Tento seriál věnuje pozornost především problematice NC programování a třískovému obrábění na CNC strojích, avšak nelze v něm opomenout ani významnou oblast, kterou je měření. Měřicí dotykové (tzv. obrobkové) sondy určené pro CNC frézovací stroje a centra běžně slouží k identifikaci polohy a orientace upnutého (ustaveného) polotovaru před třískovým obráběním (Pozn.: Toto tvrzení je platné především pro firmy v ČR.). Tyto sondy jsou však využitelné i k aktivní kontrole reálných rozměrů obrobku v průběhu či bezprostředně po realizaci obráběcího cyklu (hrubování nebo dokončování). Možnost ověření konečných rozměrů dílce ještě před vyjmutím ze stroje je hlavní předností snímacích obrobkových systémů, která společně s programovatelnou rozhodovací logikou řídicího systému vede ke zvyšování výkonnosti obráběcích center. Tuto naznačenou implementaci adaptivního obrábění je možno považovat za významnou myšlenku při hledání naší národní i mezinárodní konkurenceschopnosti proti nízkonákladovým ekonomikám některých evropských či asijských států.
Převážná většina odpůrců realizace měření v pracovním prostoru obráběcích center argumentuje slovy: „Obráběcí stroj musí vyrábět a jakákoli jiná činnost snižuje množství vyrobených kusů za časovou jednotku. Tím se snižuje návratnost finančních prostředků investovaných např. do velmi nákladných pětiosých obráběcích center se schopností realizace souvislého obrábění.“ Výhodnost implementace dílčích měření na obráběcích strojích, která je nepochybně patrná v celém tomto textu, se však opírá např. o studii Zdokonalení výrobního procesu, kterou publikoval Ing. Marc Saunders (generální ředitel divize prodeje společnosti Renishaw UK & Ireland).
Návratnost pořizovacích nákladů investovaných do obrobkové sondy a základní sady výměnných měřicích dotyků jsou zpravidla patrné již při kalkulacích prvních vyráběných součástí. Při obrábění velkých sérií obrobků jsou sice stále výhodné složité specializované upínací přípravky, ale při obrábění jednotlivých kusů či velmi malých sérií jsou upínací časy a prodlevy spojené se stanovením nulového bodu obrobku a orientace lokálního (obrobkového) souřadného systému součásti upevněné univerzálními upínacími prvky minimalizovány a především částečně automatizovány. Bezprostředně po poloautomatickém či plně automatickém měření upnutého polotovaru je vhodné realizovat i další měření. Již se nejedná o nastavení strojních parametrů, ale je vhodné realizovat sérii kontrolních měření podstatných prvků, které ovlivní navazující obrábění prostřednictvím NC programu s implementovanými rozhodovacími podmínkami. Např. pro upnutý polotovar typu odlitek je možno realizovat měření velikostí přídavků, které povede ke stanovení počtu hrubovacích záběrů. Je možno tak eliminovat pohyby řezného nástroje naprázdno nebo obrábění jen velmi malé třísky. Znalost skutečné polohy povrchu polotovaru tak umožňuje i odebírání povrchové vrstvy polotovaru ovlivněné předchozími výrobními operacemi (např. odlévání, kování atd.) a jinými řeznými podmínkami, než jsou vhodné (efektivní) pro navazující hrubovací řezy.
Kontrolní měření rozměrů obrobku po hrubovacích operacích (před dokončovacími operacemi) je využitelné např. pro kompenzace deformace řezného nástroje. Odborné studie vysoce přesného a zároveň efektivního obrábění jsou v dnešní době založeny např. na predikci odchylky skutečné polohy řezného nástroje (od naprogramované dráhy), která vzniká při reálném obrábění. Využitelnost této metodiky však není jen u dokončovacích řezů, kde řada odpůrců této myšlenky argumentuje: „U dokončovacího obrábění je odebírána jen velmi malá tříska, a proto je vliv průhybu řezného nástroje vlivem působení silového zatížení vyvolaného procesem odebírání třísky zanedbatelný,“ ale také u hrubovacích řezů, kde je nutno zajistit rovnoměrnost přídavku pro dokončovací obrábění.
Další významný potenciál dotykových obrobkových sond je patrný z možnosti jejich využití pro kontrolní měření vyrobených konstrukčních prvků či obrobených ploch. V procesu obrábění je řezný nástroj opotřebováván, což je možno měřit a kompenzovat měřeními prováděnými nástrojovými sondami (nástrojové korekce). Vlivem rostoucího opotřebení však dochází i k rozvoji silového zatížení nástroje a může dojít k jeho posunutí v upínači, většímu průhybu nástroje nebo ke zlomení břitu. Inprocesní měření rozměrů obráběných konstrukčních prvků či ploch může upozornit na nutnost doobrobit některý z prvků ještě před jeho vyjmutím ze stroje. Takovýto tak zvaně opravitelný neshodný kus by při vyjmutí ze stroje a následném měření na specializovaném kontrolním pracovišti bylo jen obtížné opětovně upnout a doobrobit v požadované, zpravidla velmi úzké rozměrové a polohové toleranci. S problematikou inprocesního měření v prostoru obráběcího stroje ovšem souvisí i problematika kompenzace tepelných vlivů, které jsou způsobeny lokálním či operačním nahromaděním třísek s významně vyšší teplotou, než je průměrná teplota v prostoru obráběcího stroje (tento jev je významný zpravidla u suchého hrubovacího obrábění). Měřený obrobek je po transportu do klimatizované laboratoře zpravidla teplotně stabilizován a měření probíhá např. při konstantní teplotě 20 °C.
Tohoto stavu nelze při inprocesním měření dosáhnout. Je možno ho však částečně nahradit měřením kalibrovaného pomocného členu ze stejného materiálu, jako je obrobek, který je upnut na pracovní stůl společně s obrobkem (v blízkosti obrobku) a je tak vystaven aktuálním teplotním změnám v pracovním prostoru stroje. Měření absolutních hodnot rozměrů, které je zatíženo chybou okolní teploty, je tak nahraditelné přesnějším srovnávacím měřením.
Výhody ustavení dílce pomocí sondy:
- zkracování doby pro stanovení polohy nulového bodu obrobku
- z kracování doby pro stanovení orientace lokálního souřadného systému
- možnost automatizace
- eliminace chyb způsobených lidským faktorem
- snížení počtu neshodných kusů
- zvýšení produkti vity a flexibility výroby
- snížení fyzické náročnosti spojené s výrobou
- s nížení nákladů souvisejících se specializovanými upínacími přípravky.
Výhody měření obrobků pomocí sondy:
- zvýšení automati zace výroby
- automatická korekce chyb vznikajících během obráběcího cyklu
- zvýšení jistoty v bezobslužných provozech
- adaptivní obrábění se zpětnou vazbou k procesu pro eliminaci odchylek
- automatická korekce počtu hrubovacích řezů
- automatická korekce nastavení po proměření prvního vyrobeného kusu
- snížení prostojů souvisejících s externím měřením obrobeného kusu.
Ing. Aleš Polzer, Ph.D.
Článek vznikl za spolupráce ÚST, FSI VUT v Brně s firmou Siemens s. r. o. a redakcí Technického týdeníku.