Pozitivní vliv chytrého softwaru a volba obráběcí strategie
Pokud se produktivita obráběcího stroje - za předpokladu odpovídající přesnosti a kvality obrobené plochy - vyjádří jako objem odebraného materiálu za jednotku času, není třeba detailní analýzy procesu k tomu, aby vynikl význam optimálně zvolené obráběcí strategie a softwarových nástrojů, podmiňujících její použití. Obráběcí stroj vydělává, pokud řezný nástroj odebírá materiál; ztráta vzniká nejen prostoji stroje, ale i v důsledku času, kdy nástroj není v kontaktu s obrobkem a takzvaně „obrábí vzduch" a kdy nástroj není využit v souladu s jeho technologickými možnostmi. Vhodně zvolený software pomůže snížit neefektivní časy, dosáhnout optimálního využití nástroje i jeho životnosti, dosáhnout požadovanou kvalitu povrchu obrobené plochy a poskytnout informace sloužící k lepšímu vytížení stroje. Umožní tak výrazně zvýšit produktivitu bez nutnosti vynaložení značných investičních prostředků.
SOFTWARE PRO OPTIMÁLNÍ VYUŽITÍ MOŽNOSTÍ NÁSTROJE
Nevhodný způsob nasazení řezného nástroje omezuje možnost využít výkonné řezné parametry, snižuje jeho životnost a snižuje hospodářský přínos, který je obráběcí stroj uživateli schopen přinést. Vyplatí se proto znalost režimů, které nástroj extrémně namáhají, aniž by přinášely jakýkoliv pozitivní efekt. Proto se například doporučuje při podélném soustružení slitin titanu a žáruvzdorných slitin volit šikmé zahlubování, aby použitá kruhová břitová destička pracovala s proměnlivou hloubkou řezu a snížilo se nebezpečí vzniku opotřebení ve tvaru vrubu; při soustružení tvrzených součástí je nezbytné, aby nástroj nevnikal do řezu ani jej neopouštěl náhle. Při frézování je z pohledu tvaru nástroje a kinematiky jeho pohybu vzhledem k obráběné součásti možno volit řadu řešení, většinou se však vyznačujících výrazně odlišnými nároky na nástroj. Proto pokud je to možné, je vhodné vždy volit plynulý vstup frézy do řezu - snížením posuvu na 50 % proti hodnotě, zvolené pro danou aplikaci nebo použitím narolování do řezu ve směru hodinových ručiček (obr. 1), které současně řeší i problém nežádoucí velké tloušťky třísky na výstupu. Vstup narolováním dovoluje použít vyšší posuv a prodlouží životnost nástroje. Protože při frézování obvodem je žádoucí, aby fréza zůstávala neustále v záběru, je při pohybu nástroje kolem rohů nutno použít odvalovací pohyb a ze stejného důvodu je vhodné upravit jeho dráhu okolo děr a jiných přerušení. Při programování dráhy nástroje pro frézování v rohu je účelné brát v úvahu měnící se úhel styku nástroje s materiálem - nerespektování tohoto požadavku nástroj přetěžuje a vede ke vzniku vibrací. Obdobně, nerespektují-li se rozdílné rychlosti osy nástroje a jeho obvodu při obrábění rohů (pokud se programuje dráha osy nástroje), dochází k místnímu zvýšení posuvu na zub a přetěžování nástroje. Pokud obráběcí stroj disponuje možností použít kruhovou interpolaci, je výhodné ji spolu s postupným zahlubováním použít při frézování dna s malou tloušťkou - nedochází tak ke zvětšení tloušťky dna ve středu vlivem jeho odpružení axiální složkou řezné síly. Kruhová interpolace je rovněž podmínkou pro zhotovování drážek či dutin trochoidálním frézováním stopkovou frézou, kdy osa nástroje rotuje a současně postupuje vpřed (obr. 2); v důsledku rovnoměrného zatížení nástroje i výhodného tvaru vznikajících třísek lze užít vysoké parametry procesu. Při vytváření tvarové dutiny se doporučuje dát přednost konturovacímu frézování před kopírovacím, protože dovoluje větší kontrolu řezné rychlosti, umožňuje práci v HSC režimu, dovoluje užití vysokých posuvů, je procesně spolehlivé a poskytuje vyšší životnost řezných nástrojů. Z uvedeného je zřejmé, že pro optimální vytížení nástroje je zapotřebí programovat komplikovanou dráhu jeho osy včetně nezbytné úzké vazby na řezné podmínky v každém místě dráhy, což představuje nároky na kvalifikaci i čas programátora. Proto řada dodavatelů CAD/CAM programů nabízí pro vybrané aplikace své specializované programy. Softwarový balíček Dynamic Efficiency firmy Heidenhain pro hrubování obsahuje funkce AFC - adaptivní regulaci posuvu, ACC - adaptivní potlačení vibrací a funkci trochoidálního frézování. AFC automaticky reguluje posuv v závislosti na aktuálním výkonu vřetena a přizpůsobuje jej tak například stupni otupení nástroje nebo změněné hloubce řezu (obr. 3). ACC reaguje na vibrace snímané odměřovacími čidly polohy na osách stroje, a proto jeho aplikace bez zásahu do konstrukce stroje či konzultace s jeho výrobcem však není možná; dosažitelné zvýšení objemu obrábění se však může pohybovat až okolo 25 %. Balíček Dynamic Precision pro dokončovací operace obsahuje funkce LAD a PAD - přizpůsobení regulačních parametrů konkrétní poloze komponent stroje, resp. jeho konkrétnímu zatížení, funkci AVD - aktivní potlačení vibrací pro zlepšení povrchu opracovaného povrchu a CTC-kompenzace polohových odchylek úměrných zrychlení v ose nástroje. Výsledkem všech těchto funkcí, které lze získat jako opce k řídicím systémům Heidenhain, je dosažení vysoké přesnosti a kvality obrábění bez ohledu na hmotnost dílce či rychlost obrábění. Obdobnými funkcemi disponují i moderní řídicí systémy Celos společnosti DMG Mori Seiki, jsou zahrnuty do inteligentních funkcí systémů Mazak Mazatrol, Okuma OSP-P300/P200 nebo Siemens Sinumerik 840D, 828D a 808D. Důsledné využívání simulačních funkcí a systémů zabraňujících kolizi umožní zkrátit dráhy nástroje mimo obrobek, a tím i čas operace.
SPECIALIZOVANÉ SOFTWAROVÉ PRODUKTY PRO VÝROBU FOREM
Nejen v oblasti výroby forem nalezne uplatnění software, určený pro produktivní výrobu dutin, řídicí pohyby osy stopkové frézy tak, aby úhel styku nástroje s materiálem se pohyboval v určeném rozmezí. Program navrhuje relativně složitou dráhu nástroje (obr. 4, 5), nebo je dokonce schopen vyráběnou dutinu rozdělit na několik sekcí tak, aby se požadavek quasi konstantního úhlu styku mohl snáze splnit (programy Edgecam Waveform, Surfcam TrueMill, DP Technology ProfitMilling nebo DPS Software iMachining Werkzeugbahnen). Výsledkem takto složitě volené dráhy nástroje je optimální zatížení stopkové frézy, která může pracovat celou délkou šroubovice; dosahovaná úspora času činí desítky procent. DP Technology nabízí v souborech Esprit 2013 a 2014 nové programy pro efektivní obrábění dutých kanálů, lopatek a turbín, vytvářející plynulejší dráhy a lepší kvalitu povrchu díky podpoře nových geometrií a lepší spolupráci s kinematikou stroje. Příkladem moderního softwarového řešení pro nástrojaře je modulární, parametrický a plně asociativní CAD/CAM systém Cimatron E, uváděný na český trh firmou t-support. Je vhodný pro návrh lisovacích a střižných nástrojů a pro vstřikovací formy. Zahrnuje moduly import dat (od zákazníka nebo z vlastních zdrojů), kalkulace, modul QuickSplit pro návrh dělicí roviny, modul pro návrh nástroje a jeho konstrukci. Zahrnuje také využití knihoven dodávaných katalogových komponent, modul zhotovení výkresů, potřebných elektrod a NC programování pro elektroerozivní procesy i třískové opracování. Pro efektivní hrubování a dokončování ve třech a pěti osách umožňuje využití HSC režimu frézování, trochoidálního frézování i zarovnání mezi jednotlivými drahami frézovacího nástroje; simulace a verifikace NC programů jsou samozřejmostí. Použití takovýchto programů skýtá uživateli drastické zkrácení jednotlivých etap dodávky nástroje, možnost automatizace opakujících se úloh a možnost nasazení nejproduktivnějších obráběcích strategií.
SOFTWARE PRO NÁVRH A KONSTRUKCI NÁSTROJŮ
Optimalizaci návrhu a konstrukce řezných nástrojů, především díky simulaci vytváření třísky a zobrazení tepelně- -mechanického zatížení, které břit musí snášet včetně vlivu chlazení, nabízejí softwarové simulační programy německé společnosti Itterheim Softwaretechnik a americké společnosti Third Wave Systems. Pracují pomocí metody konečných prvků, eliminují metodu vývoje „pokus- omyl", zkracují dobu vývoje nástroje a umožňují jeho snadné, rychlé a spolehlivé úpravy - například změnu tvaru utvářeče nebo odlišnou preparaci řezné hrany.
SOFTWARE PRO SLEDOVÁNÍ VYTÍŽENOSTI STROJE
Optimální vytížení nástrojů a strategie procesu se míjí účinkem, pokud stroj není dostatečně kapacitně vytížen. Aby k tomu nedocházelo, jsou k dispozici programové nástroje, dodávané jako součást řídicího systému (DMG Mori Seiki Delos Job Manager, Okuma OSP-P300/P200), nebo je lze nainstalovat dodatečně (DPS Software, Cimco-MDC-Max) a které uživateli poskytují údaje o časové kapacitě stroje, potřebné ke zhotovení zakázky, informace o aktuálním stavu zakázky (počet kusů hotových/zbývajících), údaje o frontě zakázek včetně souvisejících termínů, časové vytížení stroje a údaje o prostojích a jejich příčinách. Tyto softwarové produkty dovolují online sledování všech napojených strojů a dodávají informace o režimu stroje v reálném čase.
Ing. Petr Borovan