Vítejte v rubrice, která se v jednotlivých volne navazujících informativních príkladech zabývá NC programováním a vším, co s ním souvisí. Postupne, a to zcela od základních kroku, jsou charakterizovány jednotlivé historické milníky, se kterými jsme se pri trískovém obrábení mohli setkat. Pozornost se tak zameruje na dobu nedávno minulou, soucasný stav výroby soucástí frézováním, vrtáním i soustružením, a smeruje k novým trendum, které na nás zanedlouho cekají.
Například implementace nových prvků automatizace do výrobních procesů je považována za jednu z cest, jak firmu udržet na světových trzích. V podmínkách nelehkého konkurenčního prostředí, navíc dnes umocněného tzv. krizí, jsou hledány nové cesty jak vyrábět (obrábět) levněji, kvalitněji nebo rychleji ve srovnání s ostatními firmami. Z historického pohledu se však vývoj automatizace odehrával v několika etapách. Běžně jsme se mohli setkat, a i dnes se setkáváme, s tzv. konvenčními obráběcími stroji, číslicově řízenými stroji jednoprofesními, obráběcími centry, vícevřetenovými obráběcími centry, jednoúčelovými stroji, pružnými výrobními linkami, pružnými výrobními soustavami, tvrdými automatickými linkami nebo automatizovanými výrobními soustavami. V současné době je poslední vývojovou etapou automatizace vytvoření automatického výrobního závodu.
Omezíme-li se však jen na základní výrobní zařízení, tak je patrné, že v oblastech malosériové a středně sériové výroby je automatizace s aplikací CNC strojů zcela nezbytná. Rychle se měnící sortiment výrobků a snaha snížit výrobní náklady při maximalizaci výkonnosti vede k častému (pružnému) přizpůsobování strojů jednotlivým obrobkům. Související trendy vývoje obráběcích strojů (multifunkční stroje) rovněž potvrzují, že dosažení výrobní pružnosti je možno dosáhnout aplikací programově řízených strojů.
Klíčovou předností CNC strojů je velmi snadný přechod mezi jednotlivými typy vyráběných součástí. Přechod z jednoho typu obrobku na jiný se provádí změnou řídicího programu (NC programu), který buď částečně nebo úplně využívá seřízeného nástrojového a měřicího vybavení. Další významnou předností CNC strojů je jejich zcela automatický chod. Ovládání veškerých funkcí (jednotlivé pohyby řezného nástroje, nastavení pohybových rychlostí i otáček nástrojů, výměny nástrojů nebo obrobků pro jednotlivé výrobní operace atd.) je realizováno postupným zpracováváním jednotlivých řádků NC programu (zpracováváním tzv. bloků). Všechny informace nezbytné pro obrobení součásti na stroji jsou tedy předem zaznamenány formou řad alfanumerických znaků. Mezi tyto nezbytné výrobní informace je možno zařadit:
- rozměrové informace pro výrobu jednotlivých ploch součásti
- informace o otáčkách řezného nástroje, posuvové rychlosti, řezném prostředí atd.
- informace ostatní (např. velikost časové prodlevy, otevření dveří bezpečnostního krytu atd.).
Číslicově řízené obráběcí stroje jsou tedy již konstrukčně uzpůsobovány pro práci v automatickém režimu. Jejich programování se realizuje prostřednictvím speciálního komunikačního (strojního) panelu nebo zcela externě na pracovištích vybavených výkonnými počítačovými stanicemi. Z pohledu NC programování tak rozlišujeme např. CAD/CAM systémy, dílensky orientované programování a tzv. ISO programování (někdy také nazývané programování v G-kódu). Hovořit by se dalo i o tzv. popisném dialogu, ale podstatnější je, že každý ze zmiňovaných způsobů tvorby programů má svou nezastupitelnou oblast použití. Nelze tedy jednoznačně konstatovat, že NC programování pomocí „supermoderního“ CAD/CAM softwaru je „naprosto nejlepší“ a hlavně nejefektivnější cesta pro konkurenceschopné obrábění. Vždyť každý z neuvěřitelně rozsáhlé nabídky CAD/ CAM softwarů dostupných na dnešním trhu končí překladačem, a tedy tvorbou např. zmiňovaného G-kódu. Správný formát zápisu jednotlivých programových vět (bloků), které umožňují realizovat proces třískového obrábění, je tedy zcela klíčovou záležitostí při CNC obrábění. Znalosti struktury NC programů a formátu jednotlivých bloků (programových řádků) umožňují realizovat tzv. ruční programování, ale jsou také zcela nezbytné pro tvorbu či editaci jednotlivých překladačů (postprocesorů). Postprocesory totiž transformují elektronická data specializovaných CAD/CAM softwarů do formátů jednotlivých obráběcích strojů. Každý CNC stroj tak mnohdy vyžaduje mírně odlišný NC program.
Dnešním úkolem či zamyšlením je tedy charakteristika obecného formátu ISO bloku. Pro úspěšné řešení tohoto úkolu zcela postačí obyčejná tužka a papír. V příštím čísle Technického týdeníku pak bude uvedeno nejen řešení konkretizované pro řídicí systém Sinumerik, ale také bude možno nahlédnout na tzv. dílensky orientované programování, které jednotlivé programové řádky umožňuje tvořit přímo na panelu obráběcího stroje, a to zcela automaticky (bez nutnosti znát význam jednotlivých slov programové věty a rovněž bez nutnosti rozsáhlých znalostí počítačové techniky).
Výše uvedená věta upozorňující na odlišnosti NC programů jednotlivých strojů vychází z jejich koncepce. Číslicově řízené stroje jsou většinou sestaveny ze sedmi hlavních celků: ovládací panel, vřeteno s vřeteníkem, zásobník a rameno pro výměnu nástrojů, zásobník nebo podavač obrobků (případně paletový systém), polohování nástroje a obrobků, soustavy pro přívod procesních kapalin a ochranné kryty. Jednotlivá konstrukční řešení a stupeň integrace automatizačních prvků tak vede k nezbytným odlišnostem v zápisech NC programů a rovněž k odlišnému zpracovávání těchto programových bloků PLC programem.
Nahlédneme-li ještě ve stručnosti na jednotlivé vývojové generace obráběcích strojů, pak bude již zcela patrné, že změny ve způsobech NC programování byly nevyhnutelné a že řadu změn musíme očekávat i v době dnešní a budoucí. První vývojová generace, kam zahrnujeme tzv. NC stroje, vycházela z koncepcí strojů konvenčních. V druhé generaci byly stroje vybavovány např. automatickou mezioperační výměnou nástrojů a výměna opotřebovaných řezných nástrojů v zásobníku probíhala ručně. Připojení dalších prvků, jako byl např. dopravník třísek, vyžadovalo i rozšíření databáze programovacích funkcí. U strojů zařazovaných do třetí vývojové generace byl integrován systém automatické výměny obrobků. Zvětšila se kapacita zásobníků využívající i systém tzv. duplo nástrojů, ale stále se ještě realizovala ruční výměna opotřebovaných řezných nástrojů. Stroje čtvrté generace měly již vyřešeno napojení na automatickou výměnu opotřebovaných řezných nástrojů ze zásobníků. Můžeme zde tedy hovořit o plně automatizovaných technologických pracovištích, s možností „samostatně“ pracovat ve třísměnném provozu. U strojů páté generace byly do konstrukcí postupně aplikovány mechatronické prvky, které umožňují např. elektronickou kompenzaci chyb polohování nebo měření rozměrů obrobků mezi obráběcími operacemi (improcesní kontrola). Prostřednictvím měřicích sond jsou kvantifikovány hodnoty nezbytných korekcí (odchylek od požadované hodnoty např. stanovené technickým výkresem), které jsou interaktivně aplikovány při probíhajícím procesu obrábění. V této generaci strojů se rovněž můžeme setkat s laserovým odměřováním polohy a optimalizací řezných podmínek. Stroje zatím poslední, šesté vývojové generace, mají konstrukci založenou na požadavcích minimalizace časů výměn obrobků a nástrojů, na suchém víceosém a vysokorychlostním obrábění, na dálkové diagnostice, na ultrapřesném obrábění (desetiny mikrometru) a na koncepcích pro obrábění konkrétních typů součástí (stroje na zakázku).
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.