Témata
Reklama

CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

Do řídicího systému vstupuje program, v tomto případě téměř výhradně vytvořený metodou CAD/CAM, jehož výstupem je vzájemný pohyb obrobku a nástroje tak, aby výsledný kus co nejlépe vyhověl ve třech výše uvedených parametrech. Kromě obecných požadavků na spolehlivost, přijatelnou cenu, snadnou obsluhu a pěkný vzhled je dnes vývoj řídicích systémů tažen novými vlastnostmi řezných nástrojů a materiálů, novými kinematikami obráběcích strojů a také kombinací technologií. Multifunkčností se obvykle myslí kombinace různých obráběcích technik jako soustružení, frézování a broušení, ale může to dnes už být i kombinace technologií jako obrábění, tváření a aditivní výroba. Pak se výše uvedená definice řídicího systému rozšiřuje o další komponenty, jako zdroj energie (třeba v podobě laserového generátoru) nebo skenovací hlavu k vychylování laserového paprsku. A kromě parametrů přesnost/rychlost/povrch přibude i kvalita materiálu, neboť se dostáváme do oboru metalurgie.

Reklama
Reklama

Optimalizace obráběcích technologií a nové funkce

Přesto těžiště vývoje CNC systémů a nových funkcí zůstává v oblasti obráběcích technologií, právě pro optimalizaci rychlosti obrábění, rozměrové přesnosti a kvality povrchu. Pro účely tohoto článku tedy zůstaňme v této oblasti. U všech velkých výrobců řídicích systémů vidíme nejen zvyšování výkonu a doplňování nových funkcí, ale i nabídku celých „balíčků“ nadstavbových funkcí nabízených pod různými komerčními názvy výrobcům a uživatelům strojů v náročnějších aplikacích.

Masivní zvyšování kapacity a přidávání nových funkcí je umožněno hlavně obrovským pokrokem v dostupném výpočetním výkonu použité elektroniky. Řídicí systém může dnes zpracovat několik tisíc programových bloků za vteřinu a stovky až tisíce bloků načítat dopředu. Přitom paměťová média (disky) pro uložení programů mají prakticky neomezenou kapacitu, takže programátor může popsat libovolný tvar 3D obrobku s mikrometrickou přesností, aniž by se neúnosně zvyšoval cyklový čas.
V běžném CNC systému mohou navíc v reálném čase běžet algoritmy, které byly ještě nedávno myslitelné jenom „off-line“. A to nejen algoritmy vyhlazování bodově programované dráhy nástroje před odesláním do pohonů, ale i kompenzační funkce pro konkrétní stroj. Výrobci strojů mohou tedy optimalizovat, tj. zlevnit mechanickou konstrukci a přenechat část starostí o přesnost a výkon elektronickému řešení.

Druhou stranou téže mince je ovšem jev, kdy složité elektronické systémy dnes někdy používají SW vybavení určené původně pro kancelářskou nebo domácí elektroniku a přestávají být deterministické, jinými slovy je stále obtížnější udržet spolehlivost a snadnou opravitelnost průmyslových systémů při aplikaci všech inteligentních funkcí. Každý výrobce systémů a strojů musí hledat rozumný kompromis, ale to je jiná otázka.

Smart Machine Control – kompenzace dynamických a teplotních chyb strojů

Smart Machine Control

Jednu skupinu nadstavbových funkcí představují algoritmy, jejichž cílem je omezení „nectností“ vlastních strojů, resp. eliminace jejich vlivu na výsledek obrábění. Kromě dávno běžných statických kompenzací pozorujeme nástup kompenzací i dynamických a teplotních chyb strojů, které FANUC nabízí pod komerčním označením Smart Machine Control. Většinou se jedná o adaptivní algoritmy, jejichž cílem je přizpůsobit řízení pohybu měnícím se podmínkám na stroji. Společným jmenovatelem těchto funkcí je nutnost detekovat nebo měřit aktuální stav. Pak už není tak obtížné aplikovat algoritmus nastavený výrobcem stroje, máme-li dostatek výpočetního výkonu. Řídicí systém může například drobným pohybem zjistit hmotu nebo moment setrvačnosti obrobku a optimalizovat parametry regulačních smyček pohonů. Na strojích s přímým odměřováním polohy lze automaticky korigovat kompenzace polohových odchylek při reverzaci směru (přechody kvadrantů v kruhové interpolaci) nebo aktivně tlumit kmity stroje buzené řezným procesem. Přesným měřením příkonu motorů lze velmi rychle adaptivně měnit řeznou rychlost, zkrátit cyklový čas, a přitom se vyhnout přehřátí pohonu, deformaci stroje a nadměrnému opotřebení nástrojů.

Uplatňují se tu i metody umělé inteligence, hlavně při řešení velmi obtížné úlohy teplotní kompenzace. FANUC intenzivně zdokonaluje metodu využívající predikci deformace podle předem vytvořeného matematického modelu chování daného stroje.

Servo learning

Silnou zbraní v úlohách hromadné výroby a jednoúčelových motion control aplikací je servo learning – tedy optimalizace servo smyčky podle skutečného průběhu polohové odchylky na daném výrobku. Touto metodou lze s dostatečně rychlým procesorem a přímým pohonem dosáhnout až neuvěřitelných přesností v úlohách, jako je nekruhové soustružení, broušení vaček apod.

Servo learning – optimalizace servosmyčky podle skutečného průběhu polohové odchylky na daném výrobku

Fine Surface Technology

Další skupinou CNC funkcí je Fine Surface Technology. Sem počítáme funkce k optimalizaci (zpřesnění) dráhy nástroje vůči obrobku, a to od vstupních dat ve formě bodů přes generování dráhy interpolátorem až po řízení vlastních akčních členů – motorů. Základem je přiblížit svou podstatou digitálně (bodově) pracující počítač ke spojitému (hladkému) fungování. Systémy FANUC mohou pracovat s vnitřním krokem na úrovni nanometru, tedy jedné tisíciny mikrometru – a to už při odměřování polohy. Dalším pilířem je servoregulátor s rychlým vzorkováním, proudová smyčka s komerčním označením HRV může pracovat v taktu cca 32 mikrosekund.
Algoritmy vyhlazování vstupních programových bodů, filtry a matematické funkce mohou „vylepšit“ vstupní data a zamezit zbytečným pohybům hlavně při souvislém pětiosém frézování obecných ploch. Nejlepších výsledků se podle zkušeností – alespoň u systémů FANUC – většinou dosáhne co největším počtem vstupních bodů (malou toleranci CAM systému), a to díky velmi rychlému vnitřnímu zpracování programových bloků.

Fine Surface Technology – zpřesnění dráhy nástroje vůči obrobkuFast Cycle Time Technology

Nadstavbové funkce pro hromadnou výrobu lze shrnout do skupiny Fast Cycle Time Technology. Sem patří hlavně vyloučení ztrátových časů, kdy stroj dělá něco jiného než obrábění. Dost času se dá obvykle ušetřit v PLC funkcích stroje. Pevný cyklus PLC programu 4 ms je na systémech FANUC již standardem, další úspory lze najít ve způsobu dekódování a odhlašování pomocných funkcí stroje a rychlejší komunikací na NC/PLC rozhraní.

Optimalizace rozběhu a zastavování vřeten a překrývání rozběhových ramp při polohování rychloposuvem jsou také rezervy, které se vyplatí využít.

Fast Cycle Time Technology – nadstavbové funkce pro hromadnou výrobu, vyloučení ztrátových časů
Reklama
Vydání #12
Firmy
Související články
Řídicí systém z vlastní dílny, 3. díl: Pokročilé technologické aplikace

Třetí díl našeho seriálu o řídicím systému OSP - P300A firmy Okuma navazuje na dvě předchozí kapitoly, ve kterých jsme stručně představili architekturu systému a inteligentní funkce, které podstatně navyšují přesnost stroje, kvalitu obráběného povrchu i hospodárnost a bezpečnost stroje. Tato část série bude o technologických aplikacích implementovaných do OSP k jednoduchému použití operátorem.

Alternativa k aditivním technologiím

Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

Obrobkové sondy a úskalí jejich použití

Téměř většina z nově vyrobených, zejména pak sofistikovaných obráběcích strojů, je dnes vybavena obrobkovými měřícími sondami. V uživatelských návodech k těmto sondám se lze dočíst o tom, jakými přínosy je jejich nasazení ve výrobě ohledně efektivnosti, snižování vedlejších časů při mezioperačních a finálních kontrolách obrobků atd. Ano, to vše je pravdou, nicméně i měřící sondy mají svá úskalí - tak jako ostatně každé jiné měřící zařízení.

Související články
Optimalizované obrábění tvrdokovů

Tvrdokovy se skládají z jemných zrn velmi tvrdých materiálů - zpravidla karbidu wolframu - s kovovým pojivem, jako je např. kobalt. Jsou vytvářeny metodou práškové metalurgie a po sintrování dosahují vysokých hodnot pevnosti a tvrdosti. Tvrdokovy se přednostně používají pro výrobu obráběcích nástrojů, přesto také u řezných a tvářecích nástrojů vede jejich vynikající životnost k rostoucí poptávce. Pro tento účel vyžadované třískové obrábění přináší vysoké náklady. V rámci semináře u jednoho výrobce obráběcích strojů prezentují odborníci z oblasti technologií, obráběcích strojů, nástrojů a softwaru CAD-CAM své zkušenosti i řešení využitelná v praxi.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Virtuální stroj pomáhá vyhnout se poškození

Kolize během obrábění jsou vždy nákladnou záležitosti. Tím, jak se výroba vybavuje stále vyšší úrovní automatizace a s rozšiřováním aplikací internetu věcí (IIoT) nabývá prevence chyb na složitosti i časové náročnosti. Japonský výrobce CNC strojů Okuma , který si jako jediný na světě vyrábí veškeré klíčové komponenty obráběcích strojů sám, vyvinul digitální řešení, které slouží k přípravě, simulaci a otestování celého procesu obrábění před jeho zahájením. Během vlastního obrábění provádí systém Collision Avoidance Systém (CAS) velmi přesnou virtuální simulaci s předstihem v řádu milisekund před vlastním řezáním. Jakékoli kolize, které by mohly nastat, jsou tak zablokovány předtím, než mohou způsobit vážná poškození - šetříc čas a peníze provozovatele stroje.

Aktuální přístupy ke zvyšování produktivity třískového obrábění

V každé výrobní technologii neustále klademe nové požadavky na zvyšování produktivity, přesnosti, jakosti, efektivity, spolehlivosti apod. Produktivita je jedním z důležitých parametrů, na jejichž základě lze technologie mezi sebou srovnávat. Třískové obrábění si z pohledu produktivity neustále udržuje významné postavení, neboť je schopno zajistit všechny výše uvedené požadavky i pro velmi přesné dílce. Výše celkové produktivity a samozřejmě i ostatních parametrů je dána každým článkem z tohoto řetězce: zvolený nástroj – upnutí nástroje – řezné podmínky – upnutí dílce – zvolená strategie obrábění – NC kód (vazba na CAM a postprocesor) – možnosti stroje z pohledů parametrů pohonů a též jeho technologické konfigurace (multifunkčnost) – řídicí systém.

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.

Větší řádkování při obrábění načisto

Při použití fréz s optimálně zakřiveným břitem pro frézování vnějších povrchů je možné časy na dokončovací obrábění značně snížit. Docílit toho lze vzájemnou souhrou stroje, nástroje a softwaru, jak ukazuje následující příklad.

Zubní náhrady aneb strojírenství i v dentálním průmyslu

Zubní náhrady se vyrábějí již od dob egyptských faraonů téměř stejným způsobem. Pouze materiály a metody se za tu dobu vyvinuly na úroveň 21. století.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Toolmanagement do moderní výroby

Každá firma, která realizuje technologii obrábění, spravuje svůj nástrojový park a příslušná data. Disponuje určitým nástrojovým managementem např. v podobě výdajových karet či vytvořený v běžně dostupných počítačových programech, např. MS Excel. Otázkou pak je, zda mu tento stávající systém plně vyhovuje nebo ho hodlá změnit a nalézt profesionálnější řešení.

Otočný CNC stůl s karuselovací funkcí

Zvyšování flexibility technologických aplikací patří v současnosti k jednomu z výrazných trendů vývoje strojů. TOS Kuřim - OS se rozhodl vývojem CNC otočného stolu s karuselovací funkcí proniknout i do oblasti svislého soustružení a nabídnout zákazníkům možnost doplnit tradiční stojanová, nebo portálová obráběcí centra o další volitelný prvek výbavy. Projekt vývoje otočného stolu byl řešen s podporou programu TIP Ministerstva průmyslu a obchodu.

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