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
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
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.

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.

Související články
Simulací ke zlepšení efektu mazání a chlazení

Optimalizace třískového obrábění moderní metodou simulace strategie mazání a chlazení je dnes podrobena systematickému výzkumu. Použitím simulace procesu třískového obrábění a simulace proudění chladicího média se značně sníží náklady na výzkum a vývoj.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

Nástroje v rámci čtvrté průmyslové revoluce

Abychom mohli vyrábět součásti hospodárně, je potřebné rozšířit proces o výměnu informací. Důležitou roli při tom hraje management nástrojů, neboť pokud chybí nástroj, výroba stojí.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Interaktivní programování CNC strojů

Proces obrábění není zdaleka tak jednoduchý, jak se v mnoha případech jeví. Současné obráběcí stroje jsou obvykle vybaveny pro volbu několika způsobů přípravy programů. Dialogový způsob programování má stále svou nezastupitelnou pozici.

Inovace na obou stranách výrobního sortimentu

Svislá dvoustojanová centra řady Genos prošla inovací technických parametrů, a to konkrétně u modelů M560R-V a M460R-VE. Současně zavádí firma Okuma i nové obslužné a komunikační rozhraní Okuma Suite do řídicích systémů svých sofistikovaných modelů. Inovace přicházejí z obou stran výrobního sortimentu – u standardních tříosých center i u vícerých víceúčelových strojů pro náročné aplikace.

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.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

Propojené systémy ve výrobě

Ekonomická síla firmy, její produktivita a úspěch na trhu závisí do značné míry na tom, jak chytře a efektivně společnost využívá data, která má k dispozici, a na tom, jaká data vůbec má k dispozici. Sběr a vyhodnocování dat umožňují procesy neustále monitorovat a vylepšovat. Digitalizace všech částí výroby a následná chytrá analýza dat tak zvyšuje produktivitu a efektivitu výroby, umožňuje rychlejší uvedení výrobku na trh, energeticky účinný provoz a ekonomickou výrobu velkého množství individualizovaných výrobků. Společnost Siemens nabízí komplexní portfolio softwarových a hardwarových řešení, která už dnes pomáhají digitalizovat celý vývojový a výrobní proces.

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