Modulová vrtačka – frézka na obrábění hliníku firmy Schmoll

Od roku 2008 dodáváme našim zákazníkům plošné spoje na hliníkové podložce. Zhotovování těchto DPS je dost podobné výrobě jednostranných nebo vícevrstvých desek. Samostatnou problematikou je formátování na předepsaný tvar. Na běžné vrtačce frézce pro plošné spoje není obrábění hliníku dost dobře možné. Při obrábění je vyžadováno chlazení nástroje a směs z klasického chladiva a třísek při obrábění vytváří kaši, která zalepí odsávání nebo dokonce poškodí vřeteno vrtačky. Proto jsme nemohli na frézování hliníku použít klasické frézky určené k frézování plošných spojů. Tyto práce je sice možno zajistit dodavatelsky, ale jejich provedení převyšuje cenu samotných plošných spojů. Běžně se za frézování účtuje 600 Kč za strojovou hodinu. Na formátování jsme koupili frézku Comagraf K2 od firmy COMAC, spol. s r. o. a frézovali jsme výrobky sami.

Od jednoduchého kruhového nebo pravoúhlého tvaru plošných spojů zákazníci časem přešli ke tvarům složitějším s větší dráhou obvodu a větším počtem otvorů různého průměru. Tím se prodloužil strojový čas frézování. Frézka Comagraf K2 je jednoduchý stroj a dělat na ní přesnou práci vyžaduje velmi zacvičenou obsluhu a vyfrézování jedné zakázky trvalo celý pracovní týden. Museli jsme málo výkonný stroj nahradit něčím jiným. Zkoušeli jsme v kooperaci vodní paprsek. Na obrobku však vznikal nepřijatelný otřep, zařízení bylo na daný účel drahé na pořízení i na provoz. Testovali jsme i obrábění pomocí laserového paprsku. To dalo dobrou kvalitu řezu, ale na hliník až do síly 3 mm je však potřeba použít vyšší výkon a zařízení by se nám nevešlo do výrobních prostor.

Rozhodnutí, co koupit, padlo na výstavě productronica 2011, kde firma Schmoll Maschinen nabízela svůj modulový stroj schopný frézovat hliník. Vývojoví pracovníci Schmollu zaměnili osy stolu a vřeten a tento nápad vedl k tomu, že vyrobili zařízení o velmi malých zastavovacích rozměrech. Stroj zabírá pouze 1,69 m2 a ještě lze jednotlivé moduly řadit bočně vedle sebe. Výkon plné dílny složené z klasických strojů se dá za použití těchto modulů postavit na 30 % původní plochy. Pro frézování hliníku vrtačku/frézku doplnili zařízením, které přímo k nástroji vhání chladivo do řezu v podobě mlhy, která se při frézování odpaří. Třísky zůstávají suché a dají se odsávat.

Podle našich požadavků nám firma postavila stroj se dvěma vřeteny. Jedno je určeno k vrtání plošných spojů a druhé je určeno k frézování jak materiálu FR4, tak hliníku. Stroj je vybaven kamerovým systémem pro zaměřování na optické značky umožňující přesné umístění dráhy řezu obvodu k motivu spoje.

Pro dosažení dobré produktivity frézování je nutno nastavit správné parametry pro práci nástroje. Nejdůležitějšími údaji pro výpočet jsou řezná rychlost a posuv nástroje do materiálu na jeden zub za otáčku.

Řezná rychlost závisí na vlastnostech obráběného materiálu, vlastnostech nástroje a účinnosti mazání-chlazení. Udává se v m/min a je to rychlost, s jakou se otáčející nástroj dostává do styku s obráběným materiálem. Pro hliníkové slitiny se doporučuje 100–250 m/min. Z řezné rychlosti a průměru nástroje se snadno spočítají požadované otáčky. Nižší rychlost je vhodné zvolit u nástrojů menšího průměru, u většího je možno použít rychlosti vyšší.

Posuv na zub opět závisí na vlastnostech materiálu a průměru nástroje. Udává se v mm úběru materiálu na jeden zub a otáčku. Z těchto údajů se stanoví rychlost posuvu nástroje výpočtem z počtu otáček, zvoleného posuvu na zub a počtu zubů. Posuv na zub u nástrojů malých průměrů, například 1 mm, se pohybuje od 0,005 mm/otáčku, pro průměr 3 mm se dá použít 0,05 mm/otáčku. Tyto parametry u dvoubřitých nástrojů Kemmer nám plně vyhovují. U vřeten, která neumožňují nastavit otáčky pod 20.000 ot/min, je možné použít údaje z tabulky výrobce nástrojů. Optimální parametry se však nedají nastavit tak jako u vřetene s pracovním rozsahem 5.000–60.000 ot/min.

Dalším důležitým parametrem je hloubka záběru. Ta závisí hlavně na vlastnostech obráběného materiálu a účinnosti chlazení. V tomto případě je nejdůležitější schopnost zařízení odvádět z řezu třísky, která hlavně závisí na obrobitelnosti materiálu. V našich podmínkách používáme hloubku záběru 0,5 až 1,1 průměru nástroje.

Volba správných parametrů frézování má vliv na produktivitu frézování, životnost nástroje a kvalitu obráběného povrchu. Když se něco nedodrží, pak dojde k poškození nástroje nebo vznikají otřepy na řezných hranách. Zkoušeli jsme použít i nástroje s diamantovým povrchem. Může se u nich použít větší rozptyl nastavovaných parametrů. Proběh na dvoubřité nástroje Kemmer máme nastaven na 30 metrů frézování, po kterou je povrch frézované hrany kvalitní, bez otřepů. U fréz s diamantovým povrchem se začaly projevovat otřepy až po 50 metrech. Diamantové nástroje však neumožňují kontaktní vrtání, jejich povrch je elektricky nevodivý. Také z cenových důvodů používáme běžné vrtáky a frézy Kemmer.

Frézovací programy připravujeme v SW CAM 350 verze 9.5.1 a tento program neumožňuje sestavit zápis frézovacího programu, který by v průběhu frézování řídil zdvih osy Z. Při frézování na můstky dodáváme zboží se zapuštěnými můstky, v poloviční tloušťce, než je celá síla materiálu. Frézování na můstky se tedy musí provádět postupně. Nejdříve se frézuje celý obvod do poloviny síly obráběného materiálu a pak se dalším programem frézuje celá hloubka s můstky. K frézování je pak potřeba dvojnásobný čas. Možná, že nám po přečtení článku někdo poradí, jak na to.

S novým strojem jsme spokojeni. Hlavně díky velmi rychlým přejezdům a vyšší rychlosti posuvu nástroje klesla potřebná doba frézování na 1/3 času práce proti frézce Comagraf K2. Stroj se zaměřuje na předvrtané otvory v plošném spoji nebo na frézovaném čelním panelu pomocí optického systému, a tím je zajištěna shoda obvodu, například s montážními otvory, lepší než 0,05 mm.

V současné době je firma Printed spol. s r.o. schopna zákazníkům dodávat jednostranné i prokovené plošné spoje na hliníkové podložce včetně velmi přesného frézování obvodu desek.