Wattový vrták pro vrtání čtvercových otvorů: tvin270584 — LJ

V některých případech je nutné získat otvory čtvercového tvaru. V tomto článku mistr instalatér vám řekne, jak vyvrtat čtvercovou díru.

Trochu historie s geometrií

Legendární Leonardo da Vinci ještě v 15. století při studiu vlastností geometrických obrazců upozornil na takzvané geometrické objekty se stejnou tloušťkou. Takových obrazců je nekonečně mnoho, ale nejjednodušší – kromě kruhu – je zaoblený trojúhelník, který lze vytvořit následovně. Je nakreslen rovnostranný trojúhelník, jehož každý z rohů je spojen obloukem kružnice nakreslené ze středu protější strany. Zvláštností takového trojúhelníku bude, že všechny jeho strany budou mít konstantní šířku, která se rovná délce strany původního rovnostranného trojúhelníku.

Praktický užitek z této skutečnosti čerpal L. Euler, který o tři století později předvedl rotaci takového zaobleného trojúhelníku: nejprve kolem vlastní osy a poté s určitou excentricitou, protože kardanový mechanismus byl již tehdejší vědě a technice znám.

Německý inženýr F. Reuleaux šel v praktickém využití tohoto obrazce ještě dále, když poznamenal, že trajektorie úhlů pohybujícího se trojúhelníku se při určitých způsobech jeho rotace velmi blíží čtverci. Pouze přímo v rozích čtverce popisuje vnější plocha oblouk, i když o malém poloměru. V moderní technické literatuře se takový trojúhelník nazývá Reuleauxův trojúhelník, ačkoli toto číslo ve skutečnosti žádné úhly nemá.

Uplyne ještě pár desítek let a Angličan G. Watts přijde se zařízením, které dokáže poskytnout nástroji na obrábění kovů zaručenou čtvercovou dráhu. Technické řešení vrtačky Watts bylo patentováno v roce 1916 a o rok později začala sériová výroba takových nástrojů.

Vrtačka nebo fréza

Většina technické veřejnosti se domnívá, že jde o frézu. Výrobci však tento nástroj tvrdohlavě nadále nazývají vrták se čtvercovými otvory, vrták Watts nebo vrták, jehož profil odpovídá trojúhelníku Reuleaux.

Co je správnější? Pokud se podíváme na kinematiku pohybu takového řezného nástroje (pro názornost lze použít schéma na obr. 1), vidíme, že úběr kovu bude prováděn pouze boční plochou a nebude zde jedna řezná rovina, jako u klasického vrtáku, ale čtyři, což je typičtější pro frézy.

Jeden rotační pohyb však nebude stačit k získání čtvercového otvoru. Jednoduché matematické výpočty (v tomto článku neuvedené) ukazují, že aby „vrták“ pro čtvercový otvor mohl plnit svou funkci, musí při práci popisovat nejen hlavní pohyb rotace břitu, ale také kývavý pohyb vrtačky/frézy kolem určité osy. Oba pohyby musí být provedeny ve vzájemně opačných směrech.

Úhlová rychlost obou rotací se určuje zcela jednoduše. Vezmeme-li jako parametr f frekvenci otáčení hřídele vrtačky (nebo příklepové vrtačky), pak pro oscilační otáčení vřetena kolem vlastní osy stačí rychlost 0,625f. V tomto případě je osa vřetena upnuta mezi pracovní hřídel a hnací kolo, což způsobí kmitání vrtačky/frézy v upínacím zařízení se zbytkovou rychlostí.

(1 – 0,625)f = 0,375f.

Výslednou rychlost otáčení frézy lze přesněji určit pomocí technických charakteristik vrtačky/příklepové vrtačky, ale je jasné, že bude mnohem nižší, než na co byl nástroj původně navržen. Získání čtvercového otvoru proto bude s nižší produktivitou.

Zařízení a princip činnosti

Pro čtvercové otvory s profilem Reuleaux trojúhelník není možné přímo použít frézu/vrták – pro odvod vzniklých třísek jsou potřeba drážky.

Proto (viz obr. 2) je profil pracovní části nástroje výše popsaný obrázek, ze kterého jsou vyříznuty tři půlelipsy. Tím se dosáhne tří cílů: sníží se moment setrvačnosti vrtáku a zatížení vřetena a zvýší se řezná schopnost frézy.

Konstrukce nástroje je následující. Ve skutečnosti pracovní část obsahuje pracovní plochu, která odstraňuje kov a drážky, které odstraňují třísky. Vrták na čtvercové otvory je vyroben z oceli U8 a kalen na tvrdost HRC 52…56. Pro zvláště těžké provozní podmínky se používají výrobky z legované oceli X12 o tvrdosti HRC 56. 60. Při normálním přívodu chladicí kapaliny a díky relativně nízkým teplotám v oblasti zpracování je životnost nástroje vysoká.

Vřeteno adaptéru má složitější konstrukci. Zahrnuje:

• Bydlení.
• Ozubené kolo.
• Sedlo pro hlavní vřeteno (pokud je nástroj instalován v nástrojové hlavě obráběcího stroje, pak má adaptér tvar Morseova kužele).
• Hnací ústrojí.
• Hlavní vřeteno.
• Záběr ozubených kol s ozubeným věncem.
• Houpací rukáv.

Pro domácí použití nabízejí výrobci fréz/vrtáků čtvercových otvorů upevňovací rámy, které jsou připojeny ke sklíčidlu pomocí kardanové hřídele a udělují řeznému nástroji excentrické pohyby. Tloušťka takového rámu určuje hloubku výsledného otvoru.

Pro připojení zařízení ke sklíčidlu stroje je také nutný speciální adaptér. Skládá se z:

• Pouzdra.
• Plovoucí stopka.
• Houpací kroužek.
• Vyměnitelná pouzdra pro kartuše různých kovoobráběcích strojů.
• Montážní šrouby.
• Podpůrné koule.

Pro praktickou aplikaci příslušného nástroje postačí posuv vřetena hlavního zařízení v požadovaném směru. Frézovací, protahovací a soustružnické stroje jsou vhodné pro výrobu čtvercových otvorů pomocí takového zařízení.

Pokračujte v tématu, podívejte se také na naši recenzi Co je Forstnerův vrták