Vítejte ve zbrusu nové rubrice TT, která se v jednotlivých volně navazujících informativních příkladech zabývá NC programováním a vším, co s ním souvisí. Postupně, a to zcela od základních kroků, budeme odkrývat jednotlivé problémy, se kterými se lze při obrábění základních konstrukčních prvků i složitých tvarových ploch setkat. Aby zde nebylo jen upozorňováno na „problémy“ či „komplikace“, jež mohou při výrobě součástí třískovým obráběním nastat, bude vždy jednou za měsíc charakterizován jednoduchý úkol. Každých 14 dní po uveřejnění tohoto příkladu (úkolu či zamyšlení) rovněž nabídneme jedno z možných řešení.
Neustále je co vylepšovat a s postupujícím časem se jistě setkáme s řešením optimálnějším. Hledání nejlepší varianty je možné jen při vymezení cíle, ke kterému je nutno se přiblížit. V řadě případů je to nejnižší výrobní cena, jindy to může být rychlost, aby byl uspokojen zákazník.
Každý z informativních příkladů (úkolů) i návrhů možného řešení uveřejníme jen na těchto tištěných stránkách Technického týdeníku. Internetová verze obdobných informativních příkladů, úspěšně vycházející již několik let pod názvem „CNC programování prakticky“ (viz www.techtydenik.cz, sekce Příklady CNC programování), řeší problematiku obrábění zc ela nezávisle na tomto projektu. Ani zde uváděné úkoly na sebe nebudou přímo navazovat, avšak postupně se můžeme setkat s rozborem jednotlivých „problémů“, jako např. možnosti při NC programování, problematika volby nástrojového vybavení, řezných podmínek, atd. Pro větší názornost budou jednotlivé příklady soustružení i frézování zpracovány a prezentovány s podporou nejužívanějších řídicích systémů v ČR. S ohledem na nezbytné zajištění snadné a legální dostupnosti jednotlivých demoverzí softwarů a úspěšnosti jednání s dalšími firmami bude popis základních úloh rozšiřován.
Nyní jsme však zcela na začátku a tak by bylo vhodné věnovat nejprve trochu pozornosti historii. Z dnešního pohledu je podstatná část vývoje technologií třískového obrábění datována do období průmyslové revoluce, která probíhala v 18. a 19. století. Zvláště významný rozvoj tohoto výrobního odvětví nastal ve století 20., a také v době dnešních dnů vývoj i výzkum nebo aplikace obrábění nezpomaluje. Toto tvrzení se na první pohled může zdát velmi zavádějící a nesprávné. Vždyť rozvoj řemesel a řemeslnických schopností je zcela patrný již před průmyslovou revolucí, kdy existovalo značné množství zkušeností a tzv. know-how v oblasti obrábění. Například americký dějepisec Lewis Mumford v knize „Mýtus stroje“ popisuje vývoj techniky a lidstva následovně:
„Co je běžně považováno za technickou zaostalost pro období 600 let před takzvanou průmyslovou revolucí, není nic jiného, než zvláštní druh zaostalosti historické učenosti. Je příznačné, že velké technické pokroky 18. století měly začátek v biblických dobách, nebo v době bronzové...“
Velké finanční investice do zpracování kovů především pro vojenské účely pak nastartovaly národní hospodářství mnoha států. Obrábění kovů na obráběcích strojích je však relativně mladé, a to zvláště pokud pro hodnocení použijeme výhradně produktivitu. Do 19. století se práce s kovy soustředily především na práce kovářské.
Nahlédneme-li na historii také částečně z pohledu ovládání obráběcích strojů, tak o podstatném zrychlení vývoje můžeme hovořit až od okamžiku, kdy byl k dispozici první mechanický pohon stroje. Další cesta pak vedla k zapojení parního stroje a následně přes několik navazujících historických milníků až k dnešním elektromotorům. Doposud se však jednalo především o manuální výrobní činnosti. Až v průběhu 20. století začaly do procesů třískového obrábění výrazně vstupovat prvky řízení a automatizace. Například vývoj tzv. CAM obsahoval původně oblast plánování výroby. Zkratka CAM (z anglického Computer Aided Manufacturing), která je dnes poměrně běžně užívaná, označuje systém pro počítačovou podporu výroby, zahrnující přímé řízení NC techniky, robotů, mezioperační dopravy výrobků, polotovarů, materiálů a nářadí. Co však znamenají další dnes běžně užívané zkratky? Jaká je mezi nimi návaznost?
Dnešním úkolem či zamyšlením je tedy charakteristika významu některých z velmi často užívaných zkratek: CIM, CAM, CAE, CAD, CAPE, CAP, CAPP, CAQ, CA, NC, CNC, DNC. Řešení uvedeme v příštím čísle tohoto čtrnáctideníku.
Historie vývoje CNC obráběcích strojů, neboli vývoje číslicové techniky, probíhala současně v několika oblastech: jednotlivé strojní komponenty, výrobní soustavy, řídicí systémy a strojní celky. Již okolo roku 1950 se jako pohonové jednotky začaly používat elektricky řízené hydromotory a později byly aplikovány elektricky řízené motory. Pro odměřování při polohování se využívalo optických principů (lineární a rotační odměřovací systémy). První zde ještě takzvané NC konzolové frézky byly víceméně modifikované konvenční stroje (Feranti ve Skotsku, Parson v USA). Řídicí systémy pracovaly na principu vakuových lamp (Record play back) a začalo se prosazovat i tzv. pravoúhlé řízení a systémy s magnetickým záznamem dat.
V roce 1960 uvedla firma Kearney&Trecker první obráběcí (frézovací) centrum. NC systémy byly již tranzistorové. Koncem 60. let pak v USA aplikovali integrované obvody s možností parabolických a splineových interpolací. NC stroje se integrovaly do prvních výrobních linek.
V 70. letech se při stavbách strojů aplikovaly kuličkové šrouby a hydrostatická vedení. Firma Herbert uvedla na trh první soustružnické centrum s rotačními nástroji pro frézování a vrtání. NC systémy byly doplňovány pamětí a umožňovaly editaci programů (Westinghouse). Od nich byl jen velmi malý krůček k prvním CNC systémům. Firma Kearney&Trecker přišla s prvním FMS-PVS (Flexible Manufacturing System - pružný výrobní systém).
V 80. letech začaly být stroje vybavovány zásobníky nástrojů i obrobků a do konstrukce NC strojů se aplikovaly senzory pro sledování pohonů a jednotlivých mechanismů. Řídicí systémy byly založeny na bázi CNC/PLC s multiprocesorovými mikropočítačovými strukturami. Toto období je velmi důležité, poněvadž došlo k výraznému prosazení frézovacích i soustružnických center do technologií třískového obrábění.
V 90. letech minulého století byly aplikovány velkokapacitní zásobníky s mezioperační dopravou nástrojů i obrobků. Výrazně se zvyšovala přesnost výroby jednotlivých typů součástí na NC strojích, zvyšovala se produktivita výroby a CNC stroje již měly poměrně otevřenou architekturu. Rostoucí variabilita obráběných dílů vedla k většímu uplatňování pružných výrobních systémů.
Ve 21. století byl zahájen vývoj nové generace obráběcích center. Jsou vytvářeny především multifunkční stroje a výrazně se hovoří i realizuje sjednocování HW a SW (Hardware, Software). Běžně jsou do CNC strojů integrovány CAD/CAM systémy a dále se posiluje provázanost na externí počítačové stanice.
Článek vznikl za spolupráce Vysokého učení technického v Brně, FSI, ÚST, Odboru technologie obrábění, s firmou Siemens a redakcí Technického týdeníku.
Ing. Aleš Polzer, Ph.D.