V této pravidelné rubrice je již několik měsíců věnována pozornost CNC obrábění. I dnešní zaměření je proto na směry ve vývoji NC techniky a na možnosti NC programování.
Odborná literatura uvádí, že situace na trhu s obráběcími stroji se mění každých 3 až 5 roků. Neustále se zvyšují nároky na technické provedení strojů, které jsou dodávány v seřízeném stavu pro třískové obrábění konkrétních typů součástí, a postupně se i zkracují doby vývoje a výroby nových variant strojů. Mnoho prodejců řezných nástrojů tvrdí, že např. nové typy vyměnitelných břitových destiček posouvají konstrukci strojů kupředu. Zda je toto tvrzení pravdivé či nikoliv je diskutabilní, avšak souhlasit se dá s faktem, že směr vývoje CNC techniky určuje především letecký a kosmický průmysl, v dnešní době nepochybně i odvětví výroby implantátů. To je způsobeno hlavně uplatňováním nových zpravidla těžkoobrobitelných materiálů či kompozitů. V oblasti vývoje jsou důležitá i odvětví jako např. dopravní technika (automobily, kolejová vozidla, lodě...), energetika nebo petrochemický průmysl. Každá tato oblast klade specifické požadavky na konstrukci obráběcích strojů. Například charakteristickým znakem tzv. těžkého obrábění je možnost odebírání třísek s šířkou záběru větší než 20 mm. Postupným vývojem elektrovřeten se zvyšují použitelné pracovní otáčky, vývojem lineárních motorů se zase zvyšují pracovní posuvové rychlosti, a to vše při zachování požadavku dynamické stability stroje. Hlavní směry vývoje proto můžeme shrnout do následujících sedmi bodů:
- vysokorychlostní (HSC), suché a tvrdé obrábění;
- růst posuvových (HFC) a manipulačních rychlostí;
- růst řezných výkonů (HPC);
- zvyšování pracovní přesnosti;
- aktivní kontrola a diagnostika;
- zvyšování teplotní, statické a dynamické stability;
- uživatelská přívětivost.
Do těchto výše uvedených bodů je vepsáno i několik zkratek, jejichž detailnější význam bude vysvětlen až v následujícím informativním příkladu. Co tyto zkratky znamenají tak může být dnešním zamyšlením či úkolem.
S ohledem na poslední uváděný bod, kterým je uživatelská přívětivost, je možno naznačit směry ve vývoji způsobů NC programování. Patrně každý, kdo se se zkratkami NC, CNC nebo CAM setkává již delší dobu, uzná, že výsledky vývoje v této oblasti nám v posledních cca 20 letech výrazně zjednodušují práci (ani není nutné opakovat, že již nemusíme vytvářet děrné pásky apod.). „Vysoce kvalitní“ NC programy sice stále můžeme zdlouhavě tvořit systémem blok po bloku v univerzálních textových editorech kancelářských počítačů (programy zpravidla pro velkosériovou výrobu, u kterých je každý elementární pohyb či úkon optimalizován), ale výrazné časové úspory v NC programování dosáhneme již pouhou aplikací specializovaných cyklů. (Pozn.: Používání a druhy základních cyklů sice budou naznačeny na stránkách tohoto čtrnáctidenníku až v některém z následujících příkladů, ale již dnes je možno nahlédnout např. do elektronicky zpracovaných informativních příkladů, uveřejněných na www.techtydenik. cz v sekci Příklady úloh CNC programování, kde jsou uvedeny některé cykly pro řídicí systém Sinumerik.) Využívání cyklů tedy práci programátora výrazně zjednodušuje a NC programy se stávají snadněji editovatelnými a především přehlednějšími, ale tím zpravidla nejsou optimalizovány veškeré elementární pohyby. Přejdeme-li k přípravě dat pro obrábění CAD/ CAM softwary, pak musíme počítat s finanční investicí, ale také s možnostmi obrábět obecné tvarové plochy. Jednou z moderních efektivních a rychle se rozvíjejících metod přípravy NC programů zcela bez externích finančních nákladů je i tzv. dílensky orientované programování (např. ShopMILL, ShopTURN nebo SmarT. NC), díky kterému je možno připravovat výrobu přímo na stroji v době, kdy je realizováno obrábění jiné součásti.
Všechny tyto čtyři výše naznačené metody tvorby datových souborů pro třískové obrábění na CNC strojích a centrech jsou dnes již poměrně známé a často využívané. Každá z nich má své silné a slabé stránky. Zaměřímeli však souběžně svou pozornost na rozšiřující se trend konstrukce obráběcích strojů na míru zákazníkům, značné množství softwarů pro NC programování a množství postprocesorů, pak z pohledu seřizovačů CNC strojů narůstá potřeba finální kontrolní simulace.
Neustávající rozvoj v oblastech propojování lokálních pracovišť do lokálních či globálních počítačových sítí dále přináší i nové nástroje podporující komunikaci při přípravě a realizaci procesu třískového obrábění. Např. některá obráběcí centra již dnes bývají osazena více řídicími panely (panel může být instalován i ve vzdálenosti několik desítek až stovek metrů od stroje), které zajišťují souběžnou nerušenou práci více osob. Rozšiřuje se i například instalace řídicího softwaru stroje na libovolné PC, přičemž po zkopírování příslušných datových souborů s nastavením tohoto stroje může programátor v kanceláři zcela nezávisle realizovat přípravu výroby včetně finalizační simulace.
Pro archivaci a rozesílání datových souborů (NC programů) se stále často využívá tzv. DNC komunikace a pro podporu myšlenky „Stroj má vyrábět a každé jeho zdlouhavé seřizování způsobující prostoje je na úkor zisku!“, se dnes rozšiřuje využívání tzv. dálkové diagnostiky. Dálková diagnostika je velmi užitečný nástroj servisních techniků při dolaďování nových či specializovaných strojů, ale z pohledu jejího principu a rostoucí automatizace procesů třískového obrábění dostává i nové možnosti. Jde o instalaci nevelkého softwaru na libovolné PC (např. u řídicího systému Sinumerik se jedná o program pcAnywhere), prostřednictvím kterého dochází k on-line internetovému propojení výrobního stroje se specialistou. Doslova kdekoli na světě je možno zobrazit aktuální obrazovku stroje s přístupem do veškerých parametrů nastavování, jako se běžně realizuje přímo u ovládacího panelu stroje. V reálném příkladu tak může být stroj nastaven do automatického režimu na obrábění cca 24 hodin denně, propojený na automatickou dodávku polotovarů, výměnu řezných nástrojů i odvod obrobků a třísek, doplněn sondami pro měření korekcí (opotřebení řezných nástrojů) a automatické měření skutečné polohy obrobku pro stanovení nulového bodu. Po obrobení součásti lze realizovat automatické kontrolní měření výrobku a na základě integrovaných rozhodovacích podmínek korigovat další výrobu nebo ji přerušit. Ruční korekce parametrů založená na základě inprocesního měření a „inženýrském rozhodování“ však může být realizována i prostřednictvím zmiňované dálkové diagnostiky z uzavřeného pracoviště umístěného mimo ruch výrobní haly, což je mnohdy výhodnější než výše velmi stručně charakterizovaný plně automatický režim.
Než se však na stránkách tohoto čtrnáctidenníku propracujeme k „plně automatickému“ NC programování obrábění s inprocesní kontrolou a adaptivním řízením, bude nutné uvést několik reálných příkladů všech základních metod programování. O tom a mnoho dalšího však až někdy příště.
Článek vznikl za spolupráce Vysokého učení technického v Brně, FSI, ÚST, Odboru technologie obrábění, s firmou Siemens a redakcí Technického týdeníku.
Ing. Aleš Polzer, Ph.D.