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

Vedoucí Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii Fakulty strojní ČVUT v Praze. Specializuje se na výpočty, simulace CNC obrábění, krytování strojů a dále je 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
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
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

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