zvýšilo výkon závodních motorů

Rozšířením stávající konfigurace systému Edgecam na 5osé plynulé obrábění dokázala společnost Kencom z Velké Británie udělat velký krok v oblasti obrábění složitých součástí motorů. Hlavní náplní firmy je obrábění sacích a výfukových ventilů v hlavách válců u různých typů speciálně upravovaných závodních motorů. Společnost se také specializuje na obrábění odlitků, hlavně z odlehčených slitin, do prototypů a malosériové výrobní dávky na automobilových a leteckých trzích. Stejně tak ve firmě využívají možností rychlého vytváření automobilových prototypů a leteckých dílů z bloků, které nově mohou díky Edgecamu obrábět mnohem účinněji.

V tomto ohledu firma již několik let zdokonaluje speciální technologii obrábění, díky níž je možné podstatně zvýšit výkon nejen závodních motorů. Použitá technologie, známá jako leštění, je aplikována na komplikovanou plošnou geometrii, která se různě zakřivuje a opět sbíhá. Tento způsob obrábění je navíc velmi náročný na dodržení velmi těsných kritérií na kvalitu dokončeného povrchu.
Společnost Kencom po mnoho let prováděla obrábění ve 3 osách, plus indexování v dalších dvou. Avšak technologický vývoj v oblasti motorů pro závodní vozy šel v posledních letech prudce kupředu.

„Konstruktéři mají snahu vyždímat maximum z každého kousku motoru. K uspokojení těchto náročných požadavků bylo proto nutné rozšířit i systém Edgecam, a to o modul pro 5osé plynulé obrábění.“
Adrian Vice, vedoucí výroby společnosti Kencom
Rozšíření poskytlo firmě Kencom, která zaměstnává 35 lidí a jejíž roční obrat se blíží 2 milionům liber, podstatnou výhodu v oblasti kvality obrábění hlav válců. Díky možnosti frézovat plynule v 5 osách má nyní Kencom převis poptávky od výrobců motorů z Německa a dalších předních světových konstrukčních společností na poli speciálů nejen pro závodní automobily. Velkou výhodou je obrovský skok v produktivitě při tvorbě a odlaďování NC programů.
Při konstrukci hlavy válce, je hlavním úkolem sacích ventilů zajistit optimální složení směsi paliva a vzduchu vstupující do spalovací komory. Jak sací, tak výfukové ventily jsou napojeny na hliníkové hlavy válců.

„Sací ventily jsou velmi spletité a je to opravdu výzva je správně obrobit. A to je přesně důvod, proč jsme chtěli programovat v 5 plynulých osách.“
Lee Sambrook, vedoucí CNC programátor ve firmě Kencom.

Edgecam řídí sondy Renishaw

Většina operací leštění je programována na CNC stroji Mazak Variaxis VRX630-5X s řídícím systémem Mazatrol Fusion. Pro zajištění rozměrové přesnosti je stroj s otočně-sklopným stolem osazen dotykovou sondou Renishaw. Na tomto stroji rovněž probíhají i další operace, jako je obrábění výfukových ventilů, respektive obrábění spalovací komory.
Přirovnáním tvaru sacích ventilů k banánu poukazuje pan Sambrook na jejich tvarovou náročnost pro obrobení. Zároveň také podotýká, že by se při současných zkušenostech s 5osým plynulým obráběním již nikdy u těchto dílů nechtěl zaobírat indexováním. Původně byl stoupencem jiného CAD/CAM řešení, ale Edgecam jej překvapil svou uživatelskou jednoduchostí, což jednoznačně změnilo jeho postoj. Křivky se mohou v osách měnit od 10 do 30 stupňů. Ventily mohou mít kromě standardního i oválný tvar.
Prvním projektem ve společnosti Kencom, kdy bylo použito metody leštění pro motory na 5osém stroji, byl motor o objemu 1,3 litru. Motor měl výkon více než 200 koní, sací ventily měly průměrně o 60 mm delší a širší mezi 20 a 30 mm v průměru. Tolerance na rozměru byly 0,01 mm. Mimochodem, všechny tyto speciální hlavy měřily 450x300x130 mm. Motory jako tento běžně dosahují maxima otáček okolo 10 000 ot/min.
Dokončení povrchů je kritické pro zamezení nežádoucích vibrací, které zpomalují průtokovou rychlost směsi paliva a vzduchu při nasátí do motoru, což limituje maximální výkon. Společnosti se nasazením 5osého plynulého obrábění podařilo až desetinásobně zlepšit kvalitu dokončení povrchu u sacích vstupů. A existuje předpoklad,  že takováto změna kvality způsobí při závodění až 10procentní nárůst výkonu motoru.

Výhody obrábění v 5ti plynulých osách jsou nesrovnatelné

Srovnáním plynulého 5osého obrábění a indexování ve 3+2 dostaneme další nevýhodu pro index. Metoda 3+2 vede k tomu, že řezná část nástroje jede proměnlivě. Rozdíl následně znamená, že na některé plochy se zapomnělo - zůstaly nedokončené. U jiných došlo k rozdílu mezi třemi a čtyřmi mikrony – což vede ke vzniku problémů s dalším dokončováním. Z technického hlediska plynulé 5osé obrábění používá kruhovou interpolaci. Obrábění pomocí 3+2 osy je limitováno menší přesností lineární interpolace. Lepšího obrobení povrchů se docílí vždy s kruhovou interpolací.

 „Dva nebo tři roky jsme zkoušeli možnosti strojů Mazak v 5 osách. Naši klienti byli ohromeni našimi investicemi do nových technologií a způsobem, jakým jsme tyto novinky aplikovali do výroby. Jednoznačně nás to posunulo v naší branži mnohem dál.“
Adrian Vice
Dalším z velkých přínosů po nasazení plynulého 5osého obrábění byly výsledky s napojením u dvou nebo více zakřivených ploch. Před aplikací plynulého 5osého modulu v Edgecamu bylo potřeba pro získání kvalitního prolnutí všech povrchů uvnitř sacího ventilu 15 přejezdů stroje. A co víc, bylo potřeba vytvořit druhý postup, který vyžadoval tvorbu drah pomocí indexace v 5 osách pro finální dokončení. Tyto dráhy byly samozřejmě na dokončovaných plochách jasně zřetelné.

Edgecam má přímou vazbu na nativní formáty CAD aplikací

Při práci se speciály je potřeba mít maximální jistotu, že všechny díly lze precizně obrobit. Z toho důvodu v Kencomu disponují nejvyššími moduly Edgecamu z oblasti frézování (Edgecam Frézování Profesionál). Co se týče vazby na CAD data, používají různé moduly pro načítání nativních dat, které poskytují perfektní vazbu na modely. A to hlavně v případech jejich častých změn. K dispozici jsou moduly Edgecam Solid obráběč Max (pro Parasolid, SolidWorks, Solid Edge, Autodesk Inventor, Unigraphics a STEP), dále pro CATIA a Pro/Engineer. Samozřejmostí pak je načítání DXF, DWG, IGES.
Při importu solid modelu je potřeba naprosté flexibility se všemi souvisejícími informacemi, a to bez ohledu na CAD systém, ve kterém byl model vytvořen. V Kencomu drží krok se všemi konstrukčními změnami, je jedno, jestli jsou malé, či zásadní. Modul Edgecam Solid obráběč poskytuje plnou asociativitu pro všechny získané modely. Pokud dojde k jakékoliv změně, jsou schopni díky asociativitě s předchozí verzí modelu generovat automaticky nové dráhy. Tato možnost šetří spoustu času, který byl dříve tráven při odsouhlasení zákaznických modifikací v procesu výroby. Nyní se dá vše zvládnout bez přepracování geometrie a risku ztráty obchodu.
Pro získání maxima z výhod systému Edgecam bylo důležité odladění systému maker. Pro Kencom to znamená uchování zkušeností v obrábění leštěním, které zde byly vylepšovány po dlouhé roky.
Během přípravné fáze před vlastní instalací Edgecamu, bylo nutné zvládnout také některá úskalí, což představoval například systém nulových bodů pro 5osé stroje Mazak. Tyto jsou součástí unikátního systému souřadných os, který není pro CNC stroje zcela obvyklý. Osy bylo nutné vestavit přímo do postprocesoru a za spolupráce techniků z Mazaku a firmy Kencom dobře odladit.
Ladění obnášelo fyzické naprogramování nulových bodů pro osy X,Y a Z. Následně byly přidány specifické offsety pro jednotlivé osy, což je potřebné pro umístění na otočně-sklopném stolu stroje. Tyto nulové body určují pracovní a řezné přídavky k nástroji v postprocesoru, který byl dodán ihned se systémem. To umožnilo firmě Kencom začít využívat 5osé plynulé obrábění ihned po instalaci systému Edgecam. Okamžitě tak bylo dosaženo kratších programovacích a obráběcích časů, při výrazně lepší kvalitě dokončených povrchů. Obráběcí čas pro typickou hlavu válců, vstupní a výstupní ventily a zbylé obrábění, razantně poklesl – ze tří na jednu hodinu. Při indexováním v pěti osách je obráběn z více než 80 % pouze vzduch. Je potřeba minimálně tří přejezdů k tomu, co plynulé 5osé obrábění zvládne jediným. V reálu bylo často potřeba 7 přejezdů, v horších případech i 10.

Při indexaci v pěti osách se často potýkáte s letmým frézováním – tj. zařezat a krok zpět, znovu zařezat o něco málo více a opět krok zpět a znovu. To trvá spoustu času, navíc tento způsob zanechává viditelné povrchové problémy. Spojením těsné integrace Edgecamu se Solid obráběčem, což je možnost pro plynulé obrábění v 5 osách s odladěnými makry, bylo dosaženo zkrácení programovacích časů až o polovinu. Za této situace není problém napsat až několik desítek programů týdně.
Mezi skryté přínosy obrábění v 5 plynulých osách patří bezesporu lepší programy. Nyní je čas hrát si s optimalizací nástrojových drah, při souběžném sledování času obrábění v závislosti na volbě dokončovacího cyklu. Hodně se zkouší i různé kombinace otáček a posuvů, různé nástroje nebo přístupy k obrobení určitého materiálu v závislosti na obráběcích strategiích. Firma zároveň také experimentuje s nástroji pro potřebu leštění, tj. dlouhými celokulovými frézami, jejichž varianty mají umístěné v Edgecam SQL Zásobníku nástrojů.

Propojení Edgecam a strojů Mazak

S možností programovat plně v Edgecamu v pěti plynulých osách firma dokázala využít potenciálu strojů Mazak Variaxis. Tato zkušenost jí otevřela cestu k novým trhům. Kencom samozřejmě očekává nárůst v počtu objednávek hlav válců, které dnes spolu s hlavami motorů a bloky motorů pro závodní vozy představují okolo 51 % výroby. Aplikace plynulého 5osého obrábění v nových projektech motorů vzbudila velký zájem klientů o další spolupráci. To je také důvodem proč se v Kencomu rozhodli v následujícím roce pořídit již šestý 5osý Mazak. V současnosti používají čtyři 5osé stroje VMC, dva VRX 630s, jeden VRX500 a jeden VRX200, všechny vybavené sondami Renishaw. K tomu disponují třemi vysoce produkčními dvoupaletovými centry, šesti 3osými vertikálními centry Hardford, dvěmi Leadwelly a třemi Matsuurasy. Strojový park doplňují ještě dva 4osé DMG, jedno 4osé Mandelli a jedno 4osé Makino.

Existuje předpoklad, že 5osé obrábění pomůže zlepšit přesnost, dokončování a snižovat časy cyklů u součástí obráběných ze solid modelů nebo bloků. Společnost Kencom dosáhla dramatického pokroku při rozvoji špičkových technologií pro výrobu motorů. Programování v pěti plynulých osách je klíčovou součástí tohoto pokroku a stejně tak využití všech možností systému Edgecam pro výrobu.

Pomoc, které se nám dostalo, nám dává jistotu, že jsme schopni uspět v tvrdém konkurenčním boji. To vše za neustálé implementace novinek a při přechodu na nové technologie obrábění.“
 Adrian Vice