Prakticky každý uživatel obráběcího stroje se v dnešní době již setkal s problematikou odchylek času, kvality a přesnosti obrobení reálného dílce vůči připravenému a simulovanému NC programu v CAM softwaru. Odchylky jsou tím větší, čím je větší tvarová složitost obrobku. Zjednodušeně lze přechod od modelu k reálnému obrobku schematizovat (obr. 1). Samozřejmě v praxi je četnost typů chyb vyšší, než se tady ukazuje (např. vliv geometrického seřízení stroje, opotřebení nástroje, teplotní deformace atp.). V tomto textu se omezíme pouze na úroveň, kterou lze ovlivnit řídicím systémem, resp. jeho interpolační a regulační částí. Regulační část řídicího systému Dominantním typem regulace na poli obráběcích strojů je stále kaskádní regulace. Je to zřejmě díky její velké robustnosti, jednoduchosti seřizování a možnosti rozšiřování o další funkční stupně (feedforwardy, filtry, tlumení vibrací atp.). Její vhodné naladění je určující pro další chování stroje především z hlediska přesnosti a kvality obrobení. Vlastnosti regulace jsou podřízené vlastnostem mechanickým – tento problém je velmi dobře popsán např. v publikaci Servomechanismy ve výrobních strojích (Souček). I osobám, jež s regulací do styku nepřicházející, je dobře známý parametr Kv. Jeho hodnota (nejčastěji uváděná v jednotkách m/mm/min) se stala neoficiálním měřítkem kvality stroje. Samozřejmě neplatí, že stroje se stejnou hodnotou dosahují i stejných parametrů při obrábění (tj. čas, kvalitu a přesnost obrobení). Pro první přiblížení o možnostech daného stroje je ale hodnota Kv nenahraditelná. Je určující pro přesnost obrábění, platí přímá úměrnost k dynamické tuhosti osy (regulační). Velmi zavádějící jsou ovšem informace, že její velikost zásadně ovlivňuje čas obrábění, to platí jen velmi omezeně při nezařazených rychlostních feedforwardech. Jejich použití je již dnes naprosto běžné. Potlačuje závislost mezi velikostí polohové odchylky (někde nazýváno též vlečná chyba) a rychlostí obrábění, což byl například velký problém při kruhové interpolaci. Na druhou stranu filtrovaný náběh rychlosti pohybové osy, daný nižším propustným pásmem polohové regulace, nezpůsoboval velké rázy od pohonu a nedocházelo tak k výraznému vybuzování vibrací. Se zavedením feedforwardů se tento efekt potlačil a na významu nabral do té doby málo využívaný „interpolační“ parametr – ryv (označováno též ráz, jerk, ruck). Interpolační část řídicího systému Základní funkcí interpolátoru řídicího systému obráběcích strojů, ne však jedinou, je převod NC kódu (geometrická oblast) do povelů pro řízení pohonů (časová oblast) – viz obr. 2. Již z toho je patrné, že pouze na základě NC kódu nemůže být usuzováno na čas obrábění – i když CAM systémy „jistý odhad“ času nabízejí. Pokud nemáme informaci minimálně o zrychlení a ryvech jednotlivých pohybových os, nemůžeme se k výslednému času obrobení u složitějších tvarů ani přiblížit. Právě několikrát zmíněný ryv (derivace zrychlení) je velmi podstatný z hlediska ovlivnění času obrábění tvarově složitých součástí. Jeho velikost je omezena buzením mechanických vibrací rostoucích s jeho hodnotou. Optimalizace ryvu je nutná při snaze zvýšit čas a udržet požadovanou kvalitu obrábění. Funkcionalita interpolátorů neustále stoupá, a to především ve snaze zpracovat nezřídka velmi špatně sestavené NC programy – skokové změny rychlostí na kontuře, parametrické, někdy i geometrické nespojitosti, nerovnoměrné průběhy výsledné posuvové rychlosti atp. Všechny tyto chyby jsou daní za univerzálnost a určitou robustnost CAM systémů, které musí umět zpracovat odlišné tvary nejen pro tří, ale i pro 5osé obrábění. Často tak není jiné východisko než vytvořit NC kód generovaný z krátkých lineárních úseků, které prokládají žádanou trajektorii. Pokud bychom takovýto kód exaktně převedli do časové oblasti a řídili pohony, výsledkem by byl pouze velmi pomalý „cukavý“ pohyb. Proto jsou v ŘS systémech další vyšší interpolační funkce, které mají tomuto zabránit. Známé jsou pod pojmem Look Ahead. V tomto kontextu je již pojem interpolátor zavádějící, neboť jde o extrapolaci žádaných dat. Úloha seřízení interpolátoru přesahuje náplň pohonáře (elektrikáře) a měl by se na ní podílet i technolog, popř. programátor. Možnosti testov ání parametr ů a predikce chov ání řídicích systém ů Značné množství regulačních a interpolačních parametrů (souhrnně zaváděny v ŘS pod strojními daty) komplikuje jejich vhodné nastavení. Navíc pro různé obrobky je účelné nastavení měnit (v závislosti na převažující váze času, kvality nebo přesnosti obrobení). Nabízí se otázka, jak zjistit vliv, popř. naladit parametry ještě před vlastním obráběním. To je také jedním z hlavních témat skupiny mechatroniky ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT) na ČVUT v Praze, Fakultě strojní. Vlivy parametrů ŘS jsou zde zkoumány za pomoci virtuálních jader klasických řídicích systémů – v současné době na bázi HEIDENHAIN iTNC530 a Siemens Sinumeric 840D sl. Virtuální jádra jsou propojena s modelem obrábění (virtuální obrábění), kde je možno efektivně sledovat důsledky nastavení ŘS přímo na simulačně obrobeném povrchu. Využitím vlastních jader ŘS se navíc získají korektní údaje o čase, rychlosti a přesnosti interpolované dráhy (viz obr. 3), které jsou uživateli obráběcích strojů velice žádané. Shrnutí Problematika vhodného nastavení řídicích systémů obráběcích strojů představuje z hlediska nákladů a efektivity výroby velice důležitou disciplínu. Přesné informace o čase, rychlosti a přesnosti interpolované dráhy jsou důležité v průmyslu zejména pro plánování výroby, ale také pro kontrolu dodržení technologických podmínek a kvality výsledného obrobku. Všechny tyto informace je možné díky uvedenému přístupu získat ještě před vlastním nasazením obrábění na stroj a celkově tak zefektivnit přípravu výroby zejména u tvarově složitých obrobků. Ing. Jan Veselý, Ph.D. Ing. Jiří Švéda, Ph.D. j.vesely@rcmt.cvut.cz j.sveda@rcmt.cvut.cz