• Čeština
  • English
  • Français
  • Deutsch
  • Italiano
  • Русский

Výzkum a vývoj v TAJMAC–ZPS, a.s.

Výroba obráběcích strojů v ČR v přepočtu na počet obyvatel si v roce 2016 udržela 7. místo ve světovém měřítku. To dokládá, že produkt – obráběcí stroj – má stále vysokou konkurenceschopnost. K tomuto výsledku významným způsobem přispěl TAJMAC–ZPS, a.s. a to jak růstem tržeb, podílem exportu na nejnáročnějších trzích světa, tak i počtem nových produktů a dosaženým řádem inovací.

Zúročily se tak nemalé prostředky, které TAJMAC–ZPS, a.s. investoval do oblasti výzkumu, vývoje a inovací v posledním období, jak dokládá následující tabulka.

Náklady na TR
v tis. Kč
k 30.9.2010 k 30.9.2011 k 30.9.2012 k 30.9.2013 k 30.9.2014 k 30.9.2015
Celkem 88 960 57 645 59 293 70 916 57 614 66 313

TAJMA –ZPS, a.s. má vlastní silnou výzkumně vývojovou základnu, kterou tvoří 10 oddělení s 85 pracovníky.
Disponuje tak vysoce kvalifikovanými týmy schopných zvládnout složité problémy v procesu výzkumu a vývoje obráběcích strojů.

Vedoucí konstrukcí, vedoucí odboru PTČ, konstruktéři strojní i elektro, pracovníci zkušeben a aplikační technici jsou respektovanými odborníky. Jejich znalosti a dovednosti jsou srovnatelné s tím, co zjišťujeme u významných výzkumně vývojových pracovištích, jako např. Fraunhoferových institutech v Chemnitz, Cáchách, či na Technické univerzitě ve Vídni. Tvoří významnou část hodnoty TAJMAC–ZPS, jsou nositeli firemního know – how.

Jejich HW a SW podpora je na vysoké úrovni. Společnost má mimo jiné k dispozici 40x Windchill heavy user, 40x Windchill light user, 40x Creo, 12x Creo Advanced Assembly Extension, 5x MathCAD, 4x Creo Simulation Basic, 2x Creo Mechanism Dynamics, 2x Creo Thermal, 1x ANSYS, 4x Matlab/Simulink, 4x Dolan, 5x AutoVue SolidModel Desktop, 5x Sinumerik HMI, 9x Sikativ Step7v5, 4x AutoCAD LT, 4x AutoCAD Mechanical, 12x Edge CAM, 2x Kovoprog, 2x NX CAM, 2x Creo Complete Machining option, 2x Vericut, 1x Vericut Verification.
Správa konstrukčních dat probíhá systémově s důrazem na bezpečnost. V digitálním archívu výrobní dokumentace je cca 350.000 živých výkresů. Velikost databáze PDM WIndchill je 800 GB, obsahuje cca 3 mil. spravovaných CAD dat.
Výsledky výzkumu a vývoje se zúročují v konkurenceschopných produktech jako základního kamene pro úspěšné podnikání.

V oblasti vícevřetenových automatů patříme do absolutní světové špičky výrobců, v segmentu vertikálních a horizontálních center a CNC řízených dlouhotočných automatů mezi přední evropské výrobce.

V této souvislosti připomeňme naše nejvýznamnější nově vyvinuté stroje. Na první místo patří řada numericky řízených vícevřetenových automatů MORI–SAY TMZ XXX CNC. Právem jí udělila odborná porota prestižní soutěže Česká hlava čestné uznání za vysokou výzkumně vývojovou inovaci. A jestliže export je klíčovou položkou pro ekonomiku ČR, totéž platí i pro TAJMAC–ZPS, a.s. Celkový počet vyrobených a prodaných strojů z této řady k dnešku činí 93 ks, do ČR byly prodány 4 ks, zbytek je export přesahující objem 1 mld. Kč.

V segmentu center, přesněji řečeno multifunkčních strojů, naše nové produkty tj. TM 2000, MCV 2318, MCV 7032, MCG 800, MCG 1000 jsou svými parametry zcela srovnatelné s nejvyspělejší konkurencí. V objemu prodejů nedosahují takových úspěchů jako vícevřetenové automaty, ale jejich význam pro rozvoj firmy je důležitý. Trh se posouvá ke strojům, které dokáží realizovat různé technologie často s protichůdnými požadavky – frézování, soustružení, obecné tvary, závitování, vyvrtávání atp. A právě zde máme co nabídnout jak dokládají reference u našich významných zákazníků.

Je důležité, abychom tržní rizika, která ať chceme či nikoliv na trhu vznikají, byla rozložena na více komodit. Multifunkční centra jsou jednou z nich, která doplňuje naše třetí komodita - numericky řízené dlouhotočné automaty zn. MANURHIN K’MX. Objemy prodejů vícevřetenových automatů a center (multifunkčních strojů) jsou zhruba srovnatelné. Dlouhotočné automaty se pohybují cca na 1/3 objemů každého z nich. To však nesnižuje jejich význam pro firmu. Jednak tvoří třetí článek pro snížení tržních rizik (docela se nabízí obrazný příměr – 3 body tvoří rovinu tedy jakýsi pomyslný základ stability) a také technologicky velmi účinně doplňují vícevřetenové automaty u obrábění dílců z tyčového materiálu s průměrem pod 32 mm. Nehledě rovněž na její přesnost. Ne nadarmo jsou nazývány „soustruhy švýcarského typu“. S výjimkou typu K’MX 413 jsou všechny ostatní již vyvinuty v TAJMAC–ZPS, a.s. Mezi poslední novinky, některé oceněné i zlatou medailí na MSVB, můžeme zařadit stroje K’MX 632 DUO, K’MX 816 CLEVER, K’MX 732 EVO, K’MX 916 CLEVER.

Obor obráběcích strojů je spojen s nejvyšším stupněm poznání v technických a exaktních vědách. Jakkoliv má TAJMAC–ZPS, a.s. velkou a silnou výzkumně vývojovou základnu, neobejde se bez spolupráce s vysokými školami a výzkumnými organizacemi. Proto TAJMAC–ZPS, a.s. inicioval vznik inovativní platformy, kterou tvoří organizačně či smluvně propojené subjekty: ČVUT Praha, VUT Brno, VÚTS Liberec a INTEMAC Kuřim.

Níže uvádím některé společně řešené projekty, jejichž výsledky lze již zveřejnit, a které jsou financovány z našich a dotačních zdrojů.

1. Využití progresivních technologií pro efektivní stavbu obráběcích strojů

Řešíme spolu s VUT Brno, INTEMAC Kuřim a některými dalšími institucemi. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Primárním cílem řešení projektu je vyvinout obecnou metodiku pro efektivní stavbu obráběcích strojů v etapách montáže a předávacích zkoušek, a to za využití nových progresivních technologií. Vyvíjená metodika má za cíl zrychlit práci potřebnou pro ustavování, montáž a kontrolu geometrické přesnosti stroje, při současném snížení nejistoty měření a zvětšení rozsahu souboru naměřených a zpracovaných dat z průběhu stavby obráběcího stroje.

Čím je stroj větší, tím je proces stavby stroje (etapy ustavení, montáže a kontroly stroje) časově náročnější a zabírá významný časový fond z realizace zakázky. Proto zkrácení doby potřebné na stavbu stroje tvoří významný aspekt konkurenceschopnosti. Použití nových progresivních technologií, mezi které se řadí zejména využití LaserTRACERu, LaserTRACKERUu, Spindle Analyseru a BlueSystemu Wyler má předpoklad při metodickém zvládnutí synergického efektu těchto zařízení výrazně přispět ke zkrácení doby stavby stroje. Nasazení nových technologií v průběhu stavby stroje umožní výrobci získat nové a přesnější informace o procesu stavby stroje a ovlivňování konečných vlastností stroje (zejména geometrické přesnosti stroje). Získání těchto informací standardními měřícími postupy a přístroji je velmi zdlouhavé a málo efektivní.

V současné době je konkrétním přínosem pro TAJMAC–ZPS, a.s. zvládnutí volumetrické kompenzace, kterou jsme dříve museli za vysoké ceny nakupovat z Německa.

O co se v tomto tématu jedná?
Žádný stroj není imunní vůči geometrickým chybám. To je patrné zejména u strojů s 5-ti řízenými osami, kde se mohou geometrické odchylky objevit jak u lineárních, tak i u rotačních os. Malé geometrické chyby jednotlivých os se mohou nasčítat a vytvořit nepřesnosti, které zabrání dosažení malých tolerancí rozměrové přesnosti vyráběných komponentů.
Určení všech geometrických odchylek u obráběcích strojů s 5 osami pomocí komerčních měřících nástrojů je nesmírně složitou záležitostí – měření může trvat i několik dní s nejistým výsledkem.
Vyvinutá metoda pracuje s laserovým interferometrem (TRACEREM) s nanometrovým rozlišením. S přesností 1 µm lze vyhodnotit odchylky pozice, přímosti, rovnosti, kolmosti, rotační odchylky, odchylky úhlů, axiální a radiální pohyby a vyklonění rotačních os

Výzkum a vývoj - PG1
Schéma odchylek tříosé kinematiky obráběcího stroje dle normy ISO 230-1

Tyto individuální parametry odchylek jsou zaznamenány měřícím přístrojem, LaserTRACEREM, následně jsou naměřená data zpracována pomocí softwaru TRACK-CHECK a vypočtené parametry korekce jsou následně přímo předány řídicímu systému obráběcího stroje.
Touto metodou byl zpřesněn multifunkční obráběcí stroj TM 2000 umístěný v 1. hale, který vykazoval geometrické odchylky, které se negativně promítaly do finální přesnosti obráběných dílců.
Volumetrická odchylka pracovního prostoru stroje (cca 2m x 2m x 2 m) před zavedenou korekcí byla 170 μm, po korekci 51 μm. Výsledná přesnost v pracovním prostoru stroje se tedy zlepšila přibližně o 70% (119 μm).

Výzkum a vývoj - PG2
Umístění LaserTRACERU v pracovním prostoru stroje TM 2000
Výzkum a vývoj - PG3
Grafické znázornění odchylek v pracovním prostoru stroje TM 2000 před korekcí
Výzkum a vývoj - PG4
Grafické znázornění odchylek v pracovním prostoru stroje TM 2000 po korekci
Výzkum a vývoj - PG5a
Graf verifikace volumetrické kompenzace obráběcího stroje TM 2000

2. Prediktivní systém tepelné regulace pro obráběcí stroje

Řešíme spolu se Sobriety s.r.o. a INTEMAC Kuřim. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Cílem projektu je vyvinout prediktivní systém pro tepelnou kompenzaci přesných obráběcích strojů. Systém by měl být schopen značně eliminovat nutnost teplotních kompenzací, které se běžně provádějí až po vyrobení a testování stroje.

Základní myšlenkou projektu je použití numerických simulací šíření tepla ve stroji již v návrhové fázi stroje. To umožní včas identifikovat vliv šíření tepla na deformace stroje a takto zjištěné deformace minimalizovat optimalizací jednotlivých dílců stroje. Vzhledem k obtížné identifikaci všech působících zdrojů tepla, a to jak vnitřních (motory, řezný proces, atp.) či i vnějších (výkyvy teplot v průběhu dne, radiační a konvektivní zdroje) bude model obsahovat zdroje tepla v redukovaném počtu a pole tepelných zdrojů bude simulováno citlivostními analýzami. Paralelně probíhají experimentální měření pro účely validací simulací.

Výzkum a vývoj - MM1
1D a MKP model stroje MCV1210, graf srovnání teplot skutečných a vypočtenýchopisek

Proti všem známým metodám tento projekt má zcela odlišnou filosofii, tj. přístup ex-ante, kdy budoucí tepelné deformace stroje jsou řešeny již v jeho předvýrobní fázi. V tomto smyslu jde o nejvyšší inovativní stupeň ve světovém kontextu. Dílčí výstupy z projektu jsou uplatňovány při vývoji multifunkčních center MCG 800/1000.

3. Pokrokové obráběcí stroje s nízkou emisí hluku a vibrací

Řešíme spolu s VÚTS Liberec. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

V tomto projektu je stroj nahrazen modelem vázaných dílčích zdrojů hluku a vibrací a přenosových cest. Vzhledem k obtížnému matematickému modelování mechanicko-akustické interakce pracujeme s experimentální identifikací modelu na fyzických soustavách.

Výzkum a vývoj - MM2
Zkouška průzvučnosti krytů stroje, grafy naměřených hodnot

Získané poznatky budou využity při dílčích inovacích našich strojů u sériové produkce, ale i při vývoji nových produktů.

4. Virtuální obrábění pro optimalizaci strojů a technologií

Řešíme spolu s Centrem Kompetence při ČVUT Praha. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Cílem je vytvoření experimentálně ověřeného SW systému, který umožní výrobcům obráběcích strojů realizovat virtuální obrábění na virtuálních modelech svých strojů. Systém bude mít využití jak ve fázi vývoje stroje pro optimalizaci stavby stroje a pohonů, tak i ve fázi přípravy zákaznické technologie na existující stroj pro optimalizaci nastavení regulace, konfigurace řídicího systému a řezných podmínek. S využitím virtuálních modelů je možné optimalizovat a maximalizovat výkon obrábění, jakost obrobených povrchů a hospodárnost výroby. Modulární řešení umožní sestavit SW konfiguraci, která bude odpovídat specifickému využití dle typu obráběcího stroje.

Výzkum a vývoj - MM3
Schéma virtuálního modelu stroje H630, přenosové funkce pohonu stroje a výsledky simulace zkoušky kruhovitosti virtuálního modelu stroje

5. Antikolizní SW pro stroje MANURHIN K’MX

Řešíme spolu s Centrem Kompetence při ČVUT Praha. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Cílem je vyvinout pro naše technology a uživatele CNC řízených dlouhotočných automatů speciální SW nástroj pro odhalení kolizních situací při tvorbě programů pro obrábění, které nabízí při jiných aplikacích např. firma VERICUT.
SW bude obsahovat mimo jiné knihovnu nástrojů a držáků, interpolátor pro dráhy nástrojů G a M funkce, korekce nástrojů, dvoukanálové řízení, simulaci úběru materiálu.

Výzkum a vývoj - MM4
Virtuální model stroje KMX EVO pro simulaci kolizních stavů při obrábění

6. Kompenzace dynamických účinků obráběcích strojů

Řešíme spolu s Centrem Kompetence při ČVUT Praha. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Projekt se zabývá výzkumem a vývojem v oblasti kompenzace nepříznivého dynamického chování obráběcích strojů, které představuje z hlediska produktivity a kvality výroby faktor s majoritním vlivem. Základní směry a řešení projektu:

  1. Výzkum a vývoj metod ukládání strojů s cílem zvýšení jejich dosažitelných dynamických parametrů – způsob uložení stroje do základu včetně použitých komponent a konstrukce základové desky mají značný vliv na celkové dynamické chování obráběcího stroje. Z hlediska matematického modelování však nejsou známy spolehlivé postupy, jakým způsobem vliv uložení stroje zohlednit a systematicky optimalizovat. Cílem řešení projektu je tedy nalézt a verifikovat spolehlivé metody virtuálního modelování ukládání obráběcích strojů, které by byly propojitelné s již vyvinutými virtuálními modely dynamického chování vlastních obráběcích strojů a které by umožnily nalezení optimálního způsobu uložení daného stroje. Získané poznatky byly uplatněny u základů stroje TM2000 v hale 1.
  2. Výzkum a vývoj zařízení pro potlačování vibrací – vliv mechanických vibrací je v současné době snižován především vhodnou volbou mechanické struktury a použitých materiálů v konstrukci obráběcích strojů. Tímto způsobem se však nelze mechanickým vibracím vyhnout úplně, ale pouze částečně snížit vibrace v oblasti nízkých frekvencí. V případě obráběcích strojů a vlastního obrábění však nastávají nepříznivé vibrace ve velice širokém frekvenčním spektru. Z tohoto důvodu je nutné potlačovat vibrace i v oblasti vyšším frekvencí. Projekt se proto zabývá návrhem dynamických hltičů (pasivních i aktivních) včetně návrhu jejich řízení. Jejich výhodou je tlumení vibrací v širokém frekvenčním spektru (zejména u aktivní varianty) a v místech, ve kterých lze vibrace bez jejich použití jen velmi obtížně utlumit (na smykadle v blízkosti nástroje, na obrobku, atd.). Dynamické hltiče představují autonomní zařízení, která jsou zejména v aktivní variantě snadno přenositelná na jiné obráběcí stroje a představují značný potenciál v oblasti potlačení vibrací. V současné době nejsou nabízena žádná řešení dynamických hltičů vhodná pro pohybující se konstrukce, jako jsou pohybové osy obráběcích strojů. Cílem projektu je návrh a verifikace dynamických hltičů vhodných pro obráběcí stroje z produkce TAJMAC–ZPS, a.s.
Výzkum a vývoj - MM5
Prototyp aktivního hltíce kmitů, naměřené frekvence a amplitudy smykadla bez zapnutého a se zapnutým hltičem kmitů

7. Nekonvenční materiály ve stavbě obráběcích strojů

Řešíme spolu s Centrem Kompetence při ČVUT Praha a firmou Compotech Sušice. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.

Cílem je vyvinout nástroje a znalosti, které umožní efektivní uplatnění výkonových komponent z nekonvenčních materiálů – vysoko-modulových kompozitů, 3D kompozitních struktur, hybridních materiálů a sendvičových struktur.
Praktické uplatnění bylo realizováno při vývoji hybridního smykadla s cílem zvýšení dynamické tuhosti strojů MCV 2318 a MCV 7032.

Výzkum a vývoj - MM6
Prototyp smykadla portálového centra MCV7032 s vlepenou kompozitovou trubkou s vysokým tlumením, simulace a naměřené výsledky kmitů smykadla

8. Nové koncepce obráběcích strojů

Řešíme spolu s Intemac Kuřim a Centrem Kompetence při ČVUT Praha.

    Jde o zkoumání širokého spektra námětů jako např.

  • hybridní technologie Laser Cladding
  • aditivní technologie a jejich integrace do obráběcích strojů
  • plovoucí princip na bázi paralelních kinematik
  • mechatronická tuhost
  • užití metod umělé inteligence
  • nekonvenční koncepce obráběcích strojů

Jako ukázka může posloužit vynález prof. Valáška.
Vynález se týká vícevřetenového obráběcího stroje pro provádění alespoň dvou různých operací na obrobku uchyceném v nosiči obrobku, kde pro každou operaci na obrobku je na obráběcím stroji uspořádán nástroj uchycený v nosiči nástroje, kde počet nástrojů (4) na trajektorii (6) pro provádění operace s delším časem operace na obrobku (3) je větší než počet nástrojů (4) na trajektorii (6) pro provádění operace s kratším časem operace na obrobku (3). Obrobky (3) na trajektorii (5) a nástroje (4) na trajektorii (6) provádějící operace se vůči rámu pohybují souvislým nepřerušovaným pohybem shodnou rychlostí v1 v jednom směru, přičemž pohyb nosičů (2) s nástroji (4) přesunutých na trajektorii (7) je v opačném směru.

Vícevřetenový obráběcí stroj na obrobcích (3) provádí obráběcí operace A, B, C, D. Mezi obráběcí operace se obecně počítá i upnutí nového polotovaru a odejmutí hotového obrobku. Obráběcí operace A, B, C, D se uskuteční během pohybu míst (1) rychlostí v1 v úhlech φA, φB, φC, φD. Délky těchto úhlů odpovídají délce příslušné obráběcí operace.

Výzkum a vývoj - RZ1
Funkční schéma nového vícevřetenového automatu pro obrábění bez ztrátového času

9. Interakce obráběcích strojů s obsluhou a okolím

Řešíme spolu s VUT Brno. Projekt je dotován z prostředků TAČR ČR.
Cílem je vyvinout jednoduchý znalostní systém pro bezpečné interakce stroje a obsluhy tj. přístup obsluhy do nebezpečných prostorů stroje v různých provozních režimech.
Vývoj probíhá v prostředí 3D imerzní virtuální reality při využití pokročilých metod analýzy rizik. Z našeho sortimentu se to týká velkých strojů.

Výzkum a vývoj - MM7
Přehledové schéma připojení periferních modulů stroje pro posouzení funkční bezpečnosti

Z uvedených příkladů, a nejsou zdaleka všechny, projektů výzkumu a vývoje v TAJMAC–ZPS, a.s. je zřejmé, že obsahuje širokou odbornou problematiku, jejíž úspěšné vyřešení vytváří základ pro udržení konkurenceschopnosti našich strojů. Dosavadní výsledky nás opravňují k názoru, že se to daří.

Ing. Radomír Zbožínek
Technický ředitel