TGS Nástroje - Stroje - Technologické služby

1. Představení

Japonská firma NIKKEN je známa svou dlouhou tradici ve vývoji a výrobě precizních upínacích trnů. Systém Nikken 3Lock dovoluje upínacím trnu dosednutí do kužele vřetene a zároveň opření límce trnu o čelo vřetene. Obě části trnu jsou spojeny pružným rozhraním a kompenzují i malé výrobní nepřesnosti vřeten. Systém 3Lock může pozvednout upínací rozhraní vašeho obráběcího centra na vyšší úroveň tuhosti a přesnosti. Ta vám poskytne přínos v produktivitě hrubování a preciznosti obrábění na čisto.

2. Problémy standardních upínacích trnů SK

Upínací trn SK mají kužel 7/24. Mezi límcem kuželu a čelem vřetene je vždy určitá mezera. Každý uživatel může použít různé upínací trny od různých výrobců.

Avšak s nástupem vysokých otáček a požadavků na vysokou přesnost rozměru a kvalitu povrchu mohou nastat následující problémy:

1. Vlivem odstředivých sil při vyšších otáčkách se dutina vřetene roztahuje, a upínací trn je vtahován hlouběji do vřetene. Tím se mění jeho délka - rozměr v ose Z. Pokud je nástroj vtažen příliš hluboko může být probém ho z vřetene vyjmout (stroje s automatickou výměnou nástroje – ATC).
2. Standardní nástroj SK se v provozu setkává s vibracemi
3. Opakovaná přesnost upnutí je horší, protože trn je v kontaktu s vřetenem jen přes kuželovou plochu
4. kužel SK není příliš vhodný pro vysoké otáčky, a má problémy i s dosažením dobrého povrchu, zejména při hrubovacím frézování. Z důvodu poměrně dlouhého kuželu musí být přední ložisko vřetene umístěno dál od čela – i to působí negativně na celkovou tuhost.

3. Pevný upínací trn s opřením o čelo vřetene

Na trhu se objevuje systém s upínacím trnem z jednoho kusu, kde límec je vůči kuželu nabroušen v přesné poloze, tak že při vtažení kuželu dosedne zároveň i límec.

Od tohoto systému je očekáván následující přínos:

1. zvýšení opakované přesnosti výměny nástroje. Také zlepšení radiálního házení na méně než 2 mikrony.
2. zlepšení stálosti rozměru v ose Z – trn není vtahován do vřetene
3. vyšší tuhost zvětšením dosedacího průměru. Zde je ale hodně důležitá trvale vysoká tažná upínací síla.
4. nástroj je využitelný i v běžném SK vřeteni body 1) a 2) jsou rovněž vlastnosti všech typů upínacích trnů s dvojím dotekem. Nahoře vpravo je vidět, že rozložení dotykové síly mezi kuželem a límcem není konstantní. Když je síla přenášená do límce větší než 10% (méně než 90% do kuželu) pak může být dosažená kruhovitost a válcovitost horší než u standardního trnu SK..

Material: hliník, délka držáku: 190 mm, délka frézy: 80 mm, délka nástroje celkem: 270 mm, kruh.interpolace frézou 16 mm, průměr díry: 61.5 mm, hloubka díry :13.7 mm

4. Systém Nikken 3 Lock

Je unikátní nástrojový systém s trojím dotekem, vyvinutý pro zlepšení výkonu obrábění a zlepšení přesnosti při dokončování u obráběcích center se strmým kuželem. A nejen pro zlepšení opakované přesnosti výměny nástroje ale také pro předcházení problému s vyjmutím trnu z vřetene při velkých otáčkách. Funkce je zaručena i po letech užívání stroje, když upínací mechanismus ve vřeteni mírně slábne.

Skládá se z hlavního tělesa v kuse s límcem a kuželového pláště. Obě části jsou spojeny přes předepjaté talířové pružiny. Velikost předpětí určuje správné rozdělení síly mezi kužel a límec (90%kužel 10%límec). Standardní SK má až nadměrný tlak v kuželu, a to někdy vede k problémům při vyjímání nástroje.

Nikken řeší tento problém ojedinělým způsobem: Talířové pružiny tlumí vibrace obrábění, to prodlužuje životnost nástroje. Když je trn vtažen do vřetene, talířové pružiny rovněž vyrovnávají malé rozdíly v délce mezi referenčním průměrem kuželu a čela vřetene.

Těleso trnu se rozepne a „uzamkne“ v trnu maximální tažnou sílu upínacího mechanismu. Zároveň je dosaženo „trojího“ dotyku na kuželu, límci, i uvnitř trnu – mezi válcovým tělesem a kuželovým pláštěm.

5. Systém 3Lock pro stávající (standardní) vřetena SK

Tento systém můžete použít i na vaše standardní vřetena s SK. Vzdálenost čela vřetene od referenčního průměru kuželu se změří kalibrem. Na čelo vřetene se upevní podložka dodávaná firmou Nikken. Tato úprava dovoluje dále používat standardní nástrojové upínací trny.

Přizpůsobení vřetene není standardní postup a před úpravou je dobré prověřit následující body:

• U strojů s pevnými unášecími kameny může nastat kolize s malou části radiusu podložky
• U strojů s přívodem chlazení do trnu přes límec kuželu není dostatek místa pro upevnění podložky
• U strojů s labyrintem na vnější průměru vřetene se může objevit kolize s podložkou
• Není vhodné používat na strojích se velkou házivostí na čele vřetene
• U strojů s velkým zaoblením kuželové dutiny není dost místa pro upevnění podložky

6. Systém 3Lock pro nové stroje

Pokud kupujete stroj se záměrem nasadit systém 3Lock dopuručujeme stroj který už je vybaven vřetenem broušeným v provedení pro systém 3Lock, abyste se vyhnuli úpravě vřetene.

1. Systém 3Lock má větší toleranci na největším průměru kuželové dutiny (0,1mm) ve srovnání s vřetenem pro dvojí dotek (vřeteno broušené na kalibr a trn z jednoho kusu). To usnadňuje výrobu vřeten. Vaše stávající standardní upínací trny mohou být automaticky použity ve vřeteni 3Lock.
2. Házení na čele vřetene musí být menší než 2 mikrony, čím méně tím lépe.

7. řezné podmínky

č.	držák a nástroj		řezné podmínky
1	MBT40-FMA25.4-45 φ100,5t rovinná fréza		V 320 m/min S 1,000 rpm F 1,000 mm/min
2	BT40-SL32-90, ST32-COMZ31.5-90 φ31.5 Vrták NIKKEN Combat Z Drill		V 150 m/min S 1,540 rpm f 0.15 mm/rev
3	MBT40-C16-60 φ16,4 frézal stranové frézování		V 300 m/min S 6,000 rpm F 3,000 mm/min
4	MBT40-ZMAC42AA-180 φ50 jemné vyvrtávání		V 300 m/min S 1,920 rpm f 0.07 mm/rev
5	MBT40-SK10-12, & J type Nut φ6.5 vrták bez chladících kanálků		V 122 m/min S 6,000 rpm f 0.4 mm/rev
6	MBT40-MMC12-90 φ8,4t rohová fréza monolitní		V 200 m/min S 8,000 rpm F 1,000 mm/min
7	srážení hrany

materiál = uhlíková ocel celkový čas obrábění = 3 min. 25 vteřin

Srovnávací testy systému 3LOCK a SK40 s dvojdotekem

Řezné podmínky (1)

Srovnání řezného výkonu mezi systémem 3Lock a systémem MBT40 s dvojím dotekem (trn z jednoho kusu)

Materiál: uhlíková ocel
Rohová fréza d.16 4 zuby, nasucho

V=50 až 600 m/min
S=1,000 to 12,000 /min
fz=0.125 mm/zub
F=500 to 6,000 mm/min.

Hloubka Ap=30mm, stranový úběr (Rd) maximální, až do vibrací. Graf 1 ukazuje že 3Lock dosahuje cca dvojnásobného výkonu ve srovnání s pevnýn trnem s dvojdotekem.

Řezné podmínky (2)

V=400 m/min
S=8,000 /min
fz=0.125 mm/zub
F=4,000 mm/min.

Hloubka záběru Ap=30 mm, šířka Ae=2,5 mm, opotřebení fazetky ukazuje graf 2.

Stroj: SK40 s úpravou vřetene (podložka)

Materiál: SCM415 (25-28HRC)

12 kapes na obrobku prům. 400 mm.

Fréza d. 18 mm

2 zuby, VBD

Řezné podmínky (3)

Stroj: vřeteno SK50 s dvojím dotekem Materiál: uhlíková ocel (HRC28) Fréza: D. 40 mm, stopka = 32 mm 2 zuby MAX. přijatelné rozměry záběru pro monolitní trn s dvojím dotekem byly Ap=1,5 mm ((S=900/min & F=1,000 mm/min) s vibracemi. Test obrábění 3LOCK byl ukončen při Ap=2,5 mm (S=1,000/min & F=1,300 mm/min)

Prodloužená vyvrtávací tyč, vyvrtávání hliníku

Prodloužená vyvrtávací tyč, vyvrtávání hliníku

Kužel = MBT50 (nástroj 3LOCK)

Vyvrtávání d. 48 mm

Celková délka nástroje = 530 mm

Délka trnu = 455 mm, průměr trnu = 46 mm, poměr L/D = 9.9

přídavek na průměr = 0.23mm-0.27mm

V = 450 m/min, S = 3,000/min, f = 0.06 mm/ot, F = 180 mm/min

Vyvrtávání systémem 3LOCK SK50

Prodloužená vyvrtávací tyč, vyvrtávání hliníku

Kužel = MBT50 (nástroj 3LOCK)

Vyvrtávání d. 58 mm, celková délka nástroje = 500 mm

Délka trnu = 425 mm, průměr trnu = 45 mm, poměr L/D = 9.4

přídavek na průměr = 0.5 mm

V = 545 m/min, S = 3,000/min, f = 0.07 mm/ot, F = 210 mm/min