Vítejte v rubrice, která se v jednotlivých volně navazujících informativních
příkladech zabývá NC programováním a vším, co s ním souvisí. Postupně,
a to zcela od základních kroků, jsou charakterizovány jednotlivé historické
milníky, se kterými jsme se při třískovém obrábění mohli setkat.
Pozornost se tak zaměřuje na dobu nedávno minulou, současný stav
výroby součástí frézováním, vrtáním i soustružením, a směřuje k novým
trendům, které na nás zanedlouho čekají.
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:
l rozměrové informace pro výrobu
jednotlivých ploch součásti
l informace o otáčkách řezného
nástroje, posuvové rychlosti,
řezném prostředí atd.
l a 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.
