Témata
Reklama

Virtuální kontrola obrábění

Kvalita obrobeného povrchu a čas obrábění při dosažení požadované přesnosti jsou nejběžněji sledovanými kritérii obrábění. Prostředkem pro optimalizaci a rychlou kontrolu výsledků obrábění se stávají simulace virtuálního obrábění s vizualizací obrobeného povrchu.

Matěj Sulitka

Zástupce vedoucího pro rozvoj spolupráce Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) na ČVUT v Praze, fakultě strojní. Vedoucí skupiny Modelování a simulace a odborný garant výzkumného tématu Digitální dvojčata strojů a procesů. Od svého nástupu do RCMT v roce 2005 se zaměřuje zejména na výpočetní modelování a optimalizaci stavby obráběcích strojů, dynamické chování strojů, simulace CNC obrábění a interakci stroj – proces. Je úspěšným řešitelem mnoha projektů spolupráce s průmyslem. Je také vyhledávaným designérem tuzemských výrobců obráběcích strojů

Vývoj nových strojů je nejčastěji motivován požadavky na dosažení vyšších užitných, funkčních a výkonových parametrů strojů. Na úrovni nosných struktur se ke splnění uvedených očekávání přistupuje běžně prostřednictvím nepřímých kritérií statických tuhostí a modálních vlastností. Jak bude ovšem stroj schopen ve vztahu ke konkrétním technologickým aplikacím vyhovět požadavkům na kvalitu obrobeného povrchu, přesnost a čas obrobení, není možné pouze na základě strukturálních vlastností rámu stroje dostatečně spolehlivě odhadovat.

Moderní CNC stroj představuje typický mechatronický systém s vazbami mezi CNC řízením, řízením pohonů, mechanickou stavbou pohonů, nosné struktury a vlastním řezným procesem. O výsledku obrábění tak spolurozhoduje interakce mezi všemi uváděnými prvky, přičemž v oblasti řízení stroje se v současnosti míra optimálnosti naladění parametrů řízení do značné míry odvíjí od zkušenosti operátora stroje a technologa připravujícího data dráhového řízení.

Motivací je proto vývoj komplexního softwarového systému virtuálního modelu stroje, který poskytne již ve fázi vývoje stroje nebo při výběru stroje pro požadované technologické aplikace možnost relevantně simulovat a predikovat výsledky obrábění ve vazbě na kvalitu, přesnost a čas obrábění při zohlednění všech významných projevů prvků řetězce řízení a stavby stroje, zmíněných výše. Navazujeme v tomto směru na práci, která byla započata již v rámci řešení výzkumného projektu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii při FS ČVUT v Praze a jejímž výsledkem jsou verifikované postupy propojeného komplexního modelování pohonů a nosných struktur.

Reklama
Reklama
Reklama
Virtuální model zahrnuje popis vazeb mezi CNC řízením, řízením pohonů, mechanické stavby stroje a řezným procesem.

Příprava dráhového řízení

V běžné praxi jsou NC data dráhového řízení na základě CAD modelu obrobku připravována pomocí CAM systémů. Technolog volí strategii obrábění podle charakteru a složitosti obrobku, návrh řezných podmínek vychází z použitého typu nástroje a doporučení na řezné rychlosti. Vstupem do NC kódu se tak stávají technologicky předepsané hodnoty otáček vřetena a posuvových rychlostí, jejichž úroveň vychází ze zkušenosti, případně odhadu. V CAM systému může následně technolog provést verifikaci navrženého NC kódu s predikcí času obrábění a kontrolou kolizí; tyto simulace ovšem nevycházejí z reálné dynamiky chování systému stroje, nástroje, obrobku, řízení a řezného procesu a mohou vést ke značným odchylkám. V návaznosti na zmíněné skutečnosti představuje rovněž vizualizace obrábění poskytovaná CAM systémy pouze hrubý náhled, který nenabízí predikci skutečné kvality a přesnosti obrobeného povrchu.

Virtuální simulace obrábění

Prostředkem pro simulace virtuálního obrábění je virtuální model stroje, jehož principy, rozvíjené ve výzkumném centru VCSVTT, byly na stránkách MM Průmyslového spektra přiblíženy již v čísle 7,8/2011 (viz www.mmspektrum.com/110732). Základem virtuálního modelu je propojený model pohonů a nosné struktury stroje, který se váže na model řízení pohonů a interakci s virtuálním jádrem CNC řídicího systému, případně na již interpolovaná NC data. V současnosti má VCSVTT k dispozici virtuální jádro iTNC systému Heidenhain, výhledově je plánována rovněž možnost využití virtuálního jádra VNCK systému Siemens.
Ve VCSVTT jsou vyvinuty metodiky pro rychlé simulace dynamického chování stavby stroje s využitím pokročilých postupů redukcí velkých modelů MKP nosných struktur strojů, které poskytují vysokou úroveň přesnosti vůči výchozímu modelu. Simulovat je možné např. kmitání v místě nástroje jako odezvu na buzení pohony i na vnější buzení jak v časové, tak frekvenční oblasti v řádu zlomků vteřiny. Vyvíjené modely umožní také pomocí postupů propojeného modelování rychlou simulaci změny dynamických vlastností v závislosti na změně kinematické konfigurace stroje nebo vlivem náhrady či úpravy některé z komponent nebo dílců a uzlů stroje.

Vizualizace obrábění

Jako součást SW systému je vyvíjen nástroj pro vizualizace úběru materiálu a kvality obrobeného povrchu. Zvolená technika vizualizace na základě diskretizace objemu polotovaru pomocí sítě voxelů a s využitím zpřesňující násady umožňuje rychlou on-line simulaci úběru materiálu při současné vizualizaci kvality obrobeného povrchu se záznamem detailních otisků nástroje.

Pomocí vyvinutého SW nástroje je možno vizualizovat realitě blízkou kvalitu virtuálně obrobeného povrchu se zobrazením stop otisků nástroje.

Zobrazení odchylek obrobeného povrchu pomáhá identifikovat přesnost obrábění. Ukázka představuje vyhodnocení celkových odchylek od žádaného CAD povrchu. Alternativně lze vyhodnotit i chyby způsobené pouze dynamikou systému řízení stroje a jeho mechanické stavby.

Vyvinut je nástroj pro výpočet skutečné posuvové rychlosti v místě nástroje pro aplikace v technologiích pětiosého obrábění. Jedná se o prostředek s jedinečnou funkčností, která dosud chybí a která umožní technologovi účinně optimalizovat zatížení nástroje a řezné podmínky na nástroji. Vyvinut je rovněž nástroj pro výpočet aktuálně odebíraného objemu materiálu. Algoritmus výpočtu umožní nastavení libovolně krátkého intervalu až na úroveň kroku odpovídajícího posuvu na otáčku nástroje, díky čemuž bude možno optimalizovat dráhu nástroje zvláště pro hrubovací operace podle detailní znalosti zatížení nástroje ve vazbě na jeho životnost.

S využitím systému SolidEdge je vyvinut nástroj, který přímo ze sestavy modelu stroje provede rozklad modelu na jednotlivé pohybové skupiny s příslušnými kinematickými vazbami. Takto vytvořený kinematicky funkční model se napojí přímo na vizualizaci obráběcího procesu, jehož vstupem jsou pohyby skupin stroje řízené podle reálně odbaveného NC kódu s možností zahrnutí celkové dynamiky chování pohonů a mechaniky stroje.

Výstupem simulace je nejen zobrazení úběru materiálu, ale také detailní vizualizace kvality a obrobeného povrchu. Technika simulace úběru materiálu je plně využitelná i pro pětiosé obrábění.

Komplexní kontrola a optimalizace obrábění

Vyvíjený SW systém virtuálního modelu stroje a obrábění významně zvýší úroveň znalosti o dosažitelných výsledcích obrábění bez nutnosti provádět časově náročné testovací obrábění na skutečných dílcích. Prostřednictvím modelového popisu všech významných vazeb v systému stroje je možné systematicky a efektivně identifikovat zdroje neuspokojivého výsledku obrábění v kvalitě NC kódu, nastavení interpolátoru CNC řídicího systému, nastavení pohonů, mechanické stavbě pohonů a nosné struktury stroje, nebo interakci řezného procesu se strojem.

Systém pro vizualizaci obrábění bude jedním z exponátů na letošním MSV v Brně na společném stánku Kovosvitu MAS a VCSVTT. Čtenáři jsou zváni k prohlídce stánku, kde jim bude vizualizace virtuálního obrábění blíže představena.

Ing. Matěj Sulitka, Ph.D.

Ing. Jan Veselý, Ph.D.

Ing. Tomáš Hornych, Ph.D.

M.Sulitka@rcmt.cvut.cz

Vývoj SW systému pro simulace virtuálního obrábění je řešen v projektu TE01020075 Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika s podporou TA ČR.

Ústav výrobních strojů a zařízení, VCSVTT, FS ČVUT v Praze

www.rcmt.cvut.cz

Umístění na MSV 2013: pavilon P, stánek 123

Reklama
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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

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.

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