Dokončení z č. 7
Téma 5: Programování a příprava
výroby pro CNC stroje
Výzkumníci chtějí dosáhnout zvýšení
přesnosti a produktivity při obrábění
tvarově složitých dílů. Již jsou připraveny
testovací díly pro kontrolu vyšších
typů interpolací a nyní se následně ověřují.
Proběhla optimalizace stávajících
typů postprocesorů pro stroje LM1,
LM2 a MCVL1000 Laser. Uskutečnilo
se osvojení a aplikace CAM programovacího
systému NX5. Probíhala tvorba
postrocesorů pro multifunkční obráběcí
centra s přímou aplikací poznatků
v průmyslu včetně optimalizace spline
funkcí pro multifunkční centra. Řešila
se také problematika obrábění těžkoobrobitelných
materiálů na bázi niklových
slitin. Proběhl rozbor současného stavu
standardně dodávaných postprocesorů
pro CAD/CAM Catia V5 R16. Po zjištění,
že bez příslušného softwaru nelze
postprocesor cíleně modifikovat, se
rozhodlo, že postprocesor bude naprogramován
pomocí jazyka vyšší úrovně
(konkrétně C, příp. C++). Kvůli samotnému
procesu programování se uskutečnila
studie překladačů programovacích
jazyků. Pro možnosti tvorby lexikálního
a syntaktického analyzátoru probíhají
testy pomocí nástrojů flex a bison od
společnosti GNU a zároveň běží studie
jejich přímé realizace (naprogramování)
v programovacím jazyku C.
V části Aplikace programovacích
metod pro víceosé obrábění proběhla
příprava a programování geometricky
složitých dílů, ověřování postupů
a aplikace na zadáních z průmyslu.
Pracovalo se na modelování obráběcích
strojů a multifunkčních center
- vizualizaci a simulaci výrobních
procesů se zviditelněním kolizních
stavů - včetně respektování procesů
v reálném čase, aplikace a použití
vybavení Renishaw pro přesná měření
se zpětným využitím při interpretaci
řídicích programů pro tvarově složité
díly, aplikace softwaru NX5 pro generaci
řídicích programů vytvářejících
tvarové pracovní plochy s použitím
vyšších typů interpolací proudových
strojů vysokých parametrů a vytváření
knihoven nástrojů pro centra s výměnou
nástrojových agregátů (multinástrojových
hlav).
Problematika optimalizace technologického
programu se řešila pro
obrábění lehkoobrobitelných slitin
(duraly) pro díly, kde se odběr materiálu
pohybuje na úrovni 90 až 95 %
výchozího polotovaru. Řešily se i problémy
tvarové stálosti u dílů uvedeného
typu a optimalizace drah nástrojů
pro dosažení maximálních hodnot
měrného výkonu nástrojů.
Tematický okruh č.2: Výzkum
vlastností obráběcích strojů, jejich
měření, monitorování a hodnocení
Cílem výzkumného tematického
okruhu je zvýšit produktivitu současných
metod měření prostorové přesnosti
frézovacích center za neustáleného
teplotního stavu stroje i okolí.
Pracovníci centra by současně chtěli
v rámci úkolu formulovat požadavky
na konstrukci termicky stabilních
rámů přesných obráběcích strojů.
Neméně závažným úkolem je také
vyšetřit podmínky zvýšení přesnosti
frézovacích a soustružnických vřeten
za rotace.
Téma 1: Přesnost obráběcích strojů
Centrum navazuje na postup prací
v loňském roce, kdy se pracovalo
především na výzkumu přesnosti
a deformačních stavů strojů v tepelně
turbulentním prostředí, analýze tepelně
elastických stavů strojů, výzkumu
nových metod SW kompenzace zbytkových
teplotních deformací na frézovacích
strojích, vývoji chladicího zařízení
s dokonalejší regulací a verifikací
nových metod modelování tepelně
deformačních stavů strojů. Podařilo se
nasbírat slušné know-how týkající se
přesnosti a deformačních stavů strojů
v tepelně turbulentním prostředí.
Vznikla databáze přesnosti a citlivosti
strojů na tepelné poruchy, know-how
kompenzačních metod, chladicí systém
se sofistikovanou regulací, speciálním
výměníkem a heatrem, SW
a HW prostředky pro on-line sběr
a vyhodnocení dat během měření termostabilních
vlastností konstrukce
stroje. Úspěšně se verifikovala metoda
modelování deformačních stavů
strojů pomocí tepelných přenosových
funkcí, která je nyní připravená (spolu
s experimentálním zařízením) ke
zkouškám termostability obráběcích
strojů v průmyslu.
Téma 2: Postprocesní a inprocesní
kontrola
Snahou je podporovat a ulehčovat
realizaci postprocesní kontroly jakosti
v interakční soustavě stroj-nástrojobrobek,
a tím zabezpečit stále rostoucí
požadavky na přesnost výrobků.
Doposud probíhala analýza kontroly
soustružnických nožů pomocí laserové
sondy v soustavě stroj-nástroj-obrobeknadřízený
systém. Velká část této práce
se zabývala především možnostmi bezkontaktního
měření a ustavování nově
vkládaných nástrojů do výrobního stroje.
Pro dané účely vznikly dvě metody
pro měření korekcí, umožňující zefektivnit
zpracování dat získaných z měřicích
sond a údajů vložených v řídicím
systému stroje. Účast na mezinárodním
strojírenském veletrhu EMO Hannover
2007 umožnila shromáždit nová rešeršní
data, na jejichž základě bylo možné
vysledovat současné trendy ve vývoji
automatizace výrobních systémů.
Téma 3: Výkonnost, spolehlivost
a diagnostikovatelnost CNC obráběcích
strojů
Hlavními tematickými cíli jsou:
l Optimalizace dynamických vlastností
frézovacích vřeten již ve
stádiu návrhu
l vývoj specializované metody a specializovaného
zařízení monitorujícího
frézovací vřetena
l vývoj specializovaného expertního
systému, použitelného v provozu
ke sledování stavu vřeten
l vznik pilotního projektu diagnostikovatelných
frézovacích vřeten.
Loni se uskutečnil výzkum nové
metody měření FRF za provozu stroje,
proběhla analýza příčin nestability
obrábění na základě měření mnoha
strojů v minulých letech a také modelování
a návrhy vřeten. Vznikly směrnice
pro konstrukci frézovacích a soustružnických
vřeten na základě několika
výzkumných prací. Dále probíhalo
řešení vybraných problémů stability
obrábění, inspirovaných požadavky
průmyslu, vývoj monitorovacího zařízení
specializovaného na podmínky
obráběcích strojů, stavba a ověřovací
testy funkcí standu pro výzkum diagnostikovatelnosti
provozních poruch
vřeten obráběcích strojů a identifikace
vlastních frekvencí ze signálu odezvy
na sílu řezání při frézování. Vytvořil
se i statisticky podložený seznam
hlavních příčin nestability frézovacích
a soustružnických operací, vznikly
verifikované modely přesných vřetenových
ložisek, nástrojových rozhraní
a vřeten. Podařilo se shromáždit statisticky
zdůvodněné hodnoty tuhosti
vřetenových jednotek, vypracovala se
nová metodika návrhu vřeten obráběcích
strojů a uskutečnil se pilotní návrh
laditelného soustružnického vřetena.
Byly zjištěny charakteristiky řezného
výkonu a opotřebení HSS nástrojů při
obrábění titanových slitin a postaven
funkční vzorek speciální monitorovací
jednotky. Postavilo se plně funkční,
inteligentní frézovací vřeteno spolu se
zařízením pro jeho řízení.
Téma 4: Analýza rizik a bezpečnost
strojů
VCSVTT si klade za cíl podporovat
zajištění plné funkčnosti, provozuschopnosti
a bezpečnosti provozu
strojů. Zatím probíhaly další rešeršní
práce, studium nových bezpečnostních
normativů se zaměřením na řešení
funkční bezpečnosti strojů, odborná
školení a navazování spolupráce
s národními i evropskými institucemi,
zabývajícími se problematikou bezpečnosti
strojů. Uskutečnila se analýza
možných poruch, vedoucích ke ztrátě
funkční bezpečnosti stroje během jeho
provozu, analýza dostupných prostředků
realizace funkční bezpečnosti
strojních zařízení během jejich provozu
(HW a senzorické vybavení stroje),
vypracoval se model predikce/detekce
poruch strojů v provozu, které vedou
ke ztrátě jejích funkční bezpečnosti.
Existuje specializovaný checklist
pro posouzení rizik u čtyř typů strojů
a jejich typových řad. Řešilo se také
téma databázové podpory posuzování
rizik při hodnocení bezpečnosti strojů
dle platné legislativy EU a ČR.
Tematický okruh č. 3: Výzkum
perspektivních, výkonných a ekologických
výrobních procesů (zejména
obráběcích)
Téma 1: Tvrdé obrábění
Jde o experimentální výzkum procesů
probíhajících při tvrdém obrábění.
Práce jsou zaměřeny na obrábění
těžkoobrobitelných slitin titanu. Pro
splnění úkolů byla zvolena těžkoobrobitelná
titanová slitina Ti6Al4V.
Stanovil se vliv řezných podmínek
a řezného prostředí na silové poměry
na břitu nástroje a dále se uskutečnilo
měření a vyhodnocení účinků řezných
podmínek a různých řezných prostředí
na integritu obrobeného povrchu
(měření drsnosti obrobeného povrchu
a zbytkových napětí po obrábění).
Zkoušely se také účinky různých řezných
podmínek na trvanlivost břitu při
frézování. Závěry výzkumu ve vztahu
k trvanlivosti břitu nástroje a integritě
obrobeného povrchu se aplikovaly ve
firmě Grumant při realizaci výroby
obrobku z titanové slitiny pro zákazníka
z leteckého průmyslu. Závěry
části výzkumu týkajícího se obrábění
korozivzdorných ocelí se použily také
ve firmě Pramet Tools při návrhu geometrie
nových typů vyměnitelných
břitových destiček.
Téma 2: Ekologické obrábění
Projekt byl úspěšně ukončen v roce
2006 v souladu s plánem prací.
Téma 3: Vysokorychlostní obrábění
Hlavním záměrem je experimentální
výzkum procesů probíhajících
při vysokorychlostním obrábění.
Výzkum z předchozích let pokračoval
při frézování duralu. Proběhlo
měření a vyhodnocení vlivu řezných
podmínek, zejména pak konvenčních
a vysokých řezných rychlostí na velikost
řezných sil a integritu povrchu
po obrábění. Řezné síly se měřily
experimentálně a současně se uměle
simulovaly softwarem AdvantEdge.
Vliv podmínek na integritu povrchu
se měřil a hodnotil na základě vztahu
k drsnosti obrobeného povrchu,
zpevnění povrchové vrstvy plochy
řezu, zbytkovému napětí po obrábění
a tvarové i rozměrové přesnosti
obrobku. Koncem roku byl projekt
dle předpokladů ukončen.
Téma 4: Mikroobrábění
Úkolem je optimalizace sledovaných
procesů, měření a objektivizované
vyhodnocení dosažených výsledků
včetně jejich prezentace. Výstupem je
vypracování obecných zásad pro aplikaci
uvedené technologie.
V roce 2007 se podařilo vybudovat,
zprovoznit a ověřit zařízení pro měření
točivého momentu vysokootáčkových
vřeten na principu využití vířivých
proudů. Proběhly dynamické
zkoušky soustavy vřeteno-nástroj
a následně jejich vyhodnocení. Soustavně
probíhaly výzkumně-vývojové
práce v oblasti mikrofrézování.
Testy se uskutečnily pro nástroje
o průměru 0,5 až 4 mm, při otáčkách
do 40 000 min-1. Získané poznatky se
ověřily a následně použily při opracování
tvarově složitých ploch při řízení
v 5 osách s pozitivním výsledkem.
Výsledky výzkumu se poté použily
i v různých dalších aplikacích pro
potřeby průmyslu. Byla zpracována
studie o možnostech aplikace leštění
na tvarově složité plochy s využitím
laseru při řízeni v 5 osách.
Téma 5: Laserové technologie
Pracuje se na optimalizaci sledovaných
procesů, měření a objektivizovaném
vyhodnocení dosažených
výsledků včetně jejich prezentace
a zpracování obecných zásad pro aplikaci
laserových technologií. V roce
2007 se podařilo vyvinout 6 nových
technologií:
1. Mikrofrézování ve 3D – vytvořilo
se celkem 12 virtuálních modelů,
přičemž 6 z nich bylo ověřeno tzv.
v kovu.
2. Technologie čištění povrchů od
rzi, měděnky a barev, která umožňuje
vytvářet barevný popis na kovové
materiály.
3. Technologie kalení ocelí 12 050,
14 260 a 19 436. Zkoušela se odolnost
kalených povrchů proti otěru vlečným
nebo valivým třením. Technologii je
možné použít v praxi.
4. Technologie vytváření součástí
metodou Rapid Prototyping na
laseru JK701H. Zkoumala se mimo
jiné i soudržnost vytvořené části se
základním materiálem. Technologii je
možné realizovat pro výrobu menších
součástí.
5. Technologie nanášení povlaků
laserem z prášku. Uskutečnil se metalografický
rozbor spojení základního
materiálu s povlakem a ověřila se
pevnost spojení povlaku se základním
materiálem. Povlaky mají velkou
odolnost proti otěru a lze je nanášet na
měkký, předem tepelně nezpracovaný
základový materiál. Technologie je
připravena pro využití v průmyslu.
6. Svařování velmi obtížně svařitelných
materiálů 11 373 a bronz (realizováno
ve firmě ERWIN JUNKER).
7. Technologie vytváření dekorace
na sklo pomocí Nd:YAG laseru.
Byly zpracovány podklady pro vynález,
probíhá patentoprávní řízení.
Již také existuje metodika stanovení
obrobitelnosti neželezných materiálů
laserem, za pomoci rovnic na základě
jejich chemického složení. To má
význam pro stanovení obrobitelnosti
materiálů laserem. Pro operace leštění
byla zjištěna velikost a druh zbytkového
napětí (tah, tlak) v povrchové
vrstvě. Technologie texturování se
(na základě žádosti ze strany zástupců
průmyslu) aplikovala na náhradu
kyčelních kloubů z titanu a dále pak
na zkušební vzorky pro ověření odolnosti
povlaků proti otěru kloubních
náhrad.
Téma 6: Výrobní náklady
Je nutné stanovit optimální řezné
podmínky a minimalizovat výrobní
náklady. Doposud byl zpracován
návrh struktury třídění všech výrobních
nákladů, pro účely optimalizace
řezných podmínek a pro co nejpřesnější
přiřazování jednotlivých nákladových
položek na výrobek. Dále
proběhly analýzy vlivu ekonomických
a technických faktorů na náklady
obrábění pro modelový podnik
a pro konkrétní pracoviště. Probíhala
jednání o spolupráci s průmyslovými
podniky na optimalizaci řezných podmínek.
K aplikaci v průmyslu však
nedošlo pro nepřipravenost, ale i neochotu
průmyslu odkrýt současný stav
a způsob volby řezných podmínek ve
svých podnicích.
Výstupem za třetí rok činnosti
v rámci tohoto úkolu bylo (kromě
jiného) 118 publikací, 62 výzkumných
zpráv, 57 akcí (realizací) pro průmysl
s nehmotnými výstupy (výzkumné
a vývojové práce a měření), 14 akcí
(realizací) pro průmysl s hmotnými
výstupy (prototypy a technologie), 4
užitné vzory a 4 uspořádané semináře
a 1 kurz pro pracovníky průmyslu.
Loni výzkumníci pokračovali také ve
spolupráci na dvou evropských projektech,
podporovaných z prostředků
6. RP. Jde o projekty Ecofit a Hard-
Precision. Centrum spolupracuje
rovněž s průmyslovými podniky na
řešení několika projektů podporovaných
MPO.
Hlavní pracoviště Centra je na
ČVUT v Praze (58 osob) a další tři
spoluřešitelská pracoviště jsou na
VUT v Brně (6 osob), TU v Liberci
(čtyři osoby) a na ZČU v Plzni (5
osob).
VCSVTT v loňském roce opět splnilo
jednu z hlavních podmínek soutěže
1M Výzkumná centra a získalo na podporu
projektu 10 % uznaných nákladů
z komerční sféry. Celkový objem spolupráce
Centra s průmyslem od r.2003
stále stoupá. Narůstající zájem o kooperaci
je pravděpodobně odrazem
správně zaměřeného výzkumného programu
Centra, který byl tvořen za těsné
spolupráce s průmyslem strojírenské
výrobní techniky.
V roce 2007 bylo na VCSVTT
obhájeno či předloženo k obhajobě
5 doktorských disertačních prací.
Témata prací se vždy vztahovala na
problematiku řešenou v rámci Centra
nebo na problematiku velmi blízkou.
Na činnosti Centra se rovněž podílí 12
studentů magisterských studií.
Podrobnější informace o VCSVTT
včetně nabídky spolupráce Centra
průmyslu a kontaktů na Centrum
je možno získat na adrese: www.
rcmt.cvut.cz.
Prof. Ing. Jaromír Houša, DrSc.
Vedoucí VCSVTT
