Témata
Reklama

Přesné obrábění s CNC a dotykovými sondami

Heidenhain je evropský výrobce známý technické veřejnosti především v oboru třískového CNC obrábění. Historická orientace na evropský trh vychází z letité tradice německých výrobců obráběcích strojů, kteří byli často i inspirací pro vývoj obráběcích strojů v České republice.

Současný sortiment obráběných součástek je ve značné míře vázán na potřeby automobilové výroby a jejich subdodavatelů v oblasti výroby forem, významné místo zaujímají i dílce pro energetiku, letecký průmysl a automatizované provozy, jejichž odběratelé jsou roztroušeni po celé Evropě. Složité dílce s vysokými nároky na přesnost se často obrábějí na jedno upnutí. V řadě případů jsou polotovarem přesné výkovky a odlitky, které pro další opracování vyžadují velmi přesné upnutí a vyrovnání před zahájením obrábění.

Reklama
Reklama

Dotykové sondy 3. generace

Efektivita a přesnost operace upnutí a vyrovnání vyžaduje moderní technické prostředky, které si již stěží vystačí s číselníkovým úchylkoměrem. Právě pro tyto účely je vhodným účinným pomocníkem dotyková sonda. Počátky vývoje dotykových sond s infračerveným přenosem sahají do roku 1985, nicméně dnes je na trhu produkt třetí generace. Rozsah využití na stroji souvisí velmi úzce se softwarovou podporou použitého CNC řízení. I v tomto směru Heidenhain TNC 640 poskytuje řadu funkcí a cyklů nejen pro vyrovnání dílce, nastavení počátku obrábění, ale i pro měření dílce v rámci přesnosti stroje.

Sonda TS 460 a její citlivost

Zjednodušeně řečeno, čím vyšší citlivost, tím přesnější výsledky měření. Snaha dosáhnout vysoké citlivosti tříramenné kinematiky dotykového hrotu vedla k opuštění centrální přítlačné pružiny a její nahrazení třemi pružinami s piezoelektrickými kontakty. Nová konstrukce pod názvem TS 740 přinesla výrazné snížení reakce pružin v ose nástroje (0,6 N) a v rovině X-Y (0,2 N) a zvýšení přesnosti na typickou hodnotu 2σ ±0,25 µm při posuvu 250 mm.min-1. Náklady na výrobu byly vyšší než u standardních sond, což bylo pro jejich nasazení určitým limitem, takže se omezilo především na vysoce přesné portálové stroje na výrobu forem (v ČR je vyrábí např. firma Trimill, univerzální portály firma Grey Circle). Jemné uložení hrotu přineslo tedy očekávané výsledky, nicméně rázy při upínání do vřetena mohly nahodile vyvolat zákmit dotykového hrotu, který vygeneroval falešný signál měření. Přestože byl tento jev sporadický, hledali vývojáři společnosti Heidenhain kompromisní řešení ve vyvážení požadavků na vysokou přesnost měření a přiměřenou citlivost kinematiky senzorové jednotky. Východiskem bylo využití tří pružin a optické senzorové jednotky posunuté blíže k bodu dotyku ve smyslu Abbého principu. Nový model byl uveden na trh pod označením TS 460. Dokumentovaná přesnost přístroje uvedená v kalibračním protokolu se pohybuje typicky v hodnotách 2σ ±0,35 µm. Dosažené hodnoty jsou plně postačující i pro kalibraci kinematiky pětiosého stroje.

Dotyková sonda TS 460 s infračerveným a rádiovým přenosem signálu

Univerzální využití TS 460 infra/rádio

Pro použití sondy na standardních 3D centrech postačuje provedení s infračerveným přenosem signálu dotykové sondy prostřednictvím transceiveru SE (vysílač/přijímač) s vykrytím stínu odrazu signálu obvodového vyzařování LED sondy. Základní podmínkou je dodržení vizuálního kontaktu sondy a transceiveru. Ale co když přidáme otočný stůl anebo kolíbku? Nebo sondu použijeme pro vyrovnání dílců na vodorovných vyvrtávačkách nebo portálech s vidlicovou hlavou? Dříve se přimontoval další infratransceiver, ale ani tak nebylo úplně vyhráno, dosah infračerveného záření je přibližně 7 m. Konstrukce elektroniky sondy i transceiveru je tedy navržena jako hybridní. Otočným přepínačem se sonda TS 460 jednoduše nastaví od polohy rádiového přenosu a za stejnou cenu je tak zajištěn spolehlivý přenos signálu mezi dotykovou sondou a transceiverem, aniž bychom museli zohledňovat vizuální kontakt obou přístrojů, a to do vzdálenosti 15 až 20 m. Provozní kanál se naladí přímo na transceiveru SE 660.

Dotyková sonda TS 460 využívá pro dosažení vysoké přesnosti měření tří pružin a optické senzorové jednotky posunuté blíže k bodu dotyku.

dě na cenu opravy po nabourání do dílce. Sondy Heidenhain jsou vybaveny modulem kolizní ochrany, umístěným pod čelem nástrojového držáku. Po naražení senzorové jednotky na překážku dojde k vychýlení kolizního modulu a rozpojení signálu ready vyhodnoceného v CNC řízení s následným zastavením posuvu stroje (podobně jako při najetí na koncový spínač). S ohledem na typické hodnoty posuvů pro operace měření sondou je kolizní modul dimenzován na max. rychlost 4 m.min-1. Vlastní doba relaxace kolizního modulu trvá cca 30 s a dále je možné pracovat bez nutnosti kalibrace sondy – výrobce však kalibraci doporučuje. Spotřeba akumulátorů napájení je rovněž významným parametrem pro hodnocení provozních vlastností dotykové sondy. Speciální hibernační cyklus nastavený v sondách Heidenhain zaručuje trvanlivost lithiových baterií až pro 400 provozních hodin sondy.

Modulem kolizní ochrany – po nárazu na překážku dojde k vychýlení kolizního modulu, rozpojení signálu ready a následnému zastavení posuvu stroje.

Příprava měření

Dílec je před měřením nutno očistit od třísek a zbytků chladicí kapaliny. Sonda je vybavena tangenciálními (cyklonovými) tryskami, vyústěnými na čele senzorové jednotky. Tlak (15–20 bar) přivedené chladicí kapaliny zajistí spolehlivé vypláchnutí třísek a následně stlačeným vzduchem (cca 6 bar) zajistí přípravu objektu k měření zcela automaticky bez nutnosti zásahu obsluhy. Automatický postup se s výhodou používá k ověření klíčových rozměrů dílce v rámci mezioperační kontroly za účelem rozhodnutí o eventuálním obrobení na čisto.

Sonda je pro očištění měřeného dílce od třísek a chladicí kapaliny vybavena cyklonovými tryskami vyústěnými na čele senzorové jednotky.

Cykly dotykové sondy a standardní softwarová podpora TNC 640

Hlavní využití dotykové sondy na obráběcím stroji bylo na samém počátku zaměřeno na elektronické vyrovnání dílce, nastavení počátku obrábění (nulového bodu programu) a vlastní měření dílce na závěr. Obrábění komplexních dílců na pětiosých strojích však postupem času přineslo další nové a nezbytné úlohy pro využití dotykové sondy, které předpokládají jistotu přenosu signálu v obecné poloze osy vřetena (rádio provoz), přesnost sondy (TS 460) a softwarovou podporu CNC řízení (TNC 640). Software Heidenhan umožňuje jednoduše zvládat proměření geometrie stroje jeho obsluhou bez asistence specializovaných firem.

Kompenzace kinematiky rotačních os

Pětiosé obráběcí stroje jsou vybaveny kolébkovými stoly nebo vidlicovými frézovacími hlavami – tedy dvěma rotačními osami. Komplexní obrábění dílce na jedno upnutí na kolébkovém stole zahrnuje jak technologii hrubování, tak i technologii dokončování, náročnou na výslednou přesnost dílce a kvalitu povrchu. Vzhledem k tomu, že hrubování zatěžuje stroj tepelně i mechanicky, je nutno vzniklé odchylky středů rotačních os před dokončováním vykompenzovat. Heidenhain dodává softwarovou opci #48 KinematicsOPT, která kontrolním měřením středu prizmatické koule dotykovou sondou TS 460 zjistí aktuální polohu středů rotace a následně automaticky vykompenzuje geometrii stroje. Dříve bylo nutno proměření geometrie rotačních os objednávat u specializovaných firem. Dnes se celý složitý proces zúžil na několik stisknutí tlačítek obsluhou stroje.

Automatická kompenzace kinematiky – kontrolní proměření středu prizmatické koule dotykovou sondou TS 460 zjistí aktuální polohu středů rotace a řídicí systém následně automaticky vykompenzuje geometrii stroje.

3D kompenzace rádiusu kuličky dotykové sondy

Důležitým údajem pro obrábění složitých tvarových dílců je určení prostorového úhlu sklonu libovolně sklopené plochy. Předpokladem je pořízení opce #92 3D kompenzace nástroje. V závislosti na směru snímání se určí prostorové odchylky rádiusu kuličky dotykové sondy TS 460 a výsledky se uloží do tabulky 3DTC v TNC 640. Snímáním tří bodů je následně určen sklon sklopené roviny. Výsledek lze uložit jako základní natočení do tabulky vztažných bodů.

Měření bodů obecné plochy

Měření bodů obecné plochy je důležitou pomůckou pro ověření přesnosti povrchu formy po obrábění. Cyklus 444 (pouze v automatickém režimu) umožňuje proměřit polohu libovolných bodů nepravidelného povrchu dílce. Kontrolní body z CAD včetně příslušných normálových vektorů Nx, Ny, Nz se uloží do volně definované tabulky 3DTC v TNC 640. Souřadnice definovaných bodů se měří na dílci s podporou cyklu 444 automaticky za chodu NC programu.

Měření bodů obecné plochy slouží k ověření přesnosti povrchu formy po obrábění.

Teplotní dilatace stroje

Pomocný cyklus 540 umožňuje komparační měření teplotních odchylek dílce kalibračním trnem upnutým ve vřetenu stroje. Naměřené odchylky v rovině obrábění se kompenzují například cyklem 11. Měření teplotních odchylek je obzvláště využíváno před operací dokončování, tedy po hrubování.

Protokol EnDat – nejen sledování provozního stavu sondy

Další vývoj dotykových sond a sledování provozních stavů zaznamenal významný skok vpřed využitím datového rozhraní EnDat pro komunikaci nové generace dotykových sond TS 460 s řízením TNC 640. Informace o provozních stavech dotykové sondy byly dosud k dispozici pouze vizuálně barevnou signalizací tříbarevných LED transceiveru. Tento poněkud primitivní způsob signalizace vyžaduje vizuální kontakt s obsluhou stroje, což je v případě rádioprovozu na větší vzdálenosti obtížně splnitelné.

Inovativní řešení Heidenhain umožňuje využitím protokolu EnDat nejen sledovat stav sondy na monitoru CNC řízení, ale při instalaci sondy definovat provozní režim (rádio/infra), naladění provozních kanálů a na sloupcovém diagramu ověřit kapacitu napájecích baterií. Pokud je nutno při snímání polohy sondou pracovat s vyššími posuvy, poskytuje EnDat protokol možnost vytvoření kalibračního záznamu, který se pak linearizuje se skutečným posuvem použitým při měření.

Inovativní technické řešení konstrukce dotykových sond TS 460 s kolizní ochranou a nový způsob komunikace sondy s TNC 640 řízením určuje směr vývoje v dalších letech. Heidenhain tak zdůrazňuje synergii vývoje dotykových sond s aplikačním softwarem, který znásobuje užitnou hodnotu celku. Praktické ukázky měření nástroje a dílce dotykovými sondami na stroji předvede společnost Heidenhain na letošním MSV v Brně na stánku 71 v pavilonu P.

Využití protokolu EnDat umožňuje nejen sledovat stav sondy na monitoru CNC řízení, ale také definovat provozní režim či ověřit kapacitu napájecích baterií.Překlad textu v obrázku 7:

Heidenhain

Ing. Jan Štědrý

stedry@heidenhain.cz

www.heidenhain.cz

Reklama
Související články
Cesta k perfektní formě

Jednoduše řečeno, každá forma je ve své podstatě negativní otisk převzatý z pozitivního modelu. Protože základním cílem formy je co nejvěrněji reprodukovat originál, musí ideální forma zachytit každý detail, což znamená jediné: musí být přesná. A to je prvotní zadání pro její výrobu - dokonale přesný a hladký povrch, který jediný je zárukou kvality finálního výrobku. Ruku v ruce s tímto požadavkem přicházejí další: rychlost, minimální náklady a žádné komplikace při výrobě. Splnit všechny tyto podmínky najednou není rozhodně jednoduchý úkol.

Spolupracujeme rádi s lidmi, které jejich práce baví

Spolupráce průmyslové sféry s technickými univerzitami ve výuce i ve výzkumu představuje vždy synergickou výhodu pro obě strany. Pro výrobní podniky je nejen cestou k přímému oslovení studentů, ale také jednou z možností, jak se věnovat výzkumu i společnému vývoji produktů.

Široká nabídka funkcí pro výrobu perfektních forem

Základním požadavkem na výrobu nástrojů a forem je vždy přesnost. Minimální odchylky tvaru, které jsou v podstatě neměřitelné a pouhým okem neviditelné, jsou dnes dále rozšířeny o požadavky na vyšší produktivitu a co nejnižší výrobní náklady. Splnit obě podmínky najednou není úplně jednoduchý úkol.

Související články
Nové cykly pro výrobu ozubení a interpolační soustružení

TNC řídicí systémy společnosti Heidenhain pokrývají celou škálu aplikací a jsou všestranné: disponují jak dílenským, tak i off-line programováním, a proto jsou ideální nejen pro malou dílnu, ale i pro automatizovanou výrobu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Funkce řídicího systému chrání nástroj i obrobek a zpřesňují obrábění

Řídicí systémy Heidenhain disponují mnoha funkcemi, které mohou zabránit škodám či dosahovat vyšších parametrů obrábění. V následujícím článku představíme, jak působí funkce Dynamic Efficiency AFC jako ochrana proti přetížení a jak může funkce Dynamic Precision CTC při interpolačním soustružení zrychlit a zpřesnit výrobu.

Simulace blížící se skutečnosti

Spuštění nového programu obrábění je vždy napínavým okamžikem. Simulace blížící se skutečnosti přitom pomůže uklidnit podrážděné nervy a vyhnout se mrzutým překvapením. Od tohoto okamžiku lze takový náhled obrábění, který má vysokou vypovídací schopnost, realizovat přímo v řízení TNC 640.

CNC řízení obráběcího stroje v informačním systému řízení výroby

Hospodárná výroba vyžaduje účinně fungující procesní řetězec. Jedině v takovém případě může hladce probíhat komunikace i výměna znalostí mezi všemi účastníky procesu. Rozhodující je přitom řídicí systém, protože leží v klíčové pozici procesního řetězce. Pro tuto úlohu je systém TNC 640 dobře vybaven.

Výkonové frézování

V předešlém čísle časopisu MM Průmyslové spektrum se čtenáři seznámili se základy funkcí pro dynamickou účinnost. Nyní si na příkladech ukážeme efektivitu využití funkcí řídicího systému Heidenhain, kdy jsou prakticky doloženy přednosti trochoidálního frézování ve spojení s adaptivním řízením posuvu, tedy základní funkce technologického paketu Dynamic Efficiency.

Dynamická účinnost

S funkcí „Dynamická účinnost“ Heidenhain využívá potenciál obráběcího stroje a nástroje tak, aby operace těžkého obrábění byly co nejefektivnější. Současně brání mechanickému přetěžování a předčasnému opotřebení stroje – zvyšuje tedy jeho životnost. „Dynamická účinnost“ pomáhá při všech procesech obrábění s velkými řeznými silami a velkým úběrem materiálu, jako jsou hrubovací operace nebo zpracování těžko obrobitelných materiálů.

Řídicí systém budoucnosti

Premiérou nového řídicího systému TNC7 na výstavě EMO v Miláně otevírá společnost Heidenhain novou kapitolu dílensky orientované výroby. Řídicí systém TNC7 nastavuje nová měřítka pro toto odvětví. TNC7 podporuje koncové uživatele od prvního nápadu až k hotovému dílci, ať už jde o zakázkovou nebo sériovou výrobu, o komplexně obráběné dílce nebo ty nejjednodušší drážky. Nová platforma řídicího systému je orientována především na budoucí vývoj a výrobcům strojů umožní pohodlně přizpůsobit uživatelské rozhraní řídicího systému jejich specifickým požadavkům. S tím souvisí i otevřenost nového řídicího systému pro další dynamický vývoj funkcionality.

Dejme naší ekonomice nový pozitivní impuls

Německá firma Heidenhain patří mezi nejznámější výrobce řídicích systémů. Své zastoupení má v České republice od roku 1991 a v jeho čele stál téměř tři desítky let Ing. Jan Štědrý. V letošním roce jej na pozici jednatele společnosti Heidenhain vystřídal Ing. Vojtěch Marek.

Svátek výrobní techniky

Ve dnech 16. až 21. září 2019 proběhne v německém Hannoveru největší světová výstava strojírenské výrobní techniky EMO 2019. Kromě 1 800 vystavovatelů zahrnujících současnou světovou špičku oboru a desetitisíců exponátů ze všech oborů strojírenské výrobní techniky, příslušenství, nástrojů a automatizace se bude na pozadí veletrhu poprvé odehrávat soupeření o nastolení celosvětového standardu přenosu provozních dat z řídicích systémů obráběcích strojů.

Zásadní pokrok ve vyvrtávání válců motorů

Vyvrtávání válců je v automobilovém průmyslu všeobecně považováno za jednu z nejdůležitějších obráběcích úloh. Tradiční způsob výroby válců bloku motoru zahrnoval celou řadu hrubovacích, polodokončovacích a dokončovacích operací. Díky využití nejnovějších technologií obráběcích nástrojů však lze nyní hrubovací a polodokončovací nástroje zkombinovat do jediného řešení, kterým je vyvrtávací tyč určená pro obrábění na jediný průchod, což umožňuje úsporu drahocenného času cyklu bez jakýchkoli kompromisů z hlediska kvality. Dokonce i nepatrná úspora délky času cyklu může při výrobě válců znamenat významné snížení nákladů, protože objem výroby je velmi vysoký, takže dojde-li k zásadnímu pokroku z hlediska tohoto celkového objemu, lze s jistotou tvrdit, že u této kritické obráběcí operace bylo dosaženo skokové změny.

Ve znamení produktivity i dlouhé životnosti

Firmy z různých průmyslových oblastí, mezi jinými výrobci velkých valivých ložisek, výrobci automobilů a jejich dodavatelé patří mezi zákazníky německého výrobce transferových obráběcích center a speciálních obráběcích strojů Elha-Maschinenbau Liemke KG.

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