Na výstavě EMO 2013 představila firma HEIDENHAIN dvě skupiny softwarových funkcí, které směřují k optimalizaci procesu obrábění na výkon i kvalitu výsledných obrobků. Jde o volitelné funkce řídicích systémů řady TNC, určených pro frézovací stroje nebo multifunkční frézovací centra s možností soustružení. První skupina se uplatní při hrubování, druhá zejména při dokončovacích operacích. Některé dílčí funkce jsou známé a osvědčené již z předchozích verzí systémů TNC a iTNC, nový je zejména ucelený koncept a výhody použití vzájemně se doplňujících funkcí ve skupinách.
DYNAMIC EFFICIENCY Pod pojmem Dynamic Efficiency shrnuje společnost HEIDENHAIN inovativní TNC funkce, které uživateli pomáhají provádět výkonové frézování a hrubování nejen efektivněji, ale i bezpečněji. Dynamic Efficiency přitom pomáhá zvýšit řezný výkon a zkrátit dobu obrábění. Dynamic Efficiency obsahuje tři softwarové funkce: » Trochoidální frézování – funkce pro hrubování drážek a kapes, šetrné k nástroji » AFC – reguluje adaptivně posuv v závislosti na situaci obrábění (hlavně zatížení vřetene) » ACC – snižuje tendenci k drnčení, a umožňuje tak větší posuvy a úběr materiálu Každá z těchto funkcí již sama o sobě nabízí zlepšení procesu obrábění. Avšak zejména jejich kombinace využívá potenciál stroje a nástroje a současně snižuje mechanické zatížení. I měnící se podmínky obrábění, jako například přerušované řezy, různé postupy vnořování do materiálu nebo jednoduché hloubení ukáží, že se použití vyplatí. V praxi je možné zvýšení časového objemu třísek o 20 až 25 procent. Funkce Dynamic Efficiency umožňuje vyšší časový objem třísek, a tím zvýšení produktivity, aniž by bylo nutno používat speciální nástroje. Zamezení přetížení nástroje a předčasnému opotřebení břitu, jakož i dodatečný zisk spolehlivosti procesu významně přispívají ke zlepšení hospodárnosti. Při trochoidálním frézování lze pracovat s velkou hloubkou řezu (u válcových fréz až do hloubky 2D, kde D je průměr nástroje). Zejména při frézování pevných nebo kalených materiálů nedochází k nadměrnému opotřebení nástroje. Adaptivní řízení posuvu AFC (Adaptive Feed Control) reguluje velikost posuvu z TNC v závislosti na aktuálním výkonu vřetene a dalších procesních datech. V tzv. zkušebním řezu zaznamenává TNC maximální dosažený výkon na vřetenu. Před vlastním obráběním pak definujete v tabulce aktuální mezní hodnoty, které musí být dodrženy a v rámci kterých smí TNC v režimu „regulace“ ovlivňovat posuv. Samozřejmě se dají zadat různé reakce na přetížení, které může flexibilně definovat i výrobce stroje. Funkce AFC vlastně umožní eliminovat prodloužení doby obrábění, které by jinak bylo důsledkem frézování po trochoidální dráze. Optimalizace doby obrábění se projeví také u odlitků s kolísáním rozměrů nebo materiálů (dutiny). Příslušnou regulací posuvu se pokoušíme dodržet předem naučený maximální výkon vřetene během celé doby obrábění. Zvýšením posuvu obrábění v zónách s malým úběrem materiálu se celková doba obrábění zkracuje. Funkce AFC dále šetří mechaniku stroje – snížením posuvu při překročení maximálního výkonu na vřetenu až na referenční výkon. Hlavní vřeteno je tak účinně chráněno proti přetížení. Při hrubování (výkonovém frézování) se vyskytují velké frézovací síly. V závislosti na otáčkách nástroje, rezonančních vlastnostech stroje a objemu třísek (řezný výkon při frézování) může přitom docházet k takzvanému „drnčení“. Toto drnčení znamená pro stroj vysoké zatížení. Na povrchu obrobku způsobuje drnčení viditelné stopy. Také nástroj se silně a nepravidelně opotřebovává, v extrémním případě může dojít i k jeho prasknutí. Pro snížení tendence určitého stroje k drnčení nyní nabízí společnost HEIDENHAIN účinnou regulační funkci ACC (Active Chatter Control). V oblasti výkonového frézování se použití této regulační funkce projevuje zvláště pozitivně. S pomocí ACC jsou možné výrazně lepší řezné výkony. V závislosti na typu stroje se může za stejný čas zvýšit objem obrábění i více než o 25 %. Současně se snižuje zatížení stroje a zvyšuje se životnost nástroje.
DYNAMIC PRECISION Pod pojmem Dynamic Precision jsou shrnuty volitelné funkce pro řídicí systémy HEIDENHAIN, které účinně potlačují dynamické chyby obráběcích strojů. Zlepšují dynamické chování stroje, dosahují vyšší tuhosti na TCP a umožňují tak frézování na hranici technologických možností nezávisle na stáří stroje, jeho zatížení a poloze obrábění. A to vše bez zásahu do mechaniky stroje. Pro přesné obrobky s vysokou kvalitou povrchu již není nutné pomalé obrábění. Obráběcí stroje pracují se softwarem Dynamic Precision zároveň rychle a přesně. Vysoká přesnost při rychlejším obrábění také znamená zvýšení produktivity. Kusové náklady klesají bez újmy na přesnosti a kvalitě povrchu. Dynamic Precision zajišťuje, aby přesnost zůstala nezávislá na provozní době a na zatížení. Posuvy tak není nutné snižovat kvůli stáří nebo zatížení. Jednotlivé funkce Dynamic Precision jsou k dispozici jako opce pro řídicí systémy HEIDENHAIN. Mohou být použity jak samostatně, tak kombinovaně. Jedná se vlastně o adaptivní řízení – změny některých parametrů regulace podle zvolené vstupní veličiny. » CTC – Kompenzace polohových odchylek závislých na zrychlení ve středu nástroje (TCP), a tím i vyšší přesnost ve fázích zrychlování » AVD – Aktivní potlačení vibrací pro lepší povrch » PAC – polohově závislé přizpůsobení regulačních parametrů » LAC – přizpůsobení regulačních parametrů závislé na zatížení, a tím i vyšší přesnost nezávisle na stárnutí a zatížení » MAC – pohybově závislé přizpůsobení regulačních parametrů Funkce Dynamic Precision jsou na vysoké taktovací frekvenci přizpůsobovány pohybům a zatížení obráběcího stroje, a to přímo v jednotce regulátoru, která je součástí řídicích systémů HEIDENHAIN. Protože se v případě Dynamic Precision jedná o softwarové funkce, není nutný žádný zásah do mechaniky stroje nebo do hnacího ústrojí. Výrobce obráběcího stroje však musí jednotlivé funkce aktivovat, parametrizovat a přizpůsobit stroji. Působením dynamických procesů zrychlování jsou do konstrukce obráběcího stroje zaváděny síly, které mohou krátkodobě deformovat součásti stroje, a tím způsobit odchylky na TCP (Tool Center Point). Kromě deformace ve směru osy může dynamické zrychlení určité osy z důvodů mechanického spřažení os vést rovněž k deformaci os kolmých ke směru zrychlení. To se děje zejména v případě, kdy se působiště hnací síly určité osy nekryje s jejím těžištěm, což v důsledku může způsobovat klopení během fází zrychlování nebo brzdění. Z toho vyplývající polohové odchylky ve směru zrychlující osy, jakož i ve směru příčných os jsou přitom na TCP úměrné velikosti zrychlení. Jestliže jsou dynamické odchylky polohy v souvislosti se zrychlením osy měřením na TCP známé, mohou být tyto na zrychlení závislé chyby kompenzovány regulační funkcí kompenzace „přeslechu“ – CTC (Cross Talk Compensation) – pro zamezení negativnímu účinku na kvalitu povrchu a přesnost obrobku. Pro měření polohových odchylek dvou vzájemně mechanicky spřažených os lze použít mřížkové měřidlo (KGM) v rovině dané těmito dvěma osami. Odchylky na TCP jsou často závislé nejenom na zrychlení, ale také na postavení os v pracovním prostoru. To lze regulační funkcí CTC rovněž zohlednit. PAC (Position Adaptive Control) – polohově závislé přizpůsobení regulačních parametrů umožňuje udržet vlečnou chybu polohové regulace ve zvoleném tolerančním pásmu, což je důležité pro plné využití dynamiky stroje. Regulační parametry se mění podle skutečné potřeby v každé poloze, jinak by musely být nastaveny v celém rozsahu podle nejhoršího případu. LAC – přizpůsobení regulačních parametrů závislé na zatížení Dynamické chování strojů s pohyblivými stoly se může měnit v závislosti na hmotnosti, resp. setrvačnosti upnutého obrobku. Prostřednictvím opce LAC (Load Adaptive Control) je řídicí systém schopen automaticky detekovat aktuální hmotnost, resp. setrvačnost obrobku a aktuální třecí síly. Pro optimalizaci změněné regulační odezvy při různém zatížení lze aktivovat adaptivní servořízení vzhledem ke zrychlení, přídržnému momentu, statickému tření a tření při vysokých otáčkách. Řízení je i během obrábění obrobku schopné kontinuálně přizpůsobovat parametry serva aktuální hmotnosti obrobku. Tím je také vlečná odchylka regulace držena v tolerančním poli. Opce MAC (Motion Adaptive Control) nabízí, dodatečně k polohově závislým změnám parametrů stroje opcí PAC, možnost změny parametrů stroje v závislosti na jiných vstupních veličinách, jako je rychlost, vlečná odchylka nebo zrychlení určitého pohonu. Tímto pohybově závislým přizpůsobením regulačních parametrů lze u pohonů, jejichž stabilita se vzhledem k různým rychlostem posuvu mění, realizovat např. přizpůsobení Kv- -faktoru závislé na rychlosti. Dalším případem použití je změna momentu předpětí mezi Master a Slave, závislá na zrychlení, při momentovém Master-Slave řízení. S opcí MAC lze např. snižováním momentu předpětí parametrizovaným rostoucím zrychlením dosáhnout při tomto uspořádání výrazně vyššího maximálního zrychlení při pohybech rychloposuvem. AVD – Aktivní potlačení vibrací Při nízkofrekvenčních vibracích obráběcích strojů často dochází na šikmých nebo zaoblených plochách k povrchovým problémům v podobě viditelných stínů nebo změn kontrastu. Přitom se mohou na povrchu obrobku zviditelnit nerovnosti 1 μm a menší. Tyto nedostatky často vyžadují dodatečné opracování povrchu, což je spojeno s vícenáklady. Častou příčinou nízkofrekvenčních poruch mohou být na jedné straně pružné členy mechanismu pohonů, jako např. kmity vznikající mezi hnací (motor) a hnanou (saně) stranou, nebo také kmity upevnění, kdy velká zrychlení os stroje působením přes upevňovací prvky na uchycení a základ stroje způsobují tyto poruchy. Poruchy vyvolané velkým zrychlením sice lze zmenšit omezením dynamiky, to však vede k delším dobám obrábění. Funkce AVD (Active Vibration Damping) cíleně potlačuje dominantní nízkofrekvenční kmity prostřednictvím regulační smyčky TNC. AVD zde působí ze dvou hledisek: Za prvé vede k čistému povrchu obrobku, protože potlačuje viditelné důsledky kmitání. Za druhé AVD umožňuje rychlé frézování bez vibrací. AVD tak zvyšuje produktivitu stroje a/nebo zlepšuje kvalitu povrchu obrobků.