Vysokovýkonné systémy CNC pre kolesá vysokovýkonných automobilov

Vedúca pozícia v strojovom obrábaní

BBS Motorsport využíva sústružné a frézovacie centrá s ovládaním FANUC

Pri obrábaní liatych a kovaných predrobkov do kolies pre pretekárov Formuly 1 a na iné pretekárske vozidlá ide vždy o čas. Prémiový výrobca BBS Motorsport dosahuje skvelé výsledky vďaka strojom, medzi ktoré patria aj obrábacie centrá Matsuura. Preferovaná technológia riadenia a pohonov pochádza od svetového lídra na trhu – spoločnosti FANUC.

Nedá sa nevšimnúť si, že Roman Müller, výkonný riaditeľ spoločnosti BBS Motorsport GmbH, má veľké nadšenie pre motoristické športy. Zanietene hovorí o diskoch z ľahkej zliatiny, ktoré jeho spoločnosť vyvíja a vyrába, ako aj o úspechoch dosiahnutých na kolesách BBS počas 40 rokov vo všetkých druhoch motoristických športov. Jeden príklad: Michael Schumacher všetky svoje víťazstvá na majstrovstvách sveta pre tím Ferrari získal na kolesách BBS.

Nie je preto žiadne prekvapenie, že Roman Müller má sám na seba aj na svoj skúsený tím také vysoké nároky: „V spolupráci s poprednými pretekárskymi tímami chceme vyvinúť najlepšie disky z ľahkej zliatiny na svete, ktoré zabezpečia rozhodujúci čas 1/100 sekundy.“

Počas 40 rokov úspešným partnerom automobilového pretekárskeho športu

V histórii spoločnosti nájdeme početné významné momenty. Už v roku 1972 BBS (založená v roku 1970) vyrábala trojdielne disky pozostávajúce zo stredového náboja a vonkajšieho a vnútorného ráfu. Kým ráfy sú v zásobách v rôznych veľkostiach, vopred osadený náboj sa upravuje krátko pred vsadením podľa konkrétneho vozidla. Pomocou modulárneho systému je možné vytvoriť veľa verzií, čo sa týka šírky, posunu ráfu a priemeru. „Individuálne upravené koleso sa dokončí v priebehu týždňa,“ hovorí Roman Müller, „a zákazník sa na svojom športovom vozidle môže previezť na pretekárskej dráhe.“

Trojdielne disky sú stále populárne, ale dnes sa používajú predovšetkým jednodielne disky z ľahkej zliatiny, ktoré sa odlievajú alebo kujú v jednom pevnom kuse. Kombinujú nízku hmotnosť špeciálnych zliatin s maximálnou stabilitou – bez akýchkoľvek slabých miest, ako poukazuje Roman Müller. Aby to bolo možné zaručiť, prechádzajú v spoločnosti BBS Motorsport viacerými výrobnými kontrolami – prvýkrát pred obrábaním, aby sa overilo, či kvalita materiálu vyhovuje normám. Nasledujú merania počas výrobného procesu na obrábacích strojoch a napokon trojrozmerná 100 % kontrola v meracej miestnosti.

Čo sa týka hmotnosti, pevnosti a odolnosti, spoločnosť BBS postavila míľnik vo vývoji horčíkových kovaných diskov. Pre Romana Müllera to bol veľký úspech: „Začiatkom 90. rokov bolo Ferrari prvým pretekárskym tímom, ktorý použil naše kované horčíkové disky vo Formule 1. Dnes sú takéto kolesá štandardom a žiaľ, už nie sme ich jedinými výrobcami.“

Spoločnosť BBS Motorsport však exceluje nielen na poli materiálov, ale aj inovácií, ktoré udávajú nové štandardy v oblasti strojového obrábania. Napríklad pomer medzi hmotnosťou a stabilitou možno optimalizovať frézovaním špíc. Pri tom sa odstraňujú tie časti kolesa, ktoré nie sú dôležité pre pevnosť, a teda sú zbytočnou záťažou. Túto technológiu pôvodne zaviedla spoločnosť BBS a mnohé iné ju dnes napodobňujú.

Náskok aj v oblasti strojového obrábania

Aby bolo možné vykonávať takéto náročné obrábacie postupy ekonomicky, výrobca kolies musí mať skvele vybavené výrobné oddelenie. Na obrábanie si Roman Müller zvolil dvoch hlavných dodávateľov: Spoločnosť Mori Seiki dodáva sústružné stroje a spoločnosť Matsuura frézovacie stroje. Majiteľ spoločnosti na týchto dodávateľoch oceňuje predovšetkým dlhodobú vysokú kvalitu. Pretekársky dodávateľ chváli obrábacie centrá Matsuura aj za ich rýchlosť: „Keď sme v roku 1999 začali s vysokorýchlostným obrábaním, otestovali sme centrá viacerých výrobcov. Pri našich požiadavkách na obrábanie ľahkej zliatiny dosiahlo zďaleka najlepšie výsledky centrum FX70 od spoločnosti Matsuura.“

V tom čase BBS obyčajne dostávala nedokončené predrobky predkované blízko k ich konečnému tvaru, preto bolo potrebné len menšie frézovanie a vŕtanie. Na výrobu tzv. predrobkov takmer čistého tvaru bolo nevyhnutné investovať do veľmi drahých kovacích nástrojov – a to bolo reálne možné len pri vyššom počte kusov, čo je zas v automobilovom pretekárskom odvetví zriedkavé.

Preto tím Romana Müllera hľadal alternatívu a našiel ju vo vysokorýchlostnom obrábaní predrobkov kovaných ako kolesové disky. Pomocou sústružných a frézovacích strojov ich bolo možné premeniť na požadovaný tvar – špecifikovaný zákazníkom s prvkami v jeho vlastnom štýle. Roman Müller vysvetľuje: „Ak zainvestujete do drahej lisovacej formy, zaviažete sa na dlhé roky. S naším 5-osovým frézovacím strojom sme získali flexibilitu a dokážeme realizovať nápady do 2 týždňov a predložiť ich zákazníkovi.“

Technológia CNC a pohonov od svetového lídra na trhu

Počas nasledujúcich rokov zostala spoločnosť BBS Motorsport verná výrobcovi Matsuura. Riaditeľ výroby Francisco Serrano spomína: „Už mnoho rokov používame obrábacie stroje s riadiacou a pohonnou technológiou od spoločnosti FANUC a máme s ňou len tie najlepšie skúsenosti. Kvalita výrobkov je skutočne vynikajúca, vďaka čomu sme za všetky tie roky s nimi nemali vôbec žiadne problémy. Navyše je štruktúra ponuky systému CNC veľmi prehľadná. V roku 2007 sme sa rozhodli objednať si stroje Matsuura s CNC riadením FANUC radu 30i-A.“ Zároveň zdôrazňuje výhodu vyplývajúcu z konzistentného využívania jedného výrobcu CNC vo svojej výrobe: Kvalifikovaní pracovníci, ktorí poznajú systémy FANUC, môžu jednoducho prejsť na iné stroje bez dodatočného školenia. Okrem toho, používanie menšieho počtu rôznych druhov riadení šetrí náklady na školenia a zabraňuje chybám.

Hlavnú zodpovednosť za NC programy majú operátori strojov. Pomáhajú im plánovači prác, ktorí používajú externý CAD/CAM systém, a to najmä pre konštrukčné prvky s komplikovanými tvarmi. Na tento účel dostane pracovník dokončené štandardné podprogramy, ktoré skombinuje so svojimi vlastnými vŕtacími a sústružníckymi cyklami na zostavenie hlavných programov. Navyše doň integruje potrebné meracie programy na kontrolu priamo počas procesu. Znie to možno komplikovane, ale vďaka dielenskému programovaciemu softvéru FANUC Manual Guide i sa to dá bez problémov zvládnuť. Vo svojej podstate spája tento softvér dva svety programovania, pretože na jednej strane umožňuje bezproblémové dialógové programovanie, a na druhej strane podporuje programovanie vo formáte DIN ISO alebo pomocou makier. Vďaka tomu si môže každý používateľ – v závislosti od požiadavky a individuálnych znalostí – zvoliť optimálny spôsob programovania. Rôzne spôsoby možno navyše navzájom pohotovo kombinovať. Už vytvorené programy DIN ISO je možné ľahko vkladať a upravovať.

Užitočné funkcie CNC

Pri obrábaní svojich kolies sa firma BBS Motorsport snaží nájsť optimálny kompromis medzi krátkym časom obrábania a vysokou kvalitou opracovania povrchu. V tejto snahe im pomáha riadiaci systém CNC FANUC radu 30i-A, ktorým sú vybavené obrábacie centrá Matsuura MAM72-63V a ktorý je optimálne navrhnutý na vysokorýchlostné (HSC) a 5-osové obrábanie. To znamená, že je nielen veľmi rýchly, ale poskytuje aj niekoľko softvérových funkcií na obrábanie v piatich osiach, aby bolo možné optimálne využívať dostupný potenciál stroja. Pri používaní obrábania HSC ponúka systém automatickú reguláciu posuvu AICC. V rámci tohto pojmu – AICC je skratkou pre Artifical Intelligence Contour Control (Inteligentné ovládanie obrábania obrysov) – združila firma FANUC funkcie, ktoré optimalizujú akceleračné a brzdiace podprogramy a ktoré dokážu automaticky regulovať otáčky pri obrábaní rohov alebo segmentov kružnice. To znamená, že funkcie AICC do určitej miery prevezmú riadenie posuvu, aby zabezpečili, že sa daný nástroj bude pohybovať po predpísanej dráhe s vysokým stupňom presnosti obrysu.

Ako vysvetľuje výrobný riaditeľ Francisco Serrano, je to veľmi výhodné, napríklad, pri práci s dizajnovými štúdiami, ktorých implementácia je náročná: „Nedávno sme sa museli pri obrábaní posúvať po dráhe s vŕtanými otvormi, ktorých priemer začínal na 0,4 mm a postupne sa zväčšoval. Aj pri veľmi malých polomeroch museli byť okraje ostré ako britva, čo zasa vyžadovalo komplikované obrábanie počas frézovania. Dokonalý úspech nám pritom pomohol dosiahnuť stroj Matsuura s riadením FANUC.“

Obrábací tím spoločnosti BBS sa pri obrábaní ľahkých zliatin zvyčajne snaží využívať maximálne otáčky až 27 000 min^-1 . Pri hliníku systém využíva rýchlosť posuvu od 8 do 10 m/s, pri horčíku je to 12 až 14 m/s – a to s prísuvom 5 mm. Na jednoduché nastavenie parametrov používa firma BBS funkciu Machining Level Condition integrovanú v riadení FANUC CNC 30i-A, ktorá používateľovi umožňuje primerane zohľadniť faktory presnosti, rýchlosti a akosti opracovania povrchu. Riadenie potom samostatne zostaví optimálnu sadu parametrov. Týmto postupom zároveň naplno využije schopnosti riadenia na spracovanie drážok a na optimalizovanie kvality opracovania povrchu pomocou funkcie Nano Smoothing 2. Francisco Serrano: „Spoločne s aplikačnými technikmi z firmy Matsuura zadefinujeme požadované rezné údaje a povrchové úpravy a pomocou tejto funkcie ich nastavíme vo všetkých strojoch. Tým stabilne dosahujeme kvalitné výsledky obrábania.“

Oceňuje aj mimoriadne vysokú prevádzkovú dostupnosť všetkých súčastí značky FANUC: „Za uplynulých 12 rokov sme museli volať na služby zákazníkom spoločnosti FANUC iba štyrikrát. V jednom prípade šlo o našu vlastnú chybu, ďalšie dve boli spôsobené opotrebovaním materiálu a iba jedna porucha vznikla v dôsledku chybnej prístupovej karty.“ Výrobný riaditeľ nakoniec dodáva nasledujúce zhrnutie: „Hoci sú rozhodujúcim faktorom stroje a ich výkon, v konečnom dôsledku sme boli s riadiacimi a pohonnými systémami od spoločnosti FANUC spokojní do takej miery, že sa tieto súčasti stali spolurozhodujúcimi faktormi pri našom výbere obrábacieho stroja.“

Kolesá, na ktorých jazdí medzinárodný pretekársky šport

Či už ide o Formulu Jedna, sériu IndyCar, 24-hodinové preteky, preteky rally alebo sériu pretekárskych špeciálov – mnohé pretekárske tímy už viac ako 40 rokov dôverujú skúsenostiam vo vývoji a výrobe špičkových modelov kolies z hliníka alebo horčíka, ktoré ponúka spoločnosť Motorsport. Odborníci odnedávna sídliaci v meste Haslach i. K. ponúkajú celoodlievané alebo viacdielne kolesá, pri ktorých je hlavným cieľom ponúknuť zákazníkovi maximálnu aerodynamiku, minimálnu hmotnosť a ideálnu tuhosť. Spoločnosť v súčasnosti zamestnáva 26 pracovníkov a disponuje kapacitou v približnom objeme 12 000 diskov z ľahkých zliatin ročne. Okrem pretekárskych tímov sú jej najdôležitejšími zákazníkmi súkromní motoristi. Celkovo až 40 % všetkých objednávok pochádza práve od tejto klientely. Po ekonomicky náročnom období po platobnej neschopnosti pôvodnej materskej spoločnosti začal úspešný tím firmy BBS Motorsport nanovo fungovať v roku 2012 ako nemecká spoločnosť s ručením obmedzeným „GmbH“. Hlavným podielnikom je japonská spoločnosť, ktorá po dlhé roky zabezpečovala distribúciu zliatinových diskov BBS na ázijské trhy.