Virtuálně simulovat - reálně stavět

To jsou výzvy, které leží před vývojovými pracovišti vyspělých technických firem. Ruku v ruce by měli spolupracovat výrobci komponent, nástrojů, strojů, systémů řízení a další, kteří jsou součástí řetězce procesů, na jejichž konci je konkurenceschopný produkt. Zde bezesporu platí lidové úsloví o společném táhnutí za jeden provaz. Firmy ve svých dalších vývojích vycházejí ze zkušeností a reakcí zákazníků, jež postupně sbírají, aby se svými produkty uspěly na vyspělých trzích.

Synergie zkušeností

To bezesporu platí i o pětiosém multifunkčním obráběcím centru Multicut MCU 630V-5X z dílny společnosti Kovosvit MAS, a. s., které od roku 2006, kdy bylo poprvé uvedeno na trh, získalo desítky spokojených zákazníků a které se s ohledem na své zaměření nepyšní množstvím vyrobených kusů, ale v tomto případě především vysokou kvalitou produktu. V tomto vztahu se sází především na individuální přístup výrobce k zákazníkovi. A právě odvětví, jako jsou automobilový průmysl, energetika, letecký průmysl a v neposlední řadě medicínská technika, očekávají vedle vysoké spolehlivosti a preciznosti také co nejlepší poměr mezi cenou a výkonem. Právě tyto požadavky si dal za cíl Kovosvit MAS, a. s., a oslovil uživatele v daných segmentech nabídkou stroje MCU 630V-5X, jenž je vybaven řídicím systémem Sinumerik 840D sl a pohony Sinamics z produkce společnosti Siemens. Tuhost stroje je zajištěna bezkonkurenční robustní nosnou konstrukcí, která přináší stabilitu a dlouhodobě stálé kvality obrábění rovinných i obecných tvarových ploch.

A jak to vše tehdy bylo? O vzpomínky na první kroky vývoje tohoto výjimečného stroje jsme požádali vedoucího elektrokonstrukce společnosti Kovosvit MAS, a. s., Ing. Miroslava Kopala. „Při vývoji stroje jsme spolupracovali s řadou firem a současně s výzkumným centrem VCSVTT. Díky této spolupráci vzniklo několik variant stroje  MCU 630V-5X. Nejzajímavější je bezesporu ta, u které jsou otáčky osy C zvýšeny na 500 min^-1._. Stroj se tak stává multifunkčním a na jedno upnutí lze vedle frézování, vrtání či závitování provádět dokonale také soustružnické operace. Vedle enormní flexibility je toto dokonalým předpokladem zejména pro výrobu komplexních obrobků, u kterých  je kladen mimořádný důraz na přesnost a preciznost provedení," vysvětluje pan Kopal.

Smysl multifunkčních strojů

Co tím vlastně míníme, pokud v dnešním kontextu hovoříme o multifunkčním obráběcím stroji? O krátké zamyšlení jsme požádali Ing. Jana Smolíka, Ph.D., zástupce vedoucího výzkumného centra VCSVTT při ČVUT, Fakultě strojní. Na této škole zároveň vede i Ústav výrobních strojů a zařízení.

Zodpovědnost na řídicím systému

S multifunkčními stroji je spojena i otázka, jak tyto stroje řídit. Každá z obou základních technologií má své specifické vlastnosti, které musí řešit řídicí systém. Firmy, jež jsou výrobci strojů a současně si pro tyto stroje „vyrábějí" i řídicí systém (např. Mazak, Okuma či Mori Seiki), jsou v určité výhodě, protože si systém se všemi dokonalostmi i nedokonalostmi nakonfigurují na svůj stroj a předloží toto řešení zákazníkovi. Avšak podle slov Ing. Jiřího Urbana z brněnské kanceláře společnosti Siemens tato praxe není většinová, a tudíž požadavky výrobců strojů jsou přenášeny na výrobce systémů.  „Samozřejmě tyto požadavky nejsou mezi výrobci strojů nijak koordinovány, spíše naopak. Každý by totiž chtěl vidět na řídicím systému svůj rukopis. Díky bohu, že dlouhodobým vývojem přece jenom došlo k určité standardizaci ve vlastnostech pro určité technologie, takže lze poměrně snadno definovat systém pro jednu technologii tak, jak jsme toho u některých výrobců svědky," konstatuje ing. Urban. 

Společnost Siemens se systémy Sinumerik si ve své padesátileté historii prošla obdobím, kdy byly vyráběny specializované systémy pro frézování, soustružení, broušení a další. Posléze došlo k integraci všech těchto požadavků do jednoho softwarového řešení a Sinumerik 840D pokrývá v základu všechny technologie. Teprve dle konkrétního stroje a výrobce se systém v detailech dolaďuje - buď si výrobce toto doladění provede sám, nebo ve spolupráci s odborníky ze společnosti Siemens.  Jak ale tvrdí ing. Urban, výsledkem těchto činností nakonec byl vždy jednotechnologický řídicí systém.

Dvě technologie najednou? Proč ne.

Sinumerik 840D sl se softwarem Sinumerik Operate  přináší poměrně revoluční změnu. Řídicí systém je ve svém softwaru koncipován tak, že umožňuje výrobci definovat systém pro práci ve dvou technologiích současně. Při uvádění do provozu se Sinumeriku sdělí, jaká technologie bude hlavní a jaká vedlejší. To ve svém důsledku dává prostor pro optimální použití Sinumerik Operate jak na strojích vycházejících ze soustruhů nebo karuselů (jako příklad můžeme uvést právě Multicut 500 firmy Kovosvit MAS, a. s., nebo Turnmill firmy Tajmac-ZPS, a. s.), tak na strojích, u nichž je kořen ve frézovacích centrech (např. MCU 630V-5X). 

Řídicí systém je potom vybaven:  

• - standardními cykly pro soustružení i frézování včetně grafické podpory;
• - nástrojovým hospodářstvím, které zohledňuje různé typy nástrojů (frézy, vrtáky, soustružnické nože a jiné) a při zadávání korekcí si není nutné vypomáhat různými „berličkami" (např. zadání soustružnického nástroje jako frézy spoloměrovou korekcí);
• - Ovládací obrazovky jsou rovněž koncipovány pro práci vobou technologiích (simulace, grafická podpora);
• - Advanced Surface pro frézování;
• - transformace pro soustružení i frézování.

Pokud se koncový uživatel rozhodne pro pořízení pětiosého obráběcího centra, rozhodně by neměl připustit žádný kompromis. Podle Ing. Kopala je Sinumerik Operate tím, kdo dokáže přesvědčit o správnosti volby. K výbavě stroje pak ing. Kopal dodává: „Technické možnosti řídicího systému a přívětivé uživatelské prostředí jsou stále důležitější. Sinumerik nabízí nyní svým uživatelům díky variantě Operate nové prostředí pro obsluhu a zároveň také novou programovou strukturu, která svou logikou velice připomíná funkce typické pro PC. Protože si naši kolegové prostředí nových ovládacích obrazovek již vyzkoušeli, můžeme od nich slyšet, že si občas připadají, jako když sedí doma u vlastního počítače. Ovládání je opravdu velmi intuitivní."

Kombinace ISO a grafického programování

Pro Sinumerik Operate jsou charakteristická různá programovací prostředí. ShopMill/ShopTurn s grafickou podporou je již známé programování pomocí pracovních kroků a program Guide s podporou cyklůz namená čisté DIN/ISO programování. Pokud se uživatel rozhodne pro práci se ShopMillem, otevře se mu pracovní plocha s celou řadou grafických animovaných prvků. To napomáhá obsluze, aby bez předchozích odborných znalostí během velmi krátkého času uživatelské obrazovky s přehledem zvládla. Na rozdíl od grafického programování již takovou volnost neposkytuje program Guide, kde jsou vyžadovány základní znalosti G kódu. Ale i v této variantě uživatelům pomáhá velmi zdařilá grafická podpora - můžeme s jistou nadsázkou říci, že program Guide je účinnou kombinací základních ISO znalostí i dovedností a grafického programování.

Sinumerik Manufacturing Excellence

Pod tímto názvem se skrývá portfolio služeb, které společnost Siemens nabízí jak výrobcům obráběcích strojů, tak i jejich uživatelům. Siemens doprovází stroj prakticky po celou dobu jeho života - od vzniku prvních idejí a koncepcí přes období nasazení do provozu až po eventuální retrofit. A to vše nezávisle na použité technologii, stupni automatizace a plánovací, resp. výrobní strategii.

Významnou částí  Sinumerik Manufacturing Excellence je blok Machine Development. Zde se podle slov ing. Urbana nabízí účast společnosti Siemens na simulaci, konstrukci a uvedení do provozu nového stroje. „V nejjednodušším případě je Siemens připraven být nápomocen radou při výběru a dimenzování pohonů, naše služba může ale pokrýt také vývoj řídicího systému nebo jeho části, koncept obsluhy a bezpečnosti, návrh rozváděče i kompletní PLC/CNC/HMI programování."   Zvláště významnou pozici při vývoji stroje zaujímá Siemens Mechatronic Support. Jedná se o inteligentní alternativu k metodě „pokus - omyl", se kterou se i teď v praxi při vývoji nových strojů často setkáváme. Nové kreativní strojní koncepce jsou zde na počítačovém modelu srovnávány a testovány za nesrovnatelně nižších finančních a časových nároků. Výsledkem je potom stavba reálného prototypu s vlastnostmi otestovanými na virtuálním modelu.

Sinumerik MDynamics

Základní význam pro frézování ve třech a pěti osách má nový technologický paket Sinumerik MDynamics, jehož možnosti využívá v plné míře i nové obráběcí centrum MCU630VT-5AX. Díky němu je možné na stroji dosáhnout kratších obráběcích časů, přesnosti a vysoké kvality povrchu, což splňuje vysoké požadavky zákazníků segmentu, pro které jsou pětiosé stroje určeny. „Vlastnosti technologického paketu pro frézování jsou mimo jiné umocněny také funkcí Advanced Surface, která nabízí nové řízení pohybu. Velkou výhodou je optimalizovaná look-ahead funkce a nový kompresor. Díky těmto novinkám lze opakovaně docílit ideální kvality povrchu obrobků, požadované rychlosti obrábění spolu s vysokou přesností. Další příjemnou uživatelskou novinkou je integrovaná funkce omezení ryvu (JERK). Tato funkce velmi významně šetří mechaniku stroje, protože i při extrémní dynamice umožňuje jemné zastavení i rozjezd," přibližuje vlastnosti nového technologického paketu Ing. Eva Klocová a dodává: „Můžeme bez nadsázky říci, že tato funkce zajišťuje to, že se stroj cítí jako v bavlnce."

Význam spolupráce výzkumné a výrobní základny

Vývoj nových a zdokonalených obráběcích strojů je dnes nemyslitelný bez uplatnění pokročilých metod simulací, výpočtů, konstruování a virtuálního testování. Společnost Kovostit MAS, a. s. v oblasti špičkových technologií podpory vývoje dlouhodobě spolupracuje s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT) při Fakultě strojní ČVUT. Dr. Smolík z tohoto výzkumného centra představuje běžnou praxi vývoje nových CNC strojů: „Dnes jsou využívány především metody virtuálního prototypování, kdy je paralelně s konstrukcí stroje vytvářen jeho matematický model zahrnující dynamické chování nosné struktury, dynamický model servopohonů včetně jejich zpětnovazebného řízení a dále jádro reálného řídicího systému značky Siemens či Heidenhain. Tyto modely tak umožňují například společnosti Kovosvit MAS, a. s., již ve fázi návrhu a vývoje stroje predikovat dosažitelné parametry přesnosti, jakosti a výkonu při obrábění na budoucím reálném stroji."  Reálný důkaz jeho tvrzení pak můžeme nalézt právě ve vývoji prezentovaného pětiosého multifunkčního centra Multicut MCU 630VT 5AX, kde byly tyto postupy s úspěchem uplatněny.

Eva Klocová

eva.klocova@siemens.com

Roman Dvořák

roman.dvorak@mmspektrum.com

Siemens 

Kovosvit MAS 

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.