Témata
Reklama

Postprocesory a postupy v CAM pro produktivní a přesné obrábění

Víceosé obrábění tvarově složitých dílců se čím dál tím více řadí mezi běžné výrobní technologie. Stroje rozšířené o rotační osy nabízejí při takové technologii výroby výhody zejména z hlediska menších nároků na nutné přeupínání dílců během výroby a tudíž nižší riziko vzniku chyb a nepřesností. Tuto výhodu ještě více umocňují tzv. víceprofesní obráběcí stroje, které disponují více než pěti řízenými osami.

Víceosé obrábění tvarově složitých dílců se čím dál tím více řadí mezi běžné výrobní technologie. Stroje rozšířené o rotační osy nabízejí při takové technologii výroby výhody zejména z hlediska menších nároků na nutné přeupínání dílců během výroby a tudíž nižší riziko vzniku chyb a nepřesností. Tuto výhodu ještě více umocňují tzv. víceprofesní obráběcí stroje, které disponují více než pěti řízenými osami.

U pětiosých strojů bývá možné využívat rotační stůl tak, že přebírá funkci obrobkového vřetena k soustružení obrobku. Nástrojové vřeteno stroje však musí být uzpůsobeno k tomu, aby uživatel mohl polohovat nástroj vůči obrobkovému souřadnému systému, a také aby bylo možné upínat soustružnické nože. Zároveň musí řídicí systém umožňovat přepínání režimů otáčení dvou vřeten, nástrojového a obrobkového. Při soustružení s naklopenou osou rotace je rovněž nutné natáčet souřadným systémem tak, aby byla dodržena poloha nože vůči obrobku v rovině XZ. Tímto způsobem lze například při výrobě oběžných kompresorových kol soustružit vnější konturu lopatek a následně frézovat plochy lopatek, aniž by docházelo k přeupínání dílce, tedy snižování přesnosti výroby. Přesnost a produktivitu můžeme ještě zvyšovat správně nastavenými obráběcími operacemi v CAM systému. Zejména operace pětiosého obrábění lze nastavit buďto na základě zjednodušeného přístupu se standardními možnostmi CAM systému, anebo využít širší možnosti s částečnou úpravou plochy modelu v rámci možné tolerance nebo s využitím náhradního modelu nástroje apod. Ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (Research Center of Manufacturing Technology – RCMT), které je organizační složkou Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze, jsou tato témata řešena převážně v rámci činností se spolupracujícími podniky a společnostmi a také v rámci výzkumných projektů, mezi které patří například Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika.

Reklama
Reklama
Reklama

Postprocesory pro zvýšení produktivity přípravy výroby

Pro generování správných souřadnic v postprocesoru je nutné definovat náležitou kinematiku stroje. Uživatel generátoru postprocesorů je však mnohdy odkázán na přednastavené šablony pro tvorbu postprocesoru, zejména v případech multifunkčních soustružnicko-frézovacích strojů. V generátoru postprocesorů PostBuilder například neexistuje přednastavená šablona pro soustružnicko-frézovací stroj s kinematikou stůl/stůl (rotační osy na stole stroje, resp. kolébka) tak, aby postprocesor mohl být vytvořen jako jeden, a nikoliv jako slinkovaný, což je běžný způsob tvorby soustružnicko-frézovacího postprocesoru v SW PostBuilder. Při použití slinkovaných postprocesorů je nutné přiřadit v CAM systému k dané operaci informaci, jakou částí postprocesoru bude daná operace zpracována – použití je tedy složitější. Standardní šablona pro pětiosý stroj s výše uvedeným kinematickým uspořádáním strojních os umožňuje připravit postprocesor pro frézovací operace i operace soustružení, nelze však nastavit závitovací cyklus pro soustružení a hrubovací cyklus tak, jako je běžné například u výhradně soustružnického postprocesoru.

Proto jsme ověřili možnost přizpůsobení přímo zdrojových kódů postprocesoru v textovém editoru mimo prostředí PostBuilder tak, aby došlo k modifikaci přednastavené kinematiky v šabloně pro soustružnicko-frézovací postprocesor, která standardně v prostředí PostBuilder není možná. Díky implementaci kinematiky daného obráběcího stroje je postprocesor připraven jako jeden se všemi disponibilními možnostmi soustružnicko-frézovacího stroje. Tento přístup byl použit i při řešení postprocesoru pro soustružnicko-frézovací stroj MCU 700VT-5X z produkce Kovosvit MAS. Stroj je vyráběn s řídicími systémy Siemens Sinumerik 840D a Heidenhain iTNC640. V postprocesoru připravovaném na základě výše uvedeného principu, bylo u obou řídicích systémů realizováno automatické zapínání pětiosé transformace (Traori, M128/TCPM) a automatické zapínání funkcí pro polohování (Cycle800, Plane Spatial) tak, aby uživatel CAM systému nemusel nastavovat další potřebné lokální souřadné systémy, generování parametrických posuvů, automatické zpevňování/odpevňování rotačních os nebo implementace technologického modulu pro korekci posuvové rychlosti. Postprocesor také musí umět zvolit správnou polohu obrobku z několika možných variant (obr. 1).

Obr. 1. Dvě varianty naklopení pro stejný úhel z CAM systému

Zvyšování produktivity a přesnosti v CAM

Z hlediska aplikace produktivních víceosých frézovacích operací je nutné analyzovat plochy součásti, zda je možné volit obrábění bokem nástroje. Není-li možné realizovat obrábění bokem nástroje, připadá v úvahu úprava modelu například v rámci disponibilní tolerance nebo po domluvě s konstruktérem, tak jako je uvedeno na obr. 2. Vždy je možné aplikovat bodové obrábění, které je však výrazně méně produktivní než obrábění bokem nástroje. Na daném obrázku je možné vidět porovnání původních ploch lopatky (šedomodré plochy) oproti nově upraveným plochám lopatky (oranžové plochy). Tyto nové plochy jsou tvořeny tak, aby se jejich podélný řez v co nejvyšší míře blížil úsečkám. Z obrázku vyplývá, že v oblasti náběžné hrany se původní plocha oproti nové vzdaluje o hodnotu 0,35 mm. To je hodnota, která značí poměrně malou odchylku mezi plochami, na níž se lze jistě s konstruktérem dílce domluvit a poté aplikovat produktivní dráhu nástroje pro výrobu dílce zejména při sériové výrobě. Oproti obrábění bodovému (obr. 3) umožňuje aplikace obrábění bokem nástroje (obr. 4) uspořit řádově desítky procent výrobního času u dokončovacích operací. Aplikace této technologie však vyžaduje velké zkušenosti při odladění technologických podmínek, zejména správné řezné rychlosti. Tuto technologii jsme otestovali při obrábění mnoha materiálů, nejběžněji slitiny hliníku (AW 7075), slitiny oceli, nerezové oceli, duplexní oceli nebo např. titanu, přičemž u této technologie dosahujeme velmi vysoké jakosti povrchu finálních ploch, srovnatelné s jakostí po broušení (mnohdy Ra0,8) – obr. 5. Příkladem realizací na našem pracovišti jsou různé prototypy turbín a kompresorových kol (průměr cca do 300 mm), integrální turbíny (průměr cca 450 mm), difuzory, lopatky apod. Pokud je na tvarově složité plochy kladen zvýšený požadavek na přesnost, nelze se spolehnout pouze na základní nastavení dráhy nástroje v CAM systému. Zejména pro nastavení dráhy nástroje při obrábění bokem je zapotřebí využívat náhradního 3D modelu nástroje. Tyto náhradní 3D modely nástrojů máme otestovány tak, aby došlo ke skutečnému obrobení přímkové plochy v rámci požadované tolerance.

Obr. 2. Modifikace ploch lopatky pro aplikaci operace obrábění bokem nástroje
Obr. 3. Operace bodového obrábění
Obr. 4. Operace obrábění bokem nástroje
Obr. 5. Povrch po bodovém obrábění (vlevo) oproti obrábění bokem nástroje (vpravo)

Zvýšení produktivity v technologické přípravě výroby s využitím simulací se strojem

Dalším podpůrným prostředkem při technologické přípravě výroby je vizualizace dráhy nástroje z NC programu s využitím 3D modelu stroje. V některých CAD/CAM systémech je možné využívat pouze vizualizaci dráhy nástroje na základě CL dat. Tato vizualizace však nepostihne chyby dráhy nástroje, které vzniknou až při uvážení daného kinematického uspořádání os CNC stroje. K tomu je nutné využít vizualizace dráhy nástroje s 3D modelem stroje současně s postprocesorem. Tento způsob vizualizace dráhy nástroje s obrobkem již postihne chyby dráhy vzniklé uvažováním daného kinematického uspořádání strojních os a současně s použitím emulátoru řídicího systému, následně umožňuje použití vizualizace i pro externí NC programy. Emulátor řídicího systému nahrazuje konkrétní řídicí systém, kterým je CNC stroj vybaven. CAM systémem, který toto umožňuje, je i Siemens NX, kde lze nastavit tzv. CSE driver pro daný stroj a jeho řídicí systém a reálně odbavovat NC programy s možností vizuální kontroly odebírání materiálu či analýzy kolizí komponent stroje, obrobku, nástroje a upínek. V tomto emulátoru také lze nastavit parametry strojních os a řídicího systému (max. rychlosti, zrychlení, ryvy, Kv, dobu zpracování bloku atd.) pro věrohodnou simulaci výrobního času. Příkladem komplexního simulačního modelu stroje řešeného v RCMT je například simulační model pro pětiosý soustružnicko-frézovací stroj Kovosvit MAS MCU 700VT-5X, kde bylo nutné vyřešit systém přepínání dvou soustružnických režimů (pro karuselování a pro soustružení s naklápěcí osou) a frézovacího režimu. Požadavkem také bylo zprovoznit v simulačním modelu uživatelské funkce nastavené výrobcem stroje v PLC řídicího systému pro natáčení pracovních souřadných systémů a volby roviny naklápění při víceosém soustružení. To znamenalo provést adekvátní změny a nastavení v emulátoru řídicího systému a propojit jej s prostředím CAM systému.

Obr. 6. Příklad vizualizace obrábění v Siemens NX CAM se strojem MAS MCV 1000.

Ing. Petr Vavruška, Ph.D.

RCMT, Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Umístění na MSV (v expozici fy. Kovosvit MAS): pavilon P, stánek 131

Petr.vavruska@rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #9
Kód článku: 150937
Datum: 01. 09. 2015
Rubrika: Trendy / MSV 2015
Autor:
Firmy
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Od vzdělávání přes úspory až po virtuální realitu

Společnost Siemens se zúčastnila všech dosud konaných ročníků Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně a tradice pokračuje i v letošním roce, kdy hlavním tématem expozice je časová a energetická efektivita v rámci celého životního cyklu stroje - od jeho návrhu až k výrobě. Že je ochrana životního prostředí pro Siemens téma číslo jedna, podpoří i divácky atraktivní část expozice, ve které se představí nový model elektromobilu BMW i3, který je od jara letošního roku součástí vozového parku společnosti Siemens.

Související články
Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Na cestě ke zrození stroje, část 3:
Cenová nabídka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje,
Část 1. Průzkum trhu

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje postup výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, v jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu a návratnost investic.

Průmysl 4.0 v praxi

Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

MSV představí svět budoucnosti

Mezinárodní strojírenský veletrh vstupuje do svého již 61. ročníku. Během let se z něj stal nejrenomovanější oborový veletrh. Je tedy jasné, že řídit jej tak, aby renomé neztratil, není nic snadného a vyžaduje to člověka nejen schopného, ale i zkušeného. Současný ředitel, Ing. Michalis Busios, bezesporu splňuje obojí. Dokladem je skutečnost, že pro veletrh úspěšně pracuje již od roku 2008.

Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Opřít se o silného partnera

V dnešní době hospodářského růstu mnoho firem přemýšlí o rozšíření výroby. To se však neobejde bez úvah o tom, kde získat prostředky na nové stroje a zařízení. Řešení má jméno SGEF.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Sázejme olivovníky, ať mají naši potomci co sklízet

Profesor Stanislav Hosnedl se celý svůj odborný život věnuje oboru konstruování výrobních strojů a zařízení. Značným podílem přispěl k rozvoji konstrukční vědní disciplíny Engineering Design Science and Methodology, ve které se stal uznávaným odborníkem nejen u nás, ale i v zahraničí. K jeho pedagogické a vědecké činnosti jej přivedly kroky z výrobní praxe. Tak by tomu mělo být. Stanislav Hosnedl je Plzeňák tělem i duší s aktivními kontakty po celém světě. Bylo nám ctí, že jsme mu mohli na letošním MSV v Brně předat Zlatou medaili za celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit