Výzkumné centrum pro strojírenskou
výrobní techniku a technologii
(VCSVTT) vzniklo na Fakultě strojní
ČVUT v Praze v roce 2000. Bylo
založeno na základě úspěchu projektu
s názvem Centrum pro strojírenskou
výrobní techniku a technologii v soutěži
Výzkumná centra, vypsané
MŠMT ČR. Záměrem projektu bylo
znovu vybudovat v ČR výzkumnou
základnu pro český průmysl strojírenské
výrobní techniky i pro české
strojírenství a vychovat v něm novou
generaci mladých výzkumníků pro
tento obor. V letech 1990 - 2000
totiž výzkum strojírenské výrobní
techniky téměř zanikl. Svou činnost
tehdy ukončilo 5 výzkumných ústavů
(VÚOSO Praha, VUTS Brno,
VUSTE Praha, VUNAR Nové zámky
a VUPM Šumperk, s celkem cca
1500 zaměstnanci). Činnost výzkumných
ústavů však začala našemu
strojírenství brzy citelně chybět.
Projekt vzniku nového Centra byl
vypracován ve spolupráci s průmyslem
strojírenské techniky a získal
podporu na 4,5 roku, tj. do konce r.
2004. V letech 2000 až 2004 byl celý
projekt realizován na Fakultě strojní
ČVUT v Praze, přičemž se podařilo
dosáhnout těchto hlavních cílů očekávaných
výsledků.
VZNIKLO ERUDOVANÉ A DOBŘE
VYBAVENÉ VÝZKUMNÉ A VÝVOJOVÉ
PRACOVIŠTĚ PRO OBOR
STROJÍRENSKÉ VÝROBNÍ TECHNIKY
A TECHNOLOGIE.
Vysoká úroveň pracoviště byla
dosažena prací mladých talentovaných
inženýrů pod vedením zkušených
starších pracovníků na projektech
řešících problematiku aplikací
špičkových technologií v rámci
strojírenské výrobní techniky. Při
řešení projektů byly v Centru vytvořeny
skupiny odborníků s příslušným
vybavením přístrojovou a výpočetní
technikou:
. skupina pro zkoušení a diagnostiku
strojů, schopná měřit
a vyhodnocovat přesnost všech druhů
strojů, statickou a dynamickou
tuhost, tepelné chování, hlučnost,
spolehlivost a účinnost. Je schopna
řešit problémy hlídání provozu strojů
a jejich diagnostiky (6 tvůrčích pracovníků)
. skupina pro vývoj, konstrukci
a výpočty strojů, skupin a elementů,
která je schopna provádět vývoj
a výzkum moderních koncepcí nosných
soustav strojů, jejich kinematických
struktur a skupin strojů. Je
schopna provádět rozsáhlé konstrukční
a výpočtové práce - MKP analýzy
statického, dynamického a tepelného
chování strojů a skupin (11 tvůrčích
pracovníků)
. skupina řídicí a pohonářské
techniky, která řeší problémy NC
řízení a programování strojů, problémy
jejich pohonů hlavních i vedlejších
(11 tvůrčích pracovníků)
. skupina automatizace výrobních
zařízení, schopná řešit problémy
s manipulacemi s nástroji, obrobky či
polotovary a třískami v technologických
pracovištích a systémech, využívání
robotů a projektování výrobních
systémů (čtyři tvůrčí pracovníci)
. skupina technologie obrábění
pak řeší problémy konvenčního
i nekonvenčního obrábění, vysokorychlostního
a silového obrábění,
využití laseru v obráběcích strojích
apod. (6 tvůrčích pracovníků).
PODAŘILO SE OVLÁDNOUT NOVÉ
PERSPEKTIVNÍ TECHNOLOGIE
BLÍZKÉ BUDOUCNOSTI A VYTVOŘILY
SE NĚKTERÉ NOVÉ PŮVODNÍ
POZNATKY
Jde o 7 dílčích projektů, které se
týkají:
Zdokonalování měřicích metod
vlastností výrobních strojů
Uskutečnila se metodická i přístrojová
inovace hlavních měřicích
metod: měření geometrické přesnosti,
měření teplot a teplotních deformací,
měření hlučnosti, měření vibrací při
obrábění a měření statické tuhosti.
Byla akreditována zkušebna Centra
podle ČSN EN ISO/ICE 17025 (uděleno
10. prosince 2004). Při řešení
projektu se uskutečnilo 55 měření na
strojích v průmyslových provozech.
Obráběcí stroje se zvýšenou
a vysokou dynamikou
Byl navržen, zkonstruován, vyroben
a vyzkoušen experimentální stroj
LM-2. Předpokládaných parametrů
se podařilo dosáhnout v experimentálním
režimu (2,5 až 5,5g). V CNC
režimu je max. zrychlení 2g. Stroj
bude předmětem dalšího výzkumu.
Jde o světově unikátní zařízení,
u kterého jsou použity lineární motory
s odpruženými sekundárními díly
na všech třech řízených osách. Nová
technologie pohonů byla předem
experimentálně ověřena na standu
STD-1.
. Výzkum vlastností nosných
soustav obráběcích strojů s vysokou
dynamikou a jejich optimalizace
Pomocí metody konečných prvků
(MKP) vznikly modely nosných
struktur řady strojů (včetně LM-2).
Výpočty statického a dynamického
chování se využily při spolupráci
s průmyslovými podniky. Rovněž se
podařilo vyvinout a experimentálně
ověřit (stand STD-5) nový původní
způsob vyrovnávání vodorovné polohy
vodorovné pinoly s frézovacím
vřetenem.
. Výzkum vlastností a aplikací
dynamických a vysoce dynamických
pohonů výrobních strojů
Výzkumníci navrhli, postavili
a experimentálně vytěžili zkušební
stand STD-2 s prstencovým elektromotorem.
Vznikl rovněž matematický
model regulace prstencového
motoru. Získané zkušenosti
se použily při spolupráci s aplikační
sférou. Podařilo se navrhnout,
postavit a experimentálně vytěžit
zkušební standy STD-3 a STD-4
pro experimentální práce s pohony
s kuličkovými šrouby. Uskutečnily
se výpočty pro plovoucí verzi řízené
osy, včetně experimentálního ověření
tohoto nového původního principu.
Uskutečnily se výpočtové práce při
modelování pohonů s kuličkovým
šroubem. Byl vypracován univerzální
virtuální prototyp pohybové osy
se šroubem v 6 variantách a uskutečnila
se verifikace na stroji TriJoint.
Uskutečnil se teoretický rozbor vlivu
ryvu na dráhové řízení a návrh standu
STD-9 pro ověřování regulace
dvojhmotových systémů. Proběhl
experimentální a teoretický výzkum
vlastností pružného uložení sekundáru
lin. motoru na standu STD-1. Byla
vypracována náhradní varianta řízení
LM-2 pomocí signálového procesoru.
Pracovalo se i na počítačové
simulaci a realizaci absolutizačního
zařízení pro plovoucí uspořádání
řízené osy. Byla vytvořena knihovna
modelů hydraulických prvků, realizován
zkušební stand STD-8 pro účely
řízení polohy dlouhých štíhlých
hydromotorů a vytvořeny obslužné
programy v softwaru Matlab. Byl
navržen a realizován stavový regulátor
řízení polohy s pozorovatelem pro
dlouhé štíhlé hydromotory. Podařilo
se vyřešit problém s vyprázdňováním
akumulátorů kovacího lisu (ŽĎAS).
Vznikl návrh tlumiče pro plunžrové
čerpadlo akustanice. Vypracovaly se
matematické modely elektrohydraulických
zařízení (rychlokovací ventily
ŽĎAS, třístupňový servoventil
INOVA). Vznikl návrh pohonů kovacího
stroje ŽĎAS.
Byly vytvořeny matematické
modely pro kompenzaci dynamických
chyb pomocí předkorekcí.
Uskutečnil se podrobný rozbor chyb
při speciální interpolaci lineární
a kruhové souřadnice při kyvadlovém
broušení klikových hřídelí.
Řešily se problémy omezování rázů
v pohybových osách pomocí nových
typů interpolací a řízených rozběhů;
proběhl výzkum nových regulačních
algoritmů při zvyšování dynamiky
dráhového řízení (návrh a ověření
dynamického modelu tření, sestavení
obecného modelu rozběhů při omezení
ryvu, rozbor a optimalizace seřízení
regulátorů pro vysokou dynamiku
pohonu, postaven zkušební stav
se třemi pohony Yaskawa a s řídicím
systémem Acramatic).
Bylo také vypracováno několik
rešeršních dokumentů. Byl vypracován
a verifikován model statiky
a dynamiky vřetena v programu
Dynast; postaven zkušební stand
STD-7 pro verifikaci matematických
modelů. Podařilo se zakoupit
a ovládnout výpočtový software
Metalmax, modul Spindle Analysis
Program (SPA).
. Zvyšování spolehlivosti a pohotovosti
výrobních strojů
Bylo aplikováno zařízení Prometec
k ochraně nástroje a to pro zvýšení
kvality práce ozubárenského stroje
(Škoda Auto, TOS Čelákovice). Ve
speciálních kurzech byli vyškoleni
pracovníci diagnostické skupiny.
Proběhl nákup diagnostických přístrojů.
Metodika obecných diagnostických
metod byla přepracována
pro speciální použití v obráběcích
strojích. Byl navržen a postaven jednoduchý
zkušební stav pro základní
diagnostické úlohy. Uskutečnil se
vývoj nízkonákladové monitorovací
jednotky stavu vřeten. Vyprojektoval
se a realizoval poměrně rozsáhlý diagnostický
systém stroje LM-2.
. Výzkum vysoce výkonných
a ekologických způsobů obrábění
V rámci projektu Výzkum nových
aspektů obráběcího procesu při vysokorychlostním
obrábění byl vypracován
způsob měření teploty řezání při
frézovacích operacích při vysokých
rychlostech. Proběhl výzkum vlivu
chlazení proudem studeného vzduchu
na teplotu řezání při obrábění a vlivu
vysokých rychlostí na obráběcí
proces, se zaměřením na průběhy
zpevnění a drsnost obrobené plochy.
Uskutečnil se návrh, konstrukce a realizace
zařízení pro okamžité přerušení
procesu řezání pro HSC frézování hliníkové
slitiny. Vypracována metodika
vyhodnocení vlivu řezné rychlosti na
plastické deformace v materiálu. Realizace
experimentálních zkoušek vlivu
řezné rychlosti na plastické deformace
obrobku při obrábění hliníkové slitiny
a porovnání výsledků reálného obrábění
s výsledky simulace řezného procesu.
Uskutečnil se výzkum obráběcího
procesu s využitím simulačního
softwaru AdvantEdge.
V projektu snižování výrobních
nákladů se uskutečnil návrh metodiky
stanovení hodinových režijních
paušálů na obráběcích strojích, nákladová
optimalizace řezných podmínek
ve firmě KOVOSVIT MAS, a návrh
metodiky členění nákladů pro nákladovou
optimalizaci řezných podmínek
obrábění.
? Využití laseru v obráběcích
strojích
Ověření a výzkum laserových
technologií: uskutečnil se výzkum
optimálních podmínek mikrofrézování
12 materiálů, řešilo se nahrazení
řezného nástroje paprskem laseru při
frézování a vrtání malých děr, řešila
se technologie svařování rozdílně
tlustých materiálů, kalení ocelí a litin
laserem, nanášení práškových materiálů
a materiálů dodávaných ve tvaru
drátu (výzkum zaměřen na renovaci
střižných nástrojů).
Výzkum kombinace laseru a obráběcího
stroje: ve spolupráci s firmou
KOVOSVIT MAS bylo navrženo
a vyrobeno frézovací centrum MCVL
1000 LASER s integrovaným
laserem Nd:YAG. Zároveň byla, ve
spolupráci s firmou INTOS, navržena
a vyrobena nástrojařská frézka FNGJ
50 LASER s integrovaným laserem.
? Automatické manipulace
v technologických pracovištích
a ve výrobních systémech
Pracovalo se hned na několika projektech:
Návrh a realizace modelového inteligentního
modulárního bezobslužného
výrobního systému pro výrobu
a diskrétní montáž. Byl navržen
a realizován modelový inteligentní
modulární bezobslužný výrobní systém
pro výrobu a diskrétní montáž.
Systém je umístěn na pracovišti spoluřešitele
Fakulty strojního inženýrství
VUT v Brně.
Vývoj algoritmů (SW modulů) pro
řízení činnosti v modulárním bezobslužném
výrobním systému. Uskutečnil
se vývoj algoritmů (SW modulů)
pro řízení činnosti v modulárním
bezobslužném výrobním systému.
Pokračování na rozpracovaném autonomním
lokomočním robotu VUTBOT-
1: dokončen vývoj autonomního
lokomočního robotu VUTBOT včetně
realizace tří předávacích míst.
Vývoj prostředků pro realizaci
vybraných metod měření a kontroly
do automatického řízení výrobní buňky
a výrobního systému. Byl uskutečněn
vývoj prostředků pro realizaci
vybraných metod měření a kontroly
pro automatické řízení výrobní buňky
a výrobního systému.
Vývoj manipulačních systémů
(koncových efektorů) průmyslových
robotů pro vzorovou diskrétní
montáž (čepy, šrouby, ložiska). Proběhl
vývoj manipulačních systémů
(koncových efektorů) průmyslových
robotů pro vzorovou diskrétní montáž
(čepy, šrouby, ložiska).
Analýza rizik a bezpečnost provozu
výrobních strojů. Probíhalo zajištění
vstupních podkladů, proběhly
konzultace s podnikovou sférou a byl
vytvořen pilotní projekt analýzy rizik
pro stroj MORI-SAY TMT 626 CNC
z produkce TAJMAC-ZPS.
? Pětiosé frézování (včetně HSC)
Bylo zpřístupněno aplikační využití
5osého obrábění. Řešily se technologické
zvláštnosti při víceosém řízení
a problematika přesnosti práce. Byly
ovládnuty CAD/CAM systémy pro
5osé řízení. Byly zvládnuty některé
problémy zapojení řídicích systémů
do počítačových sítí a DNC řízení.
DALŠÍ VÝSLEDKY PRÁCE CENTRA:
VCSVTT vydalo v letech 2000 -
2004 celkem 258 výzkumných zpráv
a dílčí výsledky publikovalo ve 385
publikacích (z toho v 59 zahraničních),
přihlásilo dva patenty a jeden
užitný vzor. Kromě hlavního pracoviště
na FS ČVUT v Praze má Centrum
ještě dvě detašovaná pracoviště.
Počet pracovníků na hlavním pracovišti
je 41, na pracovišti VUT Brno
FS jsou čtyři zaměstnanci, na pracovišti
TU Liberec FS další tři. Kvalifikace
pracovníků Centra postupně
stoupá, zejména díky mnoha kurzům
a školením, které jsou nutné pro
ovládnutí nových přístrojů, výpočetní
techniky a programového vybavení.
Odborná úroveň roste také s praxí
a zkušenostmi nasbíranými při práci
v Centru a při doktorském studiu.
Velký význam zde mají i návštěvy
či stáže na zahraničních pracovištích
a spolupráce s průmyslem. Počet
tvůrčích pracovníků v Centru 40,
celkový počet je 48. Průměrný věk
zaměstnanců je okolo 37 roků.
PŘÍSTROJOVÉ VYBAVENÍ
A TECHNICKÉ ZABEZPEČENÍ
Vybavení VCSVTT je v podstatě
shodné s moderním přístrojovým
vybavením jakékoli jiné akreditované
zkušebny. Centrum má akreditaci
pro: měření geometrické přesnosti,
měření teplot a teplotních deformací,
měření hlučnosti, měření vibrací,
měření statické tuhosti a diagnostická
měření.
Podrobný seznam vybavení lze
nalézt na internetové adrese: www.
rcmt.cvut.cz. Vybavení centra výpočetní
technikou a příslušným programovým
vybavením je také na velmi
dobré úrovni.
VCSVTT má rovněž k dispozici tři
experimentální stroje (MCFV 5050
LN, MCV 1000 LASER, LM-2),
jeden modulární bezobslužný výrobní
systém pro výrobu (VUT Brno)
a 9 experimentálních standů. Přehled
těchto standů je uveden v Závěrečné
zprávě o realizaci projektu (viz.
www.rcmt.cvut.cz).
SPOLUPRÁCE V RÁMCI ČR
Úroveň odborné spolupráce v rámci
ČR byla vysoká. Její objem je
dokumentován tím, že podniky SST
poskytovaly projektu finanční podporu
ve výši 2,5 mil. Kč ročně, v rámci
které byly řešeny projekty bezprostředně
zajímající průmysl.
Celkem bylo za dobu řešení projektu
posuzováno více než 100 problémů,
vyplývajících ze spolupráce
s průmyslem. Výsledky řešení pak
byly podniky plně využity.
Objem spolupráce s aplikační sférou
postupně rostl a celkově byl
o 2,6 mil. Kč vyšší než předpokládal
původní projekt. Ten počítal s 12,5
mil. Kč.
ZAPOJENÍ DO MEZINÁRODNÍCH
STRUKTUR
VCSVTT je zapojeno do 6. rámcového
programu v projektu ECOFIT,
který byl již evropskou komisí schválen
k financování. Dále je centrum
zapojeno do tří projektů (C3AIM,
DEMAF, HARDPRECISION), které
jsou teprve přihlášeny do soutěže.
PODPORA MLADÝCH VÝZKUMNÝCH
PRACOVNÍKŮ
Centrum se podílí na doktorském
studijním programu Strojní inženýrství
v oborech: stavba výrobních
strojů a zařízení a strojírenská technologie
Na pracovištích Centra působí:
6 školitelů (pracovníci Centra), tři
školitelé externí (z jiných ústavů), tři
školitelé specialisté (pracovníci Centra),
tři absolventi doktorského studia
(PhD, studium ukončili v Centru)
a 25 školených doktorandů (o 15 více
než v roce 2000).
Objem doktorského studia za čtyři
roky tedy 2,5krát vzrostl. Studium
ukončilo (nebo je těsně před ukončením)
7 doktorandů. Mladí výzkumní
pracovníci do 35 let se podílejí na
celkové výzkumné kapacitě Centra
77,5 % (31 osob) a na celkové pracovní
kapacitě 64,6 %.
Výsledky činnosti Centra jsou
zpřístupňovány veřejnosti prostřednictvím
publikací, a také
pořádáním seminářů se sborníky.
V letech .2001 až 2004 bylo
uspořádáno celkem 14 seminářů,
dvě setkání pracovníků zkušeben,
dva kurzy, jedna mezinárodní
konference a jeden mezinárodní
kongres. Cílem mezinárodního
kongresu MATAR Praha 2004, na
kterém bylo celkem 41 referátů
pracovníků Centra, bylo prezentovat
VCSVTT a výsledky jeho
práce před mezinárodní veřejností.
Byl vydán třídílný sborník všech
referátů v angličtině. Kromě toho
referáty pracovníků Centra byly
vydány ve speciálním sborníku
v češtině (pro usnadnění přenosu
informací do českého průmyslu).
Informací o činnosti Centra lze
nalézt také na: www.rcmt.cvut.
cz.
BUDOUCNOST CENTRA
Pro období 2005 - 2009 získalo
VCSVTT opět podporu MŠMT
v nové soutěži 1M Výzkumná centra,
a to na projekt s názvem Výzkum
strojírenské výrobní techniky
a technologie. Projekt navazuje na
Centrem VCSVTT a v současné době
ukončený projekt Centrum pro strojírenskou
výrobní techniku a technologii.
Hlavní cíle VCSVTT v letech
2005 až 2009 jsou následující:
. realizovat výzkum nových perspektivních
principů strojů, uzlů a technologií
pro strojírenskou výrobu, vytvářet
nové původní poznatky, iniciovat inovace,
a tak zabezpečit profesionální
podporu inovačních kroků pro české
výrobce strojírenské výrobní techniky
a tím i spolupráci s nimi
. vychovávat nové odborníky
s nejvyšší kvalifikací v doktorském
studiu a předávat nejnovější odborné
informace technickým pracovníkům
podniků formou konferencí, seminářů,
kurzů a přednášek, a také publikacemi.
Výzkumný program je orientován
na sféru obráběcích strojů
a má tři hlavní tematické okruhy:
1. Výzkum vysoce výkonných,
přesných, spolehlivých
a ekologických strojů a jejich komponentů
. stroje nových koncepcí
. komponenty strojů (zejména nosných
soustav)
. pohony a řídicí technika
. virtuální prototypování strojů
a jejich uzlů a komponentů (matemat.
modelovámí)
. programování a příprava výroby
pro CNC stroje
2. Výzkum vlastností obráběcích
strojů, jejich měření, monitorování
a hodnocení
. přesnost CNC obráběcích strojů
. postprocesní kontrola
. výkonnost, spolehlivost a diagnostikovatelnost
CNC obráběcích
strojů
. analýza rizik a bezpečnost strojů.
3. Výzkum perspektivních, výkonných
a ekologických výrobních procesů
(zejména obráběcích)
. tvrdé obrábění
. ekologické obrábění
. vysokorychlostní obrábění (HSC)
. mikroobrábění
. laserové technologie
. výrobní náklady.
Získané nové poznatky, postupy,
technologie a dovednosti uplatnitelné
v oboru tvářecích a dalších strojů
budou rovněž k disposici příslušným
podnikům či zájemcům.
V novém projektu se předpokládá
další významné rozšíření spolupráce
Centra s průmyslem. Průmysl se
bude touto formou podílet na vytváření
nestátních zdrojů (10 % z celkových
nákladů) a na krytí uznaných
nákladů projektu. Objem spolupráce
s průmyslem bude tedy VCSVTT
muset zvýšit asi o 50 % ve srovnání
s minulým projektem.
PROF. ING. JAROMÍR HOUŠA, DRSC.
VEDOUCÍ VCSVTT
