Bulletin

Březen 2009, číslo 45

Seismicky vyvážený obráběcí stroj

  • P.Šoustek - vedoucí projektu, Tajmac ZPS, a.s.
  • J.Smolík - vedoucí odd. vávoje VCSVTT, ČVUT

Konvenční technická a koncepční řešení stavby obráběcích strojů dosahují v současnosti svých fyzikálních limitů. Stále stupňující se tlak uživatelů obráběcích strojů na zvyšování jejich parametrů a dosažitelných výsledků na obrobku neustále roste. Další zvyšování dynamiky obráběcích strojů je v budoucnosti možné pouze při zásadní koncepční změně stavby a řízení stroje při současném uplatnění nejnovějších technologií a materiálů.

Jednou z perspektivních možností koncepčně nového řešení vysoce dynamických pohybových os je tzv. plovoucí princip. V období 2004 až 2006 naše společnost TAJMAC-ZPS, a.s., ve spolupráci s ČVUT v Praze, VCSVTT, řešila výzkumný a vývojový projekt 1H-PK/60 v rámci dotačního programu POKROK, zaměřeného na ověření funkčnosti a přínosu plovoucího principu pro zlepšení dynamických vlastností středně velkého horizontálního obráběcího centra H50 s hmotností obrobku do 800 kg. Závěrečné oponentní řízení MPO konstatovalo dosažení velmi dobrých výsledků řešení s hodnocením "V - vynikající výsledky" a doporučilo pokračovat ve výzkumu a vývoji uplatnění plovoucího principu ve stavbě velkých strojů s vysokou dynamikou.

Na tuto výzvu oponentní komise a také na vlastní zájem fy TAJMAC-ZPS, a.s., pokračovat ve výzkumu a ověřování nových koncepcí stavby a řízení a rozšíření řady obráběcích strojů reagovala naše společnost TAJMAC-ZPS a. s. projektem seismicky vyváženého obráběcího stroje. Projekt byl schválen MPO k realizaci se státní podporou pod označením „FI-IM5/081 Seismicky vyvážený obráběcí stroj“ v roce 2008 a bude ukončen v roce 2010. Cílem je rozšířit plovoucí princip z pouze jedné pohybové osy, jak je tomu na experimentálním prototypu stroje H50FLOAT, na dvě pohybové osy a přiblížit se tak koncepčnímu řešení seismicky vyváženého obráběcího stroje. Navrhované koncepční řešení předpokládá zdvojení pohonu v příčné pohybové ose X. Toto zdvojení označujeme v dalším jako tzv. řešení "DoubleDrive" nebo také "DD". Zdvojení pohonu přináší významný efekt vysokého poměru zástavbové šířky stroje k dosažitelnému příčnému zdvihu v ose X. Přínosy plovoucího principu jsou výrazné především pokud je užit u pohybových os s velkou hmotností a obdobně přínos redukce příčného rozměru zdvojeného pohonu je významnější u os s větším zdvihem.

Předkládaný projekt předpokládá realizaci konceptu seismicky vyváženého obráběcího stroje na frézovacím centru větší velikosti 80 (paleta 800 mm) s hmotností obrobku do 2500 kg, kde by se měly přínosy konceptu projevit velmi výrazným způsobem. Dynamické a geometrické vlastnosti stroje budou dále zdokonaleny uplatněním topologické optimalizace nosných dílců, pokročilým způsobem řízení, aktivním tlumením vibrací a pokročilými kompenzacemi teplotních deformací rámu stroje. Výsledkem bude prototyp obráběcího centra se zcela novou koncepcí stavby a řízení stroje umožňujícího dosažení výrazně lepších dynamických výsledků dráhového řízení než tradiční konvenční řešení.

Z veřejně dostupných pramenů není známo, že by obdobné řešení bylo ve světě představeno a potenciál novosti řešení je tedy velmi významný. Pro průkaznost a možnost relevantního vyhodnocení přínosů a vlastností tohoto prototypu frézovacího centra s uplatněním konceptu seismicky vyváženého stroje (prototyp H80DD) bude vyvinut a vyroben také jeden prototyp frézovacího centra konvenční koncepce shodných parametrů - prototyp H80 STANDARD.

Základní významné znaky prototypu H80DD

  1. Užití koncepce DoubleDrive umožní vytvoření stroje velikosti H80 (X=1400, Y=1050) na půdorysu stroje velikosti H50 (2400 x 4500) neboť je využito efektu relativní změny polohy obrobku vůči vřetenu v příčné ose X, kde konají inverzní pohyb dva pohony (X1 a X2 - stůl i stojan, každý by měl poloviční zdvih a poloviční rychlosti). Tím se dosáhne významného zmenšení půdorysu stroje a klesne buzení stroje posuvovými silami osy X.
  2. Užití metody aktivního tlumení vibrací na ose X1 (stojan s vřeteníkem) - významné zlepšení dynamiky osy X
  3. Konstrukce stojanové a vřeteníkové skupiny plně topologicky a materiálově optimalizované - nižší hmotnost a vyšší první vlastní frekvence ve směru osy X o 20-35%
  4. Aplikace pohonu s průvlakovým motorem (elektromaticí) na ose Z s cílem dosažení maximálních dynamických vlastností pohonu.
  5. Výzkum a experimenty v oblasti pokročilých metod kompenzací teplotních deformací na bázi využití inverzní teplotní funkce.
  6. Výzkum, optimalizace a technické řešení nekonvenčního řízení stroje kombinujícího plovoucí princip v ose Z a zdvojený pohon v ose X včetně řešení problému zcela nestandardního zpracování signálů polohy.

Konstrukce stroje H80DD

H80DD je obráběcí centrum pro obrobky do 2500 kg. Stroj má 3 lineární osy s pohony kuličkovými šrouby a jednu rotační osu – stůl s prstencovým motorem. Plovoucí princip je aplikován na ose Z. Pro dosažení vyšší tuhosti je v této ose použito pohonu se dvěma kuličkovými šrouby a s gantry regulací (oba pohony jsou řízeny samostatně). V příčné ose X je zdvojený pohon X1 a X2. Základem konstrukce stroje je robustní litinové lože se zalitými pískovými jádry v celém objemu základny. Na loži jsou umístěny čtyři rovnoběžné kolejnice valivého vedení, které vedou přes celou délku lože. Dále jsou zde integrovány dva šnekové dopravníky pro vynášení třísek z pracovního prostoru.

Po vedeních umístěných na loži se vůči sobě pohybují „plovoucí lože“ se stojanem.a „plovoucí lože“ s otočným stolem Plovoucí lože je součást, která plní funkci křížových saní, po kterých se pohybuje v ose X1 - stojan a vose X2 - otočný stůl. Obě lože jsou s ohledem na dosažení maximální tuhosti a minimální hmotnosti konstruovány jako bohatě žebrované ocelové svařence. Lože jsou spojeny kuličkovými šrouby pohonu osy Z.

Obě plovoucí platformy jsou vybaveny nejen dostatečným počtem valivých hnízd, ale též tzv. „clamping“ hnízdy. Jedná se o speciální svěrné vozíky, s jejichž pomocí lze vybranou plovoucí část hydraulicky zafixovat ke kolejnicím valivého vedení a simulovat tak chování osy v klasickém uspořádání. Tato možnost umožňuje získat představu o tom, jakého bylo aplikací plovoucího principu získáno přínosu. Použití svěrných hnízd umožňuje též polohování s nezafixovanou soustavou vůči rámu. To může být žádoucí např. při výměně palet či nástrojů při požadavku bezobslužného plně automatizovaného provozu.

Konstrukce stroje H80 Standard

Základem stroje H80 STANDARD v klasickém uspořádání je robustní litinová základna ve tvaru písmene T. V příčné ose X se pohybuje stojan, uvnitř kterého se pohybuje v ose Y skupina vřeteníku s vřetenovou jednotkou. V podélné ose se posouvá otočný stůl – osa B - s paletou o rozměrech 800x1000mm.

Stroj je vybaven automatickým výměníkem palet se dvěma paletami a zásobníkem nástrojů s automatickou výměnou. Zásobník má v základním uspořádání 76 nástrojů, na přání může být osazen 96 nástroji popřípadě velkokapacitním zásobníkem s 244 místy. Všechny zásobníky umožňují používat různé typy upínacích držáků.

K dispozici je několik vřetenových jednotek s řemenovým převodem a planetovou převodovkou – s vysokým kroutícím momentem až 1000 Nm nebo řada elektrovřeten pro vysoké otáčky – až 18000 ot/min.

Premiéra stroje H80 STANDARD bude na Zákaznických dnech 23. – 24.4.2009 v areálu naší společnosti TAJMAC-ZPS a.s.

Spolupráce společnosti TAJMAC- ZPS a.s. a Výzkumného centra VCSVTT

Vývoj nového stroje H80 STANDARD a především stroje H80DD probíhá v úzké spolupráci Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT) při fakultě strojní ČVUT a výrobce obou strojů společností Tajmac ZPS, a.s. VCSVTT je spoluřešitelem MPO projektu „Seismicky vyvážený obráběcí stroj“ a hlavní myšlenka konceptu seismicky vyvážených strojů pochází od Ing. Jaromíra Zeleného, CSc., pracovníka VCSVTT.

Při vývoji odlitku vřeteníku aa svařence stojanu byla užita velmi moderní a perspektivní metoda topologické optimalizace umožňující hledat optimální tvar dílců a jejich žebrování.

Návrh a následná optimalizace pohonů pohybových os byla na obou strojích provedena s využitím pokročilých komplexních modelů pohybových os, spadajících do oblasti virtuálních prototypů.

Konstrukčně a výpočtově byly zpracovány ze strany VCSVTT - skupiny hlavního základového lože, plovoucích loží, pohonu os X1 a X2, pohon v ose s elektromaticí, svařence stojanu, návrh aktivního tlumení v ose X, a dalších souvisejících dílců. VCSVTT bude hrát významnou roli ve fázi realizace prototypu H80DD v oblasti ladění pohonů, měření charakteristik stroje a implementace metody pokročilé teplotní kompenzace.

„Tento projekt je řešen za finančního přispění Ministerstva průmyslu a obchodu.“

Zpráva

z 19. výročního shromáždění zástupců Asociace strojních inženýrů,
uskutečněného dne 24.března 2009 na FS-ČVUT v Praze 7,Technická 4.
(Zkráceno)

Jednání se zúčastnilo 18 delegátů.

  • Ad 1. Zahájení.
    Shromáždění zahájil tajemník ASI p. Ing. Daněk. Řízením jednání byl pověřen člen výboru Ing. Vondráček.
  • Ad 2. Návrhy a volba komisí.
    Mandátová: pp. Janečka, Prokop, Ubrá,
    Volební: pp. Bráblík, Kmoch,
    Návrhová: pp. Pešlová, Prokop, Řezanina.
    Kontrolní komise je ve volebním období trvale obsazena (pp. Šebesta, Vdoleček).
  • Ad 3. Zpráva o činnosti od min. 18. shromáždění v r.2008.
    Zprávu přednesl tajemník výboru Ing. Daněk. V rámci uskutečněných pravidelných měsíčních schůzí Výbor obstarává veškerou administrativu, koordinuje vydávání BULLETIN-u (3 čísla za rok), organizuje činnost Senátu, spolupracuje s tematicky či odborně příbuznými organizacemi SST, SPO, AIP, ČMT, NTM apod. Ve spolupráci se Seniorklubem při FS organizuje Technické úterky a příležitostně se podílí na organizaci mezinárodních konferencí (např. 25. konf. Danubia-Adria, Turbomachinary). Podílí se v posledních letech na vydávání normotvorné dokumentace pro průmysl jaderné energetiky.
    Vyvrcholení úspěšné odborné činnosti v min. roce bylo ocenění p. prof. Šťastného v soutěži Česká hlava. S tím souvisí výzva tajemníka naplňovat v Klubech průběžně společenskou kroniku do BULLETIN-u a vytvářet předpoklady pro uplatnění členů ASI v odborných soutěžích.
  • Ad 4. Zpráva o hospodaření a zpráva Revizní komise.
    Zprávu o hospodaření za rok 2008 přednesl p. Ing. Vdoleček. Upozornil na nepříznivý výsledek ve vývoji příjmů, vyvolaný nesplněním očekávání v prodeji normotvorné dokumentace pro JE podle předchozích let. Dále přednesl zprávu RK (zpracovanou stálou RK ve složení pp. Šebesta, Vdoleček), která potvrzuje souhlas evidence vedení účtu s účetními podklady.
  • Ad 5. Volby do orgánů ASI.
    Do Výboru ASI byly na příští funkční období dle návrhu p. Ing. Bráblíka zvoleni: pp. Anderle, Bráblík, Brož, Cyrus, Daněk, Dvořák, Engliš, Hanus, Holý, Macoun, Maštovský, Nožička, Prokop, Šafář, Šebesta, Šťastný, Ubrá, Vdoleček, Vejvoda, Vondráček.
    K obnovení mandátu do Senátu na 5 let byli k volbě předloženi pp. Ing. Wilibald Kolarčík, CSc., Ing. Dalibor Kryl, Ing. František Kulovaný, Ing. Tomáš Kupec. Jmenovaní byli zvoleni na dalších 5 let.
  • Ad 6. Plán činnosti a návrh rozpočtu na rok 2009 přednesl tajemník Ing. Daněk.
    V rámci periodických činností budou zajišťovány následující akce:
    • vydávání BULLETIN-u 3x ročně (ve spolupráci s Kluby),
    • organizování TÚ dle pololetních plánů (ve spolupráci se Seniorklubem),
    • zasedání Senátu 22.04.2009 ve fy BAEST v Benešově,
    • semináře a konference podle aktuálních požadavků,
    • udržovat a aktualizovat webovou stránku ASI.
    • průběžně pracovat na publikaci o historickém i současném aktuálním vývoji ASI.
    Při zpracování finanční části plánu zaměřit se na zainteresování podniků, které mohou zadáním inserce přispět k vyrovnanému rozpočtu, který v současné situaci je předkládán jako nevyrovnaný.
  • Ad 7. Zprávy o činnosti Klubů.
    Zprávu Klubu Brno s kladným hospodářským výsledkem přednesl p. Ing. Vdoleček.
    Zprávy z ostatních Klubů (Plzeň, Most, Pardubice, Česká Třebová) žádá zaslat redakční radě p. Ing. Vondráček.
  • Ad 8. Diskuse.
    P. Ing. Kmoch navrhuje zasílat Bulletiny v elektronické podobě s cílem finanční úspory za tisk.
    Pí Dr. Ubrá doporučuje zaměřit pozornost na možné získání financí adekvátní činností členů ASI (v odborné a publikační technické činnosti).
  • Ad 9. Zpráva mandátové komise.
    Ing. Prokop konstatuje přítomnost 18 zástupců.
  • Ad 10. Návrh a schválení usnesení.
    Předseda návrhové komise p. Ing. Řezanina předložil plénu ke schválení následující formulaci Usnesení:
    Usnesení shromáždění zástupců ASI ze dne 24.03.2009
    Shromáždění schvaluje:
    1. Zprávu o činnosti ASI od minulého shromáždění,
    2. Zprávu o hospodaření a Zprávu Revizní komise,
    3. Volbu
      členů do Výboru ASI dle uvedeného seznamu (viz bod 5. Zápisu),
      prodloužení mandátu do Senátu pro pp. Kolarčíka, Kryla, Kulovaného, Kupce.
    4. Plán činnosti a rozpočet na rok 2009.

Shromáždění bere na vědomí:
Zprávy o činnosti Klubů ASI Praha, Brno, Most, Plzeň, Č. Třebová, Pardubice.
Shromáždění ukládá Výboru ASI zabývat se možností získávání dalších finančních prostředků, aby pro další roky byl zajištěn vyrovnanější rozpočet.

Na ukončení shromáždění poděkoval tajemník Daněk za účast všem přítomným i p prof. Kozákovi za naplnění dopoledního programu.

V Praze 6, 24.03.2009.
Zapsal: Ing. Jiří Šafář, CSc, jednatel ASI.

Zpráva o činnosti A.S.I. Klub Most

A. S. I. Klub Most sídlí ve Výzkumném ústavu pro hnědé uhlí a. s. Most (VÚHU), se kterým úzce spolupracuje.

Činnost Klubu v roce 2008:
  • Klub rozšířil členskou základnu; v současnosti má 16 členů
  • VÚHU a. s. vyhlásil soutěž pro žáky SPŠ Most – zajistil Dr. Chytka a Ing. Strakoš, členové Klubu
Plán práce na rok 2009
  • podílet se na organizaci semináře pořádaného VÚHU a. s. každoročně ve Sloupu v Čechách (Strakoš, Moni, Klouda); VÚHU a. s. dá požadavek na technickou pomoc
  • připravit seminář „ Význam a poslání ASI v regionu“; propagace činnosti VÚHU a. s. a činnosti strojních inženýrů v hornictví;
    náplň:
    • přednáška o životnosti ocelových konstrukcí – Ing. Klouda
    • přednáška o magnetické kompatibilitě – Ing. Kubík
    • přednáška o certifikaci předpisů pro GO velkostrojů – Ing. Hejný
    • přednáška o využití termovize v hornictví - Moni
  • příprava bulletinu ASI na závěr roku 2009; tématické zaměření- problémy a specifika hornictví; využít práce pro publikace Zpravodaj VÚHU, Hnědé uhlí, Sborník z konference VÚHU ve Sloupu v Čechách
  • členské příspěvky – uhrazení za stávající členy
  • účast na zasedání senátu A.S.I. dne 22. 4. 2009 v Benešově
  • účast na shromáždění zástupců ASI dne 24. 3. 2009 v Praze.

Zapsal: Klouda
V Mostě, dne 25. 3. 2009

Činnost klubu A.S.I. Brno v roce 2008

V roce 2008 je možno považovat za stěžejní akce v činnosti brněnského klubu A.S.I. především organizační zajištění dvou akcí v celorepublikovém měřítku A.S.I. Bylo to shromáždění zástupců klubů (valná hromada) v březnu a zasedání senátu v dubnu.

Další činnost se soustředila na pořádání či spolupořádání vcelku již tradičních akcí. Zde je třeba uvést pokračující spolupráci s MEP Postřelmov i nově uzavřené smlouvy s HELLA Mohelnice, obě spolupráce se uskutečňují i v jisté součinnosti s pardubickým klubem A.S.I. a přinášejí i prostředky pro ostatní činnost klubu. Nelze opomenout konferenci Principia Cybernetica, kterou jsme v září spolupořádali s FSI VUT v Brně, spolupořadatelství Milníků automatizace, již tradiční doprovodné akce při Mezinárodních strojírenských veletrzích v Brně nebo vzpomínkovou akci Šedesátileté výročí vzniku kybernetiky z listopadu 2008. ASI se tak připojila k řadě odborných a vědeckých organizací, které si na celém světě připomenuly toto významné výročí. Posledně jmenovaná akce přechází plynule i do roku letošního, kdy bude vydán sborník prací se stejným názvem, do kterého přispějí také členové klubu ASI Brno.

Členská základna bohužel stagnovala, protože členy, kteří z našich řady vystoupili nahradili ojedinělí nově příchozí doktorandi. Nepodařilo se bohužel nějak výrazněji zkvalitnit práci s našimi www stránkami, ty jsou aktualizovány jen několikrát do roka, pravidelně je aktualizována vitrína v přízemí výškové budovy FSI, která slouží především návštěvníkům prostor fakulty. Výbor klubu ji využil m.j. k prezentaci úspěchů a ocenění členů A.S.I. (prof. Štastný – ocenění Česká hlava, prof. Píštěk – ocenění Inženýrské akademie).

Pro začínající rok 2009 máme v plánu opět zajištění vydání jednoho čísla Bulletinu. V jarních měsících bude vydána a distribuována publikace ke vzpomínkové akci k výročí kybernetiky a opět je počítáno se spolupořadatelstvím několika seminářů či konferencí. S končícím funkčním obdobím stávajícího výboru bude třeba zajistit jeho kontinuitu a obnovu, protože někteří členové výboru požádali v závěru loňského roku o uvolnění z funkcí. V tomto období se tedy snažíme získat na jejich místa vhodnou náhradu. V popředí zájmu zůstává i propagace činnosti A.S.I. a získávání nových členů, především z řad mladých doktorandů. V jejich řadách bychom rádi získali i vhodného adepta, který by převzal starost o častější aktualizaci internetových stránek. Budeme se snažit opět po určité přestávce uspořádat jednodenní exkurzi s odbornou tématikou.

Za výbor klubu A.S.I. Brno ing. František Vdoleček a doc. ing. Branislav Lacko

Klub: ASI – TURBOSTROJE - PLZEŇ činnost v r. 2008 a 2009

Rok 2008

Byly uspořádány následující akce:

  1. Spolupráce s Evropským výborem na přípravě osmé evropské konference „Turbomachinery – Fluid Dynamics and Thermodynamics“, Graz, Rakousko, 23.-27.3.2009 – oponentury, program a zajištění přednášek.
  2. Uspořádání konference „Parní turbíny a jiné turbostroje 2008“ 24.-25. září 2008, Plzeň. Spolupracující instituce: ŠKODA POWER, ZČU FST v Plzni. Byl vydán sborník.
  3. Spolupráce se ZČU, FST, KKE na zajištění konference s mezinárodní účastí „Energetické stroje a zařízení – termomechanika a mechanika tekutin 2008“, Plzeň, 26.-27. června 2008.
  4. Polytechnika Slaska, Gliwice, Polsko. Uspořádání mezinárodního semináře „22th Workshop on Turbomachinery 2008“, Gliwice, 17.-19. září 2008, ve spolupráci s výzkumnými pracovišti: TU Stuttgart, NSR, TU Dresden,NSR, IMP Gdansk, Polsko, ZČU FST KKE Plzeň, ČR.
  5. Spolupráce při přípravě Bulletinu ASI č. 44.

Rok 2009 (Klub má 23 členů)

Připravují se tyto akce:

  1. Spolupráce s Evropským výborem na organizaci a řízení osmé evropské konference „Turbomachinery – Fluid Dynamics and Thermodynamics“, Graz, Rakousko, 23.-27.3.2009.
  2. Spolupráce se ZČU FST KKE Plzeň. Uspořádání mezinárodního semináře „23th Workshop on Turbomachinery 2009“, Plzeň, 16.-18. září 2009, ve spolupráci s výzkumnými pracovišti: TU Stuttgart, NSR, IMP Gdaňsk, Polsko, Polytechnika Slaska, Gliwice, Polsko.
  3. Spolupráce se ZČU, FST, KKE na zajištění konference „Energetické stroje a zařízení - termomechanika a mechanika tekutin 2009“, Plzeň, 17. června 2009.
  4. Přednášky ve spolupráci se ZČU, FST Plzeň s tématikou turbostrojů.

V Plzni 25.2.2009
Prof. Ing. Miroslav Šťastný, DrSc.
předseda klubu
ASI – TURBOSTROJE - PLZEŇ