploty pracovného prostredia nesmie prekročiť pre stroje triedy presnosti III., IV. a V. (v absolútnom systéme podľa STN :1984 ) 2 C. Pre stroje tried presnosti I. a II. táto hodnota nie je definovaná. Počas skúšok musia byť stroje chránené pred prúdením vzduchu, tepelným žiarením a inými zdrojmi tepla. Ak by výsledky merania mohlo v rozhodujúcej miere ovplyvniť teplo vznikajúce pri práci stroja, treba tieto merania vykonať po ukončení práce stroja pri chode naprázdno v súlade s údajmi v normách pre presnosť stroja alebo s údajmi v návode na jeho obsluhu. Na teplotu pracovného prostredia má byt stabilizovaná aj teplota meracích prístrojov. Podľa potreby sa vykoná korekcia vplyvu teploty na výsledky merania. Geometrická presnosť stroja sa zisťuje na stroji nezaťaženom obrobkom alebo reznými odpormi, a to v pokoji alebo pri chode naprázdno. Chyby merania nesmú prekročiť 20 % hodnoty nameranej odchýlky pre stroje triedy presnosti I. a II., 25 % pre stroje triedy presnosti III. a IV. a 30% pre stroje triedy presnosti V. (v absolútnom systéme). Chyba, ktorá vznikne pri spracovaní číselných údajov merania, nesmie prekročiť 10 % chyby merania. Pri určovaní presnosti polohy alebo pohybu pracovnej jednotky stroja vzhľadom na povrch s nedostatočnou presnosťou tvaru sa merania vzťahujú na rovinu rovnobežnú s obalovou rovinou tohto povrchu. Pre tento účel sa využívajú kontrolné dosky alebo kontrolné pravítka, ktoré sa umiestnia na kontrolovanú vzťažnú plochu. Dovolená odchýlka uvedená pre menšiu dĺžku merania (miestna tolerancia) má platnosť pre ľubovoľný úsek z celej dĺžky merania. Ak nie je predpísaný smer odchýlky, použije sa jej absolútna hodnota [2]. Skúšky geometrickej presnosti začínajú vždy starostlivým uložením stroja na základ tak, aby jeho východisková (referenčná) plocha bola vo vodorovnej rovine. Tomuto úkonu sa bežne hovorí uvedenie stroja "do vodováhy". S touto referenčnou plochou sú potom porovnávané polohy ďalších funkčných plôch, osi vretien, smery pohybov pracovných jednotiek obrábacieho stroja a pod. Referenčnou plochou bývajú spravidla vodiace plochy na lôžkach sústruhov, frézovačiek, hobľovačiek, brúsok a pod., upínacie plochy dosiek vŕtačiek, zvislých sústruhov, stolov konzolových frézovačiek, vodorovných obrábačiek a pod. Obrábací stroj sa do vodorovnej roviny nastavuje pomocou nastavovacích klinov a skrutiek. Poloha sa kontroluje vodováhou, ktorou je možné súčasne premerať aj priamosť a rovinnosť referenčnej plochy. Dovolené odchýlky od vodorovnosti sú prípustné v stotinách mm na dĺžku 1 m plochy a sú uvedené v príslušných normách pre presnosť príslušného obrábacieho stroja, resp. v návode na jeho obsluhu. Pokiaľ tieto údaje chýbajú, potom podľa STN sú 11

14 prípustné dovolené odchýlky maximálne 0,04 mm/1 m pre stroje triedy presnosti I. a II. a maximálne 0,02 mm/1 m pre stroje vyšších tried presnosti. Výsledkom týchto skúšok je okrem nastavenia referenčnej plochy do vodorovnej polohy aj zistenie charakteru nameraných odchýlok od vodorovnosti. Napríklad predné i zadné vedenie na lôžku sústruhu majú mať v pozdĺžnom smere súhlasný priebeh odchýlky, čo môže potvrdiť skúška vodorovnosti v priečnom smere. Ak sa zistí, že tieto priebehy sú nesúhlasné, signalizuje to možnosť skrútenia lôžka, čo je neprípustné. Pripúšťajú sa však vedenia vypuklé (vyššie v prostriedku, nižšie na krajoch), resp. vyššia poloha predného vedenia, pretože pri zaťažení reznými odpormi sa lôžko najviac deformuje v prostriedku a predné vedenie je zaťažené viac, než zadné. Pre zvislé sústruhy sa napríklad pripúšťa vydutosť upínacej plochy dosky (odchýlka sa udáva v stotinách mm na 1000 mm priemeru dosky), pretože najväčšia deformácia dosky od upnutia aj tiaže obrobku je na okraji dosky. Pri skúškach geometrickej presnosti obrábacích strojov sa vykonávajú merania týchto základných veličín charakterizujúcich presnosť tvaru, polohy a vzájomných pohybov: priamosť a priamočiarosť, rovnobežnosť, kolmosť, súosovosť a presnosť chodu. Problematikou merania priamosti plôch pracovných jednotiek strojov a skúšobných obrobkov v rovine sa zaoberá norma STN :1989. Ako už bolo spomenuté, skúšky geometrickej presnosti sú len nutným, ale nie postačujúcim predpokladom pre presnú prácu obrábacieho stroja. Sú síce pomerne jednoducho a lacno realizovateľné a môžu odhaliť celý rad skrytých nedostatkov zapríčinených nedokonalosťou výroby a montáže obrábacieho stroja, nemajú však veľkú vypovedaciu schopnosť o vlastnostiach stroja pri práci, teda pri zaťažení reznými silami a odpormi, kde sa prejavia dynamické vplyvy pohybujúcich sa častí stroja. Preto sa zaviedli skúšky pracovnej presnosti, ktorú niektorí autori zvyknú nazývať aj presnosťou dynamickou. Na vypracovaní postupov pre skúšky pracovnej presnosti obrábacích strojov má hlavnú zásluhu francúzsky profesor P. Salmon, ktorý doplnil Schlesingerove predpisy podrobnými predpismi pre overenie pracovnej presnosti, ktorá sa kontroluje premeriavaním obrobkov normalizovaných tvarov a rozmerov obrobených pri normalizovaných pracovných podmienkach. Tieto predpisy sa stali súčasťou predpisov pre skúšky geometrickej presnosti obrábacích strojov a sú obsiahnuté v príslušných normách STN. Všeobecné podmienky pre vykonanie skúšok pracovnej presnosti sú u nás definované v norme STN : V tejto norme sú špecifikované všeobecné požiadavky na tvar a presnosť vyhotovenia skúšobných obrobkov, požiadavky na kvalitu materiálu, z ktorého sú 12

15 zhotovené, ako aj požiadavky na obrábanie a meranie. Podrobné informácie potom poskytujú príslušné normy STN pre skúšky geometrickej presnosti jednotlivých druhov obrábacích strojov. Zásadne sa však skúšky pracovnej presnosti obrábacích strojov realizujú pri dokončovacích podmienkach obrábania (napr. hrúbka triesky 0,1 mm, posuv na zub 0,1 mm a pod.), nikdy nie pri hrubovacích podmienkach, pri ktorých vznikajú značne veľké rezné sily. Kontrolné merania skúšobných obrobkov sa po ich obrobení vykonávajú rôznymi metódami, ktoré sú definované a podrobne špecifikované v príslušných normách STN. Kontrolujú sa tieto veličiny: kruhovitosť skúšobného obrobku (STN :1989), rovnobežnosť dvoch rovinných plôch skúšobného obrobku (STN :1989), kolmosť dvoch rovinných plôch skúšobného obrobku (STN :1989), komplexná previerka rovnobežnosti a priamočiarosti dvoch rovinných plôch skúšobného obrobku (STN :1989), stálosť rozmerov valcových skúšobných obrobkov jednej série (STN : 1989), čelné hádzanie plôch skúšobného obrobku (STN :1989), stálosť priemerov (STN :1989). Okrem bežných skúšok pracovnej presnosti obrábacích strojov sa môžu vykonávať aj ďalšie skúšky. Napríklad na sústruhoch s vodiacou skrutkou sa robí skúška presnosti stúpania vysústruženého závitu v dĺžke minimálne 320 mm pri letmom upnutí obrobku. Na strojoch na výrobu ozubených kolies sa na obrobku kontroluje presnosť uhlového delenia (odchýlky v rozstupe ozubenia). Výsledky týchto skúšok v svojej podstate kvantifikujú tretí druh presnosti obrábacích strojov, ktorým je kinematická presnosť. Kinematická presnosť obrábacích strojov teda charakterizuje stupeň zhody skutočných prevodových pomerov kinematických reťazcov stroja s ich príslušnými požadovanými (ideálnymi) hodnotami [2]. Podľa hodnôt nameraných odchýlok pri skúškach geometrickej, pracovnej a kinematickej presnosti môžeme obrábacie stroje rozdeliť do príslušných tried presnosti. V minulosti bolo napríklad zaužívané rozdelenie obrábacích strojov na stroje bežnej presnosti, stroje zvýšenej presnosti a stroje vysokej presnosti. V súčasnosti platná norma STN rozdeľuje obrábacie stroje v absolútnom a relatívnom systéme. V absolútnom systéme klasifikácie presnosti je stanovených päť tried presnosti, ktoré sú označené vzostupne podľa vzrastajúcej presnosti rímskymi číslicami od l. po V. Rozdelenie strojov do jednotlivých tried 13

16 presnosti sa uskutočňuje podľa skupín strojov s ohľadom na požiadavky presnosti obrábania. Do jednej triedy presnosti v absolútnom systéme patria obrábacie stroje, ktoré zaručujú rovnakú presnosť obrábania tvarovo a rozmerovo porovnateľných plôch skúšobných obrobkov bez ohľadu na druh stroja. V relatívnom systéme klasifikácie sú stanovené triedy presnosti v poradí podľa vzrastajúcej presnosti K1, K2, K3 atď. Rozdelenie strojov do tried presnosti v relatívnom systéme sa uskutočňuje podľa druhov obrábacích strojov. Do triedy presnosti K1 patria všetky stroje jedného druhu, ktorých presnosť zodpovedá normám používaným v súčasnosti vo svete pre stroje bežného použitia. Väčšina metód meraní, pracovných postupov a vyhodnotenia výsledkov meraní geometrickej a pracovnej presnosti obrábacích strojov, ktoré sú obsahom vyššie citovaných noriem STN, korešponduje vo svojej podstate s obsahom medzinárodných noriem ISO, resp. s obsahom odporúčaní technickej skupiny TC 39 pre obrábacie stroje tejto celosvetovej federácie národných normalizačných spoločností. Tie normy STN, ktoré sú identické s príslušnou medzinárodnou normou, prebrali aj jej označenie, ako napríklad STN ISO 1701 ( : 1993) Preberacie podmienky frézovačiek so stolom meniteľnej výšky s vodorovnou alebo zvislou osou vretena - skúšky presnosti. Základné definície a všeobecne platné metódy merania presnosti obrábacích strojov sú obsahom noriem radu ISO 230, ktoré však doteraz neboli zavedené do registra noriem STN i napriek tomu, že platné normy STN ISO sa na ne odvolávajú (napríklad na normu ISO Zásady preberania obrábacích strojov, časť 1 - Geometrická presnosť obrábacích strojov, pracujúcich bez zaťaženia alebo pri dokončovacích podmienkach obrábania) [2]. 1.4 Meracie prostriedky Meracími prostriedkami budeme vo všeobecnosti rozumieť technické prostriedky potrebné na uskutočnenie meraní. V zásade sa dajú rozlíšiť štyri základné triedy meracích prostriedkov: meradlá, meracie prevodníky, pomocné meracie zariadenia, referenčné materiály. 14

17 Meradlo je zariadenie alebo súbor zariadení, určené na meranie veličín. Merací systém je súbor meradiel a ostatných zariadení a látok, ktorý je zostavený a prispôsobený na meranie veličín daného druhu v danom rozsahu hodnôt. Keďže konštrukcia a zamýšľané použitie meradiel sa môže značne líšiť, klasifikácia meradiel sa dá vykonávať podľa rôznych kritérií: a) Podľa zamýšľaného použitia: - pracovné meradlá, určené na stanovenie hodnôt meraných veličín vo výrobe, laboratóriách, výskume atď., - etalóny, určené na realizáciu definície danej veličiny, ktoré sa používajú ako referencia, b) podľa formy údaja: - ukazovacie (indikačné) - napr. ručičkový voltmeter, mikrometer, - zapisovacie (registračné) - napr. zapisovací spektrometer, barograf, c) podľa charakteru údaja: - analógové - meracie prístroje, ktorých údaje sú spojitou funkciou meranej veličiny ( obr.2), - číslicové (digitálne) - meracie prístroje, ktoré poskytujú údaje v číslicovej forme (obr.3), Obr. 2 Analógový merací prístroj [3] Obr. 3 Digitálny merací prístroj [3] d) podľa druhu meranej veličiny so špeciálnymi názvami tvorenými spravidla: - názvom veličiny a príponou meter (tachometer, barometer), 15

18 - názvom jednotky a príponou meter (kalorimeter, voltmeter), - názvom veličiny a príponou mer (tlakomer, silomer), - názvom meraného prostredia a príponou mer (vodomer, plynomer), - inak (napr. váhy, stopky), e) podľa styku s meraným prostredím: - dotykové - prichádzajú do priameho styku s meraným prostredím, - bezdotykové - neprichádzajú do priameho styku s meraným prostredím (napr. ultrazvukový prietokomer [3]. Merací prevodník je zariadenie poskytujúce na svojom výstupe veličinu, ktorá je v určenom vzťahu k veličine na jeho vstupe. Príkladom je termočlánok, tenzometer, Bourdonova trubica, bimetalový pásik, merací transformátor a podobne. Pomocné meracie zariadenia sú zariadenia potrebné na uskutočnenie meraní, na dosiahnutie požadovanej presnosti a pod. Nie sú to meradlá ani meracie prevodníky, ale ich použitie ovplyvňuje výsledok merania. Slúžia hlavne na udržiavanie meraných a ovplyvňujúcich veličín na požadovaných hodnotách, na uľahčenie a skvalitnenie meracích úkonov atď. Napríklad pri meraní geometrie objektu sa kontroluje teplota. Referenčný materiál (RM) je materiál, ktorý je dostatočne homogénny a stabilný s ohľadom na jednu alebo viacero špecifikovaných veličín a ktorý sa používa na kalibráciu meracieho systému alebo na ohodnotenie meracieho postupu alebo na priradenie hodnôt a neistôt merania k veličinám toho istého druhu pre iné materiály. Referenčný materiál môže mať rôznu formu, napr. čisté plyny alebo zmesi plynov, kvapalina, pevná látka alebo suspenzia. Tento pojem sa používa aj pre materiály realizujúce nominálne vlastnosti, napríklad farbu. Certifikovaný referenčný materiál (CRM) je referenčný materiál, ku ktorému je priložený overený certifikát, ktorý pre každú špecifikovanú veličinu uvádza jej hodnotu, neistotu merania a reťazec metrologickej nadväznosti. CRM sa vo všeobecnosti pripravujú v dávkach. V každej dávke sa zisťuje hodnota príslušnej veličiny a neistota merania pomocou merania vzoriek, ktoré reprezentujú danú dávku. [5] 2. Laserová interferometria 2.1 Laser 16

19 Laser patrí medzi mladšie vynálezy 20. storočia. Ale aj tak mu je tento rok už 42 rokov, stal sa neoddeliteľnou súčasťou nášho života. Slovo samé je skratkou anglického výrazu "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", čo sa prekladá ako "zosilenie svetla pomocou vynútenej (stimulovanej) emisie žiarenia". Slovenský výraz pre laser je "kvantový generátor svetla". Z názvu je zrejmé, že laser je zariadenie, ktoré vydáva svetlo. Od bežného svetla (napr. svetla žiarovky) sa však líši tím, že je monochromatické (jednofarebné), koherentné (usporiadané) a má malou divergenciu (rozbiehavosť). Energiu môžeme dodávať rôznym spôsobom, napríklad opticky (svetlom výbojky), chemicky, elektricky atd. Vzhľadom samotných laserov je veľmi rôznorodý. Záleží hlavne na druhu laseru, na jeho konštrukcie a v neposlednej rade na jeho použitiu. Koherentné svetlo má jedinú frekvenciu a fázu a ide ju prirovnať k pochodujúcemu vojenskému útvaru, zatiaľ nekoherentné svetlo k davu ľudí pohybujúcich sa chaoticky po ulici. Činnosť laseru je založená na princípe indukovanej emisie, ktorú Albert Einstein predpovedal už v roku Talentovaný anglický fyzik Paul Adrien Maurice Dirac spravil koncom 20. rokov ešte detailnejšiu matematickú analýzu kvantovej teórie žiarenia a ďalej rozvinul Einsteinove myšlienky. Avšak až v roku 1958 spravil Charles Hard Towens (neskorší nositeľ Nobelovej ceny za fyziku) sa so svojimi spolupracovníkmi správne výpočty, ktoré umožnili tuto myšlienku realizovať. Koncom roku 1959 sa začala pozornosť vedcov obracať k rubínu, jednému z najušľachtilejších drahých kameňov. Vedci však zaujímalo to, že rubín javí fotoluminiscenciu. V lete roku 1960 americký fyzik T. Maiman vyleštil koncové steny kryštálu umelého rubínu a opatril ju vrstvičkou striebra (vo funkcii zrkadla). Po ožiarení kryštálu zeleným svetlom prenikol jedným zo zrkadiel červený lúč laserového svetla. Maiman sa tak stal tvorcom prvého laseru. Stimulovaná emisia Predstavme si atóm, ktorý má iba dve energetické hladiny (dvojhladinový systém) a môže prechádzať z jednej hladiny na druhú za súčasného pohltenia alebo vyžiarenie kvanta elektromagnetického žiarenia. V prvom prípade máme atóm na hornej energetickej hladine. V niektorom okamžiku, ktorý nejde vopred určiť, opustí atóm hornú hladinu a prejde na hladinu spodnú. Zároveň vyžiari kvantum energie, hovoríme o spontánnej emisie. V ďalších dvoch prípadoch dopadá na atóm kvantum elektromagnetického žiarenia. Ak ho zastihne na spodnej energetickej hladine, môže byť atómom pohltený a atóm preskočí na hornú hladinu, hovoríme o absorbovaní. Ak stretne sa žiarenie s atómom na 17

20 hornej hladine, môže ho donútiť vyžiariť ďalší kvantum energie a prejsť na spodnú hladinu, hovoríme o indukovanej emisie [6] Rozdelenie laserov Lasery môžeme rozdeliť podľa rôznych kritérií: Podľa povahy aktívneho prostredia rozlišujeme lasery : a, pevnolátkové, b, kvapalinové, c, plynové. d, lasery využívajúce zväzky nabitých častíc Podľa spôsobu čerpania energie je možné lasery rozdeliť na čerpané: a, opticky, b, elektricky, c, chemicky, d, termodynamicky, e, jadrovou energiou. Z hľadiska režimu práce môžu lasery pracovať kontinuálne (spojite, nepretržite ) alebo impulzne. Lasery môžeme deliť taktiež podľa vyžarovanej vlnovej dĺžky na : a, infračervené, b, lasery v oblasti viditeľného svetla c, ultrafialové, d, röntgenové, Lasery môžeme podľa použitia rozdeliť na : a, výskumné, b, meracie, c, lekárske, d, technologické, e, energetické, 18

21 f, vojenské. Lasery majú nepriaznivé biologické účinky, ktoré vyvolávajú : a, Lokálne zvýšenie teploty a tým poškodenie živého tkaniva. b, Druhotným účinkom teploty, vznikom tlakovej vlny, ktorej intenzita dostačuje na trhanie svalového tkaniva. Lasery využívajúce pevné látky: Do tejto skupiny patria lasery využívajúce rozptýlené ionty v kryštalických nebo amorfných látkach, polovodičové lasery a lasery s kryštálmi s farebnými centrami. Najstarším laserom je laser rubínový. Ako aktívne prostredie je použitý kryštál korundu (Al2O3) s prímesami chrómu (rádové desatiny percenta), ktorý predstavuje aktívnu látku. Laser vyžaruje červené svetlo s vlnovou dĺžkou 0,6943 mikrometru a pohlcuje energiu svetla výbojky (kratšej vlnovej dĺžky, zelenú časť spektra). Skôr sa používali výbojky tvaru závitnice, ktorá ovíjala kryštál. Výroba takejto výbojky ale roby problémy, preto sa prešlo na lasery s eliptickými zrkadlami. Svetlo vydávané výbojkou umiestnenou v jednom ohnisku sa sústreďuje v druhom ohnisku, kde je umiestený kryštál. Je to laser trojhladinový pracujúci v impulznom režime. Impulzní režim je nutný, pretože sa kryštál pri čerpaní energie silne zahrieva. Najrozšírenejšie sú lasery s neodymovým sklom, kde sú ionty neodymu rozptýlené v sklenenej matrici a lasery YAG s kryštálom yttrio - hlinitého granátu dotovaného neodymem. Neodymové sklo môže byť vyrábané v prakticky neobmedzených rozmeroch a dosahovať tak veľkou laserovou energiu. Atómy neodymu pracujú ako štvorhladinový systém. Laser vyžaruje infračervený lúč o veľkej energii. Pokiaľ ide o YAG laser, vyznačuje sa vysokou účinnosťou, stačí ho osvetliť obyčajnou žiarovkou a môže vydávať spojité svetlo o výkonu stovky wattov. V poslednej dobe sa osvedčuje aj takzvané YAP lasery s kryštálom yttrio hlinitého perovskitu. Lasery kvapalinové Kvapalinové lasery pracujúce s cheláty rôznych prvkov vzácnych zemín sa objavili už v roku Výhodou je, že môžu zaberať neobmedzene veľký objem a sú dokonale homogénne. Nevýhodou ale je, že sa chemicky rozkladajú. Dôležitou skupinou sú však najme farebné lasery, ktoré využívajú roztokov rôznych organických látok, napríklad rhodaminu. K týmto kvapalinovým laserom patria i lasery na farebných centrách, kryštáloch s rôznymi defekty vyvolávajúce absorpciu na rôznofarebných spektrálnych čiarach (kryštál KCl s prímesi lithia). Farebné lasery a lasery na farebných centrách majú spoločnú vlastnosť, ktorá 19

22 ich predurčuje k použitiu v spektroskopii a v informačnej technike. Sú preladiteľné a vlnovú dĺžku laserového žiarenia ide u nich plynule meniť. Lasery plynné Z plynových laserov sa stal najznámejší laser hélium - neónový generujúci jak červené (na vlne 0,6328 mikrometru), tak infračervené žiarenie. Hélium- neónový laser tvorí dlhá sklenená trubica naplnená zmesou neónu a hélia, v nej sa budí elektrický výboj na vysokom kmitočte najčastejšie vonkajšími elektródami. Konce trubíc bývajú skosené pod Brewsterovým uhlom a celá trubice je umiestená medzi zrkadlami vonkajšieho rezonátora. Ako aktívny plyn pôsobí neón. Lúč má vysokú stabilitu kmitočtu (vyššiu než u maseru) a malou rozbiehavosť. To predurčuje hélium- neónový laser k funkcii presných hodín, presného diaľkomeru a k účelom telekomunikačným a geodetickým [7]. 2.2 Princíp interferometrie Vzniká skladaním dvoch alebo viacerých svetelných vlnení, veľkosť výsledného vlnenia závisí od veľkosti fázového alebo dráhového rozdielu medzi jednotlivými svetelnými zväzkami. Koherentné svetlo je svetlo s konštantným fázovým rozdielom, získame ho štiepením svetla na niekoľko zväzkov. -aby bola interferencia pozorovateľná musia byť vlnenia koherentné a to sú vtedy ak rozdiely optických dráh nezávisia od času ale od miesta. -ak nemá vrstva dokonalé rovinné rovnobežné plochy bude v monofrekvenčnom svetle tmavá alebo svetlá v závislosti na hrúbke vrstvy d. Pri dopade bieleho svetla bude plocha v závislosti na hrúbke vrstvy zafarbená dúhovo(kaluž vody). Ohyb svetla- difrakcia- Huygensov princíp, ak je prekážka malých rozmerov. -pri ohybných javoch sa v tmavých miestach svetlo zoslabuje a vo svetlých zosilňuje. Čiže svetelné vlnenie interferuje pri difrakcii svetla. Či bude v danom mieste zosilnenie alebo zoslabenie rozhoduje dráhový rozdiel interferujúcich vlnení. -ak dráhový rozdiel bude rovný párnemu násobku vlnovej dĺžky -nastane maximum. -ohyb svetla na druhej štrbine -ak bude svetlo biele dostaneme dvoj koherentné vlnenie, svetlo farebné [8]. Interferometria sa v dnešnej dobe považuje za vrcholový merací štandard. Princíp svetelnej interferometrie ako meracieho nástroja bol prvý krát demonštrovaný v roku S rozvojom 20

23 technológií sa vyvíjal aj jednoduchý princíp interferometrie a hlavne možnosť jeho využitia, ktorá bola v 19.storočí veľmi malá. Problematická bola v tej dobe hlavne stabilita svetelného lúča, frekvencia, jeho intenzita závisiaca od dĺžky, rozptyľovanie a možnosť jeho usmerňovania. Taktiež sa v tej dobe nebral ohľad na vplyv jednotlivých prostredí (teplota, tlak, vlhkosť...) a jej kompenzáciu. Tie mohli vplyvom tepelnej rozťažnosti a iných činiteľov meranie znehodnotiť [9]. Obr. 4 Princíp interferometrie [9] Základný princíp interferometra (obr. 4 ) a (obr. 5).Lúč monochromatického svetla vychádza zo zdroja a dopadá na slabo postriebrenú polopriepustnú doštičku nastavenú pod uhlom 45 ku smeru lúča. Lúč sa na doštičke rozdelí na dva navzájom kolmé lúče. Lúč preniknutý doštičkou dopadá na zrkadlo (pohyblivé), lúč odrazený dopadá na zrkadlo (fixné). Po odraze na zrkadlách sa obidva lúče zas vrátia na polopriepustnú doštičku kde sa zase rozdelia. Časť lúčov sa vráti do zdroja a časť lúčov postupuje smerom k detektoru s fotocitlivými prvkami, kde sa detekuje interferencia lúčov. Maximum zodpovedá svetelnému interferenčnému pásiku, minimum tmavému interferenčnému pásiku. Počet interferenčných pásikov prešlých cez štrbinu fotodetektora, je mierou zmeny dĺžky posunutia dx [10]. 21

24 Obr. 5 Prechod laserového lúča jednotlivými časťami interferometra [10] Obr.6 Schéma činnosti laserového interferometra [9] 22

25 3. Konštrukcia a prevedenie obrábacieho stroja 3.1 Hlavné časti obrábacieho stroja Hlavné časti obrábacieho stroja majú veľký vplyv na celkovú presnosť stroja. Medzi hlavné (základne) časti obrábacieho stroja patria: rám vretenníky pohony vedenia suport iné (koník, revolverové hlavy atď.) Nosný systém (rám) stroja je funkčná skupina, ktorej úlohou je uzatvárať silový tok v stroji a zaistiť potrebnú relatívnu polohu nástroja a spracovávaného predmetu pri realizácii technologického procesu. Rám stroja môže s ohľadom na svoje rozmery a zložitosť tvarov podstatne ovplyvniť celkovú funkčnú a hlavne ekonomickú hodnotu stroja. Z funkčného hľadiska je rám stroja tou jeho časťou, ktorá nielenže umožňuje rozloženie všetkých ostatných funkčných skupín stroja v priestore, ale musí svojimi vnútornými silami zachytávať aj všetky reakcie v uložení členov pohonov jednotlivých výkonných orgánov. Tieto reakcie sú spravidla periodicky premenlivé, môžu byť budiacimi silami vynúteného kmitania rámu. Rám musí byť natoľko dynamicky stabilný, aby jeho vlastné frekvencie boli podstatne vyššie, než frekvencie vynútených kmitov a nenastala rezonancia. Na druhej strane je ale nutné, aby kmity boli rámom tlmené a neprenášali sa z jedného pohonu na druhý a do základu. Rámy rôznych strojov sa líšia svojim funkčným určením, ktoré ovplyvňuje predovšetkým ich tvar. Vo všeobecnosti možno rámy rozdeliť podľa výrobnej technológie a použitého materiálu na rámy odlievané zo sivej liatiny alebo z ocele na odliatky, rámy zvárané z oceľových plechov, rámy kombinované a rámy z iných (neželezných) materiálov [11]. Rám požiadavky: - stálosť tvaru vhodným materiálom a technológiou zabrániť vzniku vnútorných napätí, ktoré spôsobujú deformáciu rámu 23

26 - tuhosť najväčšie sily pri práci stroja nesmú spôsobiť deformácie, ktoré by viedli k prekročeniu dovolenej nepresnosti stroja - dynamická stabilita odolnosť proti chveniu, aby opracované plochy mali vyžadovanú kvalitu - odolnosť proti opotrebeniu vodiacich plôch presnosť pohybov stroja, aby sa vôle nemuseli často vymedzovať a plochy opravovať - dobrý odvod triesok padajúce triesky sa nesmú zhromažďovať na ráme a tepelne ovplyvňovať stroj, nesmú ohrozovať funkciu mechanizmov a vodiacich plôch [12]. Tvary rámov: - otvorené rámy (viď. Obr.6) sú z hľadiska statiky tvarovo i staticky určité konštrukcie. Ako také majú teda možnosť voľne sa deformovať, čo niekedy nie je z hľadiska požadovanej tuhosti (a presnosti) stroja dovolené. Otvorené rámové konštrukcie sa používajú u malých a univerzálnych výrobných strojov. Ich výhodou je prístupnejší pracovný priestor a možnosť spracovávať i predmety väčšie, než je charakteristický rozmer stroja. - uzatvorené rámy (viď. Obr.7) sú z hľadiska statiky sústavy tvarovo pre určité a staticky neurčité. Ich tuhosť je preto vyššia a takéto nosné systémy sa s výhodou využívajú u veľkých, vysoko výkonných a vysoko presných výrobných strojov. Ich určitou nevýhodou je obmedzený pracovný priestor. Typické konštrukcie uzavretých rámov predstavujú napríklad všetky dvojstojanové varianty obrábacích strojov. Obr.7 Schéma stroja s otvoreným Obr.8 Schéma s stroja s uzavretým rámom [12] rámom [12] - vysoká tuhosť je ľahšie dosiahnuteľná na uzavretom ráme, ktorý napriek svoje zložitosti a vyššiemu počtu dielov býva pri rovnakej hmotnosti tuhší ako otvorený rám, - manipulácia s obrobkom je výhodnejšia na otvorenom ráme, ktorý má ľahšie prístupný pracovný priestor a je rovnako výhodný pre manipuláciu s nástrojmi, obsluhu a riadenie práce stroja, 24

27 - rozmery obrobku na uzavretom ráme sú jednoznačne obmedzené, na stroji otvoreným rámom možno opracovať aj rozmernejšie súčiastky [12]. Pohony Pohony obrábacích strojov sú teda skupiny, ktorými sa privádza tok energie do procesu obrábania. Sú tvorené hnacou jednotkou (motorom) a mechanizmom pohonu (hriadeľmi, ozubenými kolesami, posuvovými skrutkami a pod. Pohony obrábacích strojov sú elektrické, hydraulické, elektrohydraulické Elektrické pohony sú: jednosmerné: jednosmerné motory, jednosmerné motory s cudzím budením, jednosmerné regulačné motory: -rýchlobežné, - pomalobežné, -krokové, striedavé motory: -synchrónne, -asynchrónne [12]. Rozdelenie pohonov z hľadiska hlavného a vedľajšieho pohybu: s hlavným pohonom priamočiarym (vratným), kde pohyb koná nástroj (napr. obrážanie), alebo obrobok (napr. hobľovanie). s hlavným pohybom rotačným, kde pohyb koná nástroj (napr. vŕtanie, frézovanie), alebo obrobok (napr. sústruženie) [3]. Vedenia Vodiaci systém (vedenie) je sústava plôch (vodiace plochy), na ktorých sa stýka pohyblivá časť stroja s nepohyblivou časťou a ktorá má zaručiť pohyb po geometricky presnej dráhe (priamka, kružnica) s jedným stupňom voľnosti. Vedenia výrobných strojov musia vyhovovať celému radu požiadaviek, medzi ktoré patria predovšetkým: vysoká presnosť pohybu, vysoká tuhosť, odolnosť voči opotrebeniu, 25

28 možnosť vymedzovania vôle, jednoduchý a dokonalý tvar s vysokou kvalitou povrchu, nízke pasívne odpory v smere pohybu, schopnosť tlmiť chvenie v smere pohybu a v smere kolmom na smer pohybu [11]. Základne rozdelenie vedení: podľa tvaru dráhy: -priamočiare, -kruhové, podľa tvaru vodiacich plôch: -ploché, -prizmatické, -rybinovité, -kruhové, podľa charakteru trenia: -klzné, -valivé, -klzné s kvapalinovým trením (hydrostatické), -aerostatické (pneumostatické), -kombinované [3]. Na obr. 9 sú zobrazené niektoré príklady konštrukcií valivých vedení. Na obr. 9a je zobrazený princíp kompaktného valivého vedenia, ktoré pozostáva z vodiacej dráhy 1 a valivého hniezda 2. Vodiaca dráha sa priskrutkuje ku nepohyblivej časti stroja, valivé hniezdo ku pohyblivej časti. Dvojica sa dodáva zmontovaná od výrobcu ako celok aj s požadovaným predpätím. Počet valivých hniezd na jednej vodiacej dráhe závisí od rozmerov a zaťaženia pohyblivého uzla stroja (pozri obr. 9b, kde na každej dráhe sú po dve valivé hniezda). Na obr. 9c je zobrazená ďalšia možnosť, ktorú dnes ponúkajú výrobcovia modulov pre stavbu výrobných strojov kompletná lineárna pohybová os pozostávajúca z pohonu guľôčkovou skrutkou, nepohyblivej časti a pohyblivého uzla uloženého do nepohyblivej vo valivom vedení. Na čelnej strane nepohyblivej časti sú vytvorené štandardné upínacie plochy pre elektromotor. Na obr. 9d sú zobrazené kompaktné valivé vedenia kruhové, ktoré umožňujú viesť pohyblivý uzol stroja po kružnici[11]. 26

29 Obr.9 Príklady konštrukcií valivých vedení [11] Vretená obrábacích strojov Vretenový uzol je jedným z uzlov obrábacieho stroja, ktorý sa významne podieľa na kvalite jeho práce. Tuhosť uloženia ale aj tuhosť jeho samotného, presnosť chodu dynamická a tepelná stabilita sú vlastnosti, ktoré sa prednostne u každého obrábacieho stroja sledované. S uplatnením strojov pre HSC sa sprísnili požiadavky na konštrukciu vretenových uzlov. Ide hlavne o rýchlobežnosti, dokonalé vyváženie, zníženie hmotnosti, rýchle a spoľahlivé upnutie nástroja či obrobku [3]. Požiadavky na vretená: zabezpečiť presnosť chodu vretena, vreteno musí udržiavať stabilnú polohu v priestore, uloženie musí umožňovať kompenzáciu vymedzenie vôle, resp. predpätia ložísk pri opotrebovaní, pasívne odpory pohybu musia byť minimálne, t.j. vysoká účinnosť prevodov, dobré mazanie, chladenie... Pri návrh sa treba zamerať na: geometrická presnosť vretena, výber konštrukčného materiálu, tvarová konfigurácia priemerov [12]. 27

30 3.2 Vplyv tuhosti na presnosť práce stroja Pôsobením radiálnej zložky sily F p, ktorou pôsobí rezný nástroj na obrobok, napr. pri sústružení obr. 10, vznikajú deformácie častí stroja, nástroja, obrobku, t.j. mení sa poloha nástroja voči obrobku. Toto hlavne ovplyvňuje presnosť práce stroja. Obr.10 Schéma pôsobenia síl na obrobok pri sústružení [3] Keby deformácie boli konštantné, dali by sa vymedziť korekciou polohy nástroja. Deformácie sa ale v skutočnosti menia napr. z dôvodu zmeny: sily vplyvom opotrebenia nástroja, prídavku na obrábanie, obrábateľnosti po dĺžke obrobku, polohy nástroja voči častiam stroja (výrazne u sústruženia, hobľovania, vyvŕtavania). Okrem uvedeného, tuhosť ovplyvňuje aj: funkciu a trvanlivosť častí stroja, pokojný chod stroja [3]. Vzájomnými deformáciami sa menia pomery pri dotyku dvoch telies, často na úkor ich správnej funkcie a trvanlivosti. V prípade priehybu hriadeľa, vytvára sa hranový styk hriadeľa s panvou ložiska. V mieste styku vznikajú veľké miestne tlaky, dochádza k vytláčaniu oleja a v týchto miestach sa panva rýchlo opotrebuje, prípadne dôjde k zadreniu ložiska. Rovnako dochádza k porušeniu záberu ozubených kolies vplyvom priehybu hriadeľa [1]. 28

31 Na presnosť práce stroja ma tiež vplyv kmitanie. Kmitanie obrábacieho stroja je jav škodlivý, preto sa mu snažíme vždy zabrániť. Jeho nepriaznivý vplyv sa prejavuje tak, že: zhoršuje kvalitu obrábanej plochy, jej presnosť tvaru a rozmerov, znižuje trvanlivosť použitých nástrojov, znemožňuje použitie hospodárnych rezných podmienok, čím ovplyvní produktivitu, môže vzniknúť tzv. vibračná korózia. U obrábacích strojov sa vyskytujú všetky druhy kmitania, teda kmitanie voľné, vynútene, a samobudené. Kmitanie ako jav je javom veľmi zložitým. Obrábací stroj sa skladá z množstvá hmotných pružných telies spolu navzájom zviazaných a tieto sa pri kmitaní navzájom ovplyvňujú [3]. 4. Presnosť obrábacích strojov 4.1 Presnosť obrábacieho stroja Presnosť obrábacieho stroja je vlastnosť, ktorá charakterizuje schopnosť stroja vyrábať súčiastky požadovaných tvarov a rozmerov s dodržaním požadovaných tolerancií a pri dosiahnutí požadovanej drsnosti povrchu. Požiadavky kladené na presnosť obrábacích strojov vyplývajú z potrebnej presnosti súčiastok, ktoré sa majú na danom stroji vyrábať. Pretože na jednom stroji sa spravidla obrábajú rôzne plochy súčiastok rôzneho geometrického tvaru, je nevyhnutné dodržiavať presnosť väčšieho počtu základných rozmerových prvkov stroja, ako napr. rovinnosť a priamosť vodiacich plôch, súosovosť upínacích plôch, rovnobežnosť osí s vedeniami, kolmosť osi vretena s upínacou plochou stola a pod. Presnosť obrábacieho stroja je determinovaná v prvom rade presnosťou jeho jednotlivých častí a uzlov. Pretože tieto sú vyrábané normálnymi pochodmi výroby, ich rozmery, tvary a vzájomné polohy sú na výkresoch určované s príslušnými toleranciami, ktoré sa musia pri výrobe a montáži presne dodržať. Pritom treba pamätať aj na drsnosť povrchov, ktoré musia zodpovedať funkcii príslušných plôch (klzká plocha, upínacia plocha, voľná plocha) a presnosti rozmerov (čím je rozmer presnejší, tým musí byť drsnosť povrchu menšia). 29

32 Dodržaním predpísanej presnosti výroby a montáže častí a uzlov obrábacích strojov možno dosiahnuť tzv. statickú presnosť obrábacieho stroja, nazývanú tiež geometrickou presnosťou. Geometrická presnosť obrábacieho stroja je daná presnosťou tvaru a polohy jeho jednotlivých strojových častí a ich vzájomných pohybov. Je nutným, ale nie postačujúcim predpokladom pre zabezpečenie požadovanej presnosti práce obrábacieho stroja. Závisí od nej presnosť tvaru relatívnej dráhy nástroja a obrobku, a teda v konečnom dôsledku aj presnosť tvaru a relatívnej polohy plôch obrobku obrobeného na danom stroji. Napríklad pre sústruženie presných rotačných plôch je potrebné, aby sa vreteno otáčalo okolo stálej osi, pre sústruženie valcových plôch sa musí hrot nástroja pohybovať po priamke rovnobežnej s osou otáčania obrobku, pri hobľovaní rovinných plôch je potrebné, aby sa stôl s obrobkom pohyboval priamočiaro a pod. Prvé preberacie podmienky pre kontrolu geometrickej presnosti obrábacích strojov zostavil ešte v roku 1927 profesor Vysokej školy technickej v Berlíne -Charlottenburgu Dr. Georg Schlesinger. Tieto preberacie podmienky boli v hlavných rysoch prevzaté všetkými priemyselnými krajinami a príslušne upravené pre súčasné podmienky sú základom noriem ISO, DIN, STN a pod. Skúšky geometrickej presnosti obrábacích strojov sú podľa svojho pôvodcu často nazývané aj Schlesingerovými skúškami. V Slovenskej republike sú skúšky geometrickej presnosti obrábacích strojov normalizované technickými normami STN. Všeobecné požiadavky na skúšku sú obsahom STN :1984 (zmena od ) a všeobecné požiadavky na metódy kontroly presnosti sú obsahom STN :1984. Skúšky presnosti sa v zmysle citovaných noriem musia robiť po skúške stroja pri chode na prázdno a po skúškach stroja v prevádzke pri zaťažení na plný výkon, resp. maximálny krútiaci moment, alebo pri maximálnej reznej sile aj pri zaťažení hmotnosťou obrobku. Skúšky geometrickej presnosti obrábacieho stroja zahŕňajú zisťovanie všetkých odchýlok tvaru a polohy jeho jednotlivých častí na úplne zmontovanom stroji. Všetky meracie operácie musia byť navrhnuté tak, aby nebolo potrebné odmontovať žiadnu časť tvoriacu jeden funkčný celok zmontovaného stroja. [2]. 30

33 4.2 Parametre presnosti obrábacieho stroja Presnosť obrábacieho stroja je determinovaná presnosťou pracovných pohybov jeho výkonných orgánov ( vretená, suporty, stoly, šmýkadlá) a ich relatívnou polohou pri práci. Hodnotenie presnosti obrábacích strojov sa uskutočňuje na základe parametrov, charakterizujúcich geometrickú presnosť strojov ako sú napr.: presnosť základní pre ustavenie nástroja a obrobku, presnosť dráh pohybov výkonných orgánov, presnosť polohy apod.). Parametrov, charakterizujúcich presnosť obrábania skúšobných vzoriek, ako napr.: presnosť geometrických tvarov a polôh obrobených plôch skúšobných obrokov, stálosť rozmerov pre sériu skúšobných obrokov, drsnosť obrobených plôch skúšobných obrokov. Parametrov charakterizujúcich schopnosť zachovania vzájomnej polohy výkonných orgánov stroja nesúcich nástroj a obrobok za podmienok: pôsobenia vonkajšieho zaťaženia ( statická tuhosť), výkonných orgánov, presnosť deliacich a nastavovacích pohybov výkonných orgánov, presnosť polohovania výkonných orgánov nesúcich nástroj, resp. obrobok, stálosť niektorých parametrov pri opakovanej kontrole ( napr. pri nabehnutí na doraz) pôsobenia tepla vznikajúceho za chodu stroja naprázdno ( teplotná stabilita), pôsobenie chvenia, vznikajúceho za chodu stroja naprázdno. Podľa toho, ako sú jednotlivé parametre splnené, rozdeľujeme potom obrábacie stroje do tried presnosti absolútnym alebo relatívnym systémom. V absolútnom systéme klasifikácie presnosti strojov je stanovených päť tried presnosti označených podľa vzrastajúcej presnosti: І, ІІ, ІІІ, ІV, V. Do rovnakej triedy presnosti v absolútnom systéme patria stroje, ktoré zaručujú rovnakú presnosť obrábania tvarom aj rozmermi odpovedajúcich plôch skúšobných obrokov, a to nezávisle na druhu stroja. V relatívnom systéme klasifikácie strojov podľa presnosti sú stanovené triedy presnosti označené K1,K2,K3 atď. V poradí podľa vzrastajúcej 31