Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
1130451
NÁZOV FAKULTYNÁZOV VYSOKEJ ŠKOLY
2011 Marián Buránsky
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
TECHNICKÁ FAKULTA
OPTIMALIZÁCIA CNC VÝROBY
Bakalárska práca
Študijný program: Manažérstvo kvality produkcie
Študijný odbor: 2386700 Kvalita produkcie
Školiace pracovisko: Katedra kvality a strojárskych technológií
Školiteľ: Ing. Róbert Drlička
Nitra 2011 Marián Buránsky
Čestné vyhlásenie
Podpísaný Marian Buránsky vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému
„Optimalizácia CNC výroby “ vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry.
Som si vedomý zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené údaje nie sú pravdivé.
V Nitre 15. marca 2010
Marián Buránsky
Poďakovanie
Dovoľujem si touto cestou poďakovať školiteľovi Ing. Róbertovi Drličkovi za
cenné rady, pripomienky a pomoc pri riešení mojej Bakalárskej prace.
Abstrakt (v štátnom jazyku)
Z hľadiska požiadaviek na zvyšovanie efektivity strojárskej výroby, predložená
práca prináša prehľad súčasných poznatkov o problematike programovania CNC
strojov. Bakalárska práca je zameraná na optimalizáciu CNC výroby a na jednotlivé
druhy programovania CNC strojov ako aj rýchlosť programovania medzi jednotlivými
systémami a tým využiteľnosť stroja zníženia času prestojov medzi vytváraním
programu v jednotlivých riadiacich systémoch. Poukazuje na 3 druhy programovania
priamym písaním NC kódu (ISO programovanie), dielenským programovaním
a vytvorenie programu CAD/CAM systéme a ich výhody resp. nevýhody. Zo
skúseností získaných s praxe s oblasti strojárskej výroby som som sa zameral na
niekoľko výhod, ktoré nám ponúkajú CAM systémy či sa už jedna o optimalizáciu
dráhy nástroja, prenos technológie zo stroja na stroj, jeden riadiaci systém pre všetky
stroje alebo úpravu technológie všetky spomenuté výhody nám dokáže zabezpečiť
CAM systém. Hlavným cieľom tejto bakalárskej práce je poukázať na prednosti
a výhody CAM systémov.
Kľúčové slová : optimalizácia výroby, dielenské programovanie, obrábanie, CAM
systém.
Abstrakt (v cudzom jazyku)
In term of requests for increasing efficiency of machine production the work
brings briefing of present knowledge of programming CNC machines. The bachelors
work is aimed for optimalization CNC production and for in detail kinds of
programming CNC machines and also speed of programming among particular systems
and machines using and decreasing the time among creating a programme in individual
control systems. It mentions three kinds of programming of direct writing NC code
(ISO programming), workshop programming and creating a programme CAD/CAM
system and their advantages and disadvantages. From experiences achieved from
practice in machine production I aimed for some advantages which CAM system offer
whether it is optimalization of track of machine, transmission technologies from
machine to machine, one control system for all machines or adaptation the technology,
and all mentioned advantages secure CAM system. The main aim of this work is
showing for preferences and advantages of CAM systems.
Key words: optimalization of production, workshop programming, cultivate, CAM
systems
Obsah
Obsah................................................................................................................................6
Zoznam skratiek a značiek.............................................................................................8
Úvod..................................................................................................................................9
1. Cieľ práce.................................................................................................................10
2. Metodika práce........................................................................................................11
3. Štúdia o súčasnom stave riešenej problematiky....................................................12
3.1 Číslicovo riadené stroje........................................................................................12
3.2 Definícia NC a CNC strojov................................................................................12
3.3 Vývoj NC a CNC strojov.....................................................................................13
3.3.1 DNC riadenie................................................................................................14
3.4 Trendy v CNC riadení obrábacích strojov...........................................................14
3.5 Spôsoby a úrovne vytvorenia NC programu........................................................15
3.5.1 Vytvorenie programu priamym písaním NC kódu.......................................16
3.5.2 Vytvorenie programu dielenským programovaním......................................16
3.5.3 Vytvorenie programu použitím CAD/CAM systémov.................................17
3.6 CAD/CAM systémy.............................................................................................17
3.7 CAM systémy počítačovej podpory a výroby......................................................18
3.7.1 Proces vytvorenia CNC programu v CAM systéme.....................................18
3.8 Postprocesor.........................................................................................................19
3.9 Pomocné nástroje CAM systémov.......................................................................20
3.9.1 Manažér stratégií..........................................................................................20
3.9.2 Databáza nástrojov.......................................................................................20
3.9.3 Konštruktér postprocesorov..........................................................................21
3.9.4 Manažér zákaziek.........................................................................................21
3.10 Členenie a typy CAM systémov..........................................................................21
3.11 Predpokladaný vývoj v oblasti CAM...................................................................22
3.12 Dielenské programovanie.....................................................................................24
3.13 Charakteristické črty dielenského programovania...............................................24
3.14 Vytvorenie programu dielenským systémom.......................................................26
3.15 Rozbor výhod CAM systémov.............................................................................28
3.16 Optimalizácia dráhy nástroja................................................................................29
3.16.1 Prípadová štúdia...........................................................................................32
3.17 Univerzálny spôsob programovania rozličných NC a CNC strojov....................33
3.18 Prenos technológie zo stroja na stroj....................................................................34
3.19 Úprava technológie..............................................................................................34
4. Diskusia.....................................................................................................................35
5. Záver.........................................................................................................................37
Zoznam použitej literatúry...........................................................................................38
Zoznam skratiek a značiek
CAD Computer Aided Desing
CAM Computer Aided Manufacturing
CNC Computer Numerical Control
CA Computer Aided
D Priemer nástroja
DNC Distributed Numerical control
HFM High Feed Machining
HSC High Speed Cutting
HSM High Speed Machining
NC Numerical Control
PC Personal Computer
USN Uhol styku nástroja
f Posuv
m .min−1 Meter za minutu
n Otáčky
8
Úvod
Na strojársku výrobu sa v súčasnosti kladú neustále rastúce kvantitatívne a
kvalitatívne požiadavky. Snahou každej firmy je zefektívniť prácu, zvýšiť svoju
výkonnosť, znížiť náklady a byť konkurencieschopný a to všetko v maximálnej možnej
miere. Konkurencia je stále väčšia, preto sú firmy nútené využívať najefektívnejšie
procesy, metódy, postupy, a zavádzať nové inovácie. Na základe poznatkov z minulosti
môžeme povedať, že nižšia technická úroveň strojárskych firiem bola daná aj nízkou
mierou využívania výpočtovej techniky a nízkym stupňom automatizácie
v predvýrobných a výrobných etapách. Automatizovali sa len jednotlivé časti výroby
bez ich kompletného riešenia a integrácie. Technológia automatizovanej výroby je
súhrn otázok, ktorým musí predchádzať zvládnutie poznatkov strojárskych technológií,
automatizácie a strojárskej výroby. Automatizácia zasahuje do všetkých fáz výrobného
procesu.
Rýchly rozvoj strojárskej výroby v posledných rokoch vyvoláva potrebu rýchleho
zavádzania moderných strojárskych technológií. Využívanie výpočtovej techniky v
strojárskej výrobe predstavuje kvalitatívny zvrat a má za následok nový pohľad na
mnohé činnosti a úlohy. Počítačom podporované systémy pomáhajú skrátiť priebežnú
dobu vývoja a výroby, zvýšiť časové a výkonové využitie výrobných zariadení a zvýšiť
kvalitu súčiastok.
Dosiahnutie maximálneho efektu výroby udáva aktivitu a súlad medzi jednotlivými
prvkami optimalizácie výrobného procesu, ako automatizácia konštrukčného procesu a
procesu technologickej prípravy výroby, taktiež prípravy programov pre CNC výrobné
stroje a zariadenia.
CAD/CAM systémy, podporujúce tieto procesy, sú najvýraznejšie sa rozvíjajúcimi
CA systémami a vytvárajú tak základňu pre počítačmi integrovanú výrobu CIM. Touto
prácou by som chcel preto poukázať, akým veľkým prínosom je zavádzanie CAD/CAM
systémov v strojárskej výrobe z pohľadu efektivity a kvality vyrábaných súčiastok.
9
1. Cieľ práce
V posledných rokoch rozvoj strojárskej výroby vyvoláva potrebu rýchleho
zavádzania nových modernejších strojárskych technológií. V strojárskych podnikoch je
vo väčšej miere zastúpené dielenské programovanie, ktoré však pri zložitejších
súčiastkach kladie stále väčšie nároky na riadiaci systém aj programátorov. Z toho
dôvodu je cieľom tejto práce poukázať na možnosti a výhody programovania
prostredníctvom CAM systému.
10
2. Metodika práce
Predmetom tejto Bakalárskej práce je zameranie sa na využiteľnosť strojového
parku a vhodnosť programovania jednotlivých CNC strojov, pri rôznych druhoch
súčiastok. Zdrojom informácií pri písaní bakalárskej práce boli použité rôzne zdroje
s odbornej literatúry a odborných časopisov.
V rámci metodického postupu je potrebne sa zamerať na:
charakteristiku, vývoj a súčasný stav číslicovo riadených strojov
porovnanie a spôsob vytvorenia NC programu
počítačom podporované systémy
dielenské programovanie
analýzu a výhody CAM systémov
11
3. Štúdia o súčasnom stave riešenej problematiky
3.1 Číslicovo riadené stroje
Číslicové riadenie je programové riadenie, pri ktorom sú všetky informácie
o pracovnom cykle zapísané v alfanumerických znakov. Vlastný program je ohraničená
postupnosť oddelených skupín znakov, ktorým hovoríme bloky (vety). Každá veta
obsahuje: - geometrické informácie (dráhy nosičov nástrojov)
- technologické informácie (ovládacie funkcie, t.j. činnosti jednotlivých
mechanizmov stroja: otáčky, posuvy, natáčanie nástrojovej hlavy, spúšťanie vretena)
(Priemyselná informatika).
3.2 Definícia NC a CNC strojov
NC (Numerical Control - Číslicové riadenie) a CNC (Computer Numerical
Control- Počítačové číslicové riadenie) patria medzi najmodernejšie stroje. Niektoré
vývojové zmeny pri prechode od NC (Numerical Control) systémov k CNC systémom
možno priblížiť ich základnými charakteristikami. NC systémy pozostávajú z pevne
prepojených hardwarových blokov. Každý je vytvorený a určený k vykonávaniu určitej
funkcie. Vnútorné hardwarové parametre a vstupy aj výstupy týchto blokov
zodpovedajú konkrétnej aplikácii na danom stroji a vzájomné prepojenie blokov sa
v priebehu práce prakticky nemení. Softwarová výstavba je minimálna a je použitá len
izolovane v niektorých blokoch, ako sú napr. aritmetická jednotka a interpolátory. V NC
systémoch máme teda funkčne dedikované hardwarové bloky, dedikované prepojenie
blokov a minimálny, po blokoch funkčne izolovaný software. Bloky pracujú súčasne a
na sebe nezávisle. Pomocné funkcie stroja sú ovládané paralelne pracujúcimi
kombinačnými a sekvenčnými logickými obvodmi. CNC systémy pracujú na princípe
počítača. Jednotlivé procesory, mikro a minipočítače sú univerzálne hardwarové
jednotky, špeciálne naprogramované pre postupné vykonávanie celého radu značne
rozmanitých funkcií. Typický CNC systém je teda účelovo zostavená počítačová sieť
procesorov, pamätí a vstupných i výstupných prvkov prepojená rýchlou vnútornou
komunikáciou tak, aby mohol byť realizovaný aspoň jeden systém (obvykle niekoľko
systémov na rôznych frekvenciách) riadenia dejov v reálnom čase. Snaha výrobcov
CNC systémov podporiť možnosť zostavovania a edície pár programov na stroji pre
stále zložitejšie výrobky vedie k enormnému nárastu zložitosti špeciálnej firemnej časti
12
CNC (v časti hardwarovej i softwarovej). Aj keď niektoré firemné metódy tvorby
a edície pár programov sú relatívne vydarené a na pracoviskách obľúbené (heindenhein,
siemenes, fanuc) sú v prevádzkach s väčšou rozmanitosťou typov CNC systémov
problémové svojou špeciálnosťou a nejednotnosťou pri zaškoľovaní obsluhy strojov aj
ich spojením cez postprocesory s nadradenými CAD/CAM systémami. Nevyužívajú
dostatočne dnes už všeobecné znalosti zaužívaných operačných systémov s grafickým
rozhraním typu Windows a nikdy sa nemôžu kvalitou a univerzálnosťou ani tempom
ďalšieho rozvoja vyrovnať novodobým CAD/CAM systémom s priestorovým
modelovaním telies (Kuric, 2011).
3.3 Vývoj NC a CNC strojov
Jedným z hlavných zdrojov zvyšovania produktivity práce v kusovej a stredne
sériovej výrobe je automatizácia. Programové riadenie NC obrábacieho stroja umožňuje
samočinný priebeh pracovného cyklu výrobného zariadenia alebo celého procesu podľa
určitého programu. NC riadenie je považované za najvyšší stupeň programového
riadenia. Je definované ako spôsob samočinného riadenia strojov alebo celých procesov
pomocou vopred pripravenej postupnosti informácii uložených v pamäti stroja. NC
výrobné stroje a vo všeobecnosti NC technika, vyžaduje vyšší stupeň pracovných
prostriedkov a vyžaduje iné podmienky na svoju prácu ako konvenčné stroje.
Vývoji NC a CNC techniky rozlišuje nasledovné etapy, pri ktorých prišlo k
zásadným pokrokom:
1952 prvé zavádzanie číslicovo riadených strojov (NC),
1960 začiatok riadenia číslicovým počítačom (CNC),
1970 vznik štruktúry CNC a DNC strojov,
1980 začiatok realizácie pružných výrobných buniek, zavádzanie
skupinovej technológie a pružných výrobných systémov (PVS),
1990 koncept a využívanie CAM (a tiež CAD a CAD/CAM systémov).
V zavádzaní číslicovo riadených strojov to bol prvý signál pre nástup elektroniky
a neskôr výpočtovej techniky na podporu výroby. Ale už vznik koncepcie počítačom
číslicovo riadených výrobných strojov (CNC Computer Numerical Control) umožnil
rozsiahlejší rozvoj vo vývoji systémov počítačovej podpory výroby (Kuric, 2011).
13
3.3.1 DNC riadenie
Predstavuje prevádzkový režim v podniku pri ktorom sú do počítačovej siete
priamo napojené a riadené jednotlivé výrobné zariadenia. DNC server predstavuje
hlavný počítač, na ktorý sú napojené NC/CNC stroje a umožňuje ich priebežné
prepojenie. Pomocou DNC servera sú na príslušné CNC stroje zasielané programy
a z CNC stroja sú zasielané programy späť na DNC server. Je zaistená spätná väzba
medzi CNC strojom a DNC serverom (IS pre plánovanie a riadenie výroby).
3.4 Trendy v CNC riadení obrábacích strojov
Vo vývoji obrábacích, tvárniacich a iných výrobných strojov sa približuje nástup
novej generácie strojov, ktoré budú ovládané riadiacimi systémami s otvorenou
architektúrou a systémami na báze PC. V oblasti trieskového obrábania definovaným
tvarom nástroja (sústruženie, frézovanie, vŕtanie, vyvrtávanie a pod.) je tento trend
zvlášť výrazný a to z nasledujúcich dôvodov:
vývoj rezných materiálov odkryl rezervy v možnostiach radového zvýšenia reznej
rýchlosti a inicioval rozvoj nových technológií vysokorýchlostného, suchého
a tvrdého obrábania;
nové nástroje a nové technológie, ktorých aplikačné oblasti sa prudko rozširujú,
kladú požiadavky, ktorým už klasicky riešené obrábacie stroje nemôžu ani z ďaleka
vyhovieť;
snaha o riešenie hromadiacich sa problémov obrábacích strojov zvyšovaním
parametrov a rozlišovaným funkcií súčasných strojov a riadiacich systémov vedie
k nespoľahlivým a drahým strojom, ktoré vyžadujú špeciálne školenie strojných
operátorov i údržbárov;
v oblasti riadiacej techniky rastie rozmanitosť a rôznorodosť. Výrobcovia
a užívatelia obrábacích strojov sa dostávajú do stále ťažšej závislosti od veľkých
dodávateľov CNC systémov, ktorí z komerčných dôvodov neustále rozširujú objem
svojej „firemnej“ časti špeciálnej hardwarovej i softwarovej techniky a neusilujú sa
o rýchle sprehľadnenie, unifikáciu a celosvetovú normalizáciu interface-ov;
klasické CNC systémy sa stále komplikujú snahou ich výrobcov o začlenenie
„firemných“ programovacích jazykov pre programovanie stredne zložitých
súčiastok na stroji, prípadne o začlenenie špeciálnych CAD/CAM jazykov pre
zložité súčiastky;
14
rôznorodosť CNC strojov vo výrobe vytvára problémy pri ich integrovaní v rámci
CAD/CAM systémov. Upraviť CNC postprocesor pri prechode užívateľa na novú
verziu alebo typ CAD/CAM je obtiažne riešiteľné. Ich úprava je časovo veľmi
náročná.
V tejto situácií sú CNC riadiace systémy s otvorenou architektúrou a systémy na báze
PC znamením novej generácie riadiacej i výrobnej techniky. Je možné sa oprieť
o vysoký stupeň unifikácie počítačov PC a ich periférií ako i operačných systémov
(Havrila, 2011).
3.5 Spôsoby a úrovne vytvorenia NC programu
NC program má v automatizácii strojárskej výroby veľký význam. Predstavuje
pružný prostriedok umožňujúci reagovať na zmeny vo výrobe. Jeho tvorbe je venovaná
veľká pozornosť. Najmä pri zložitých tvarových súčiastkach si v súčasnosti jeho tvorbu
bez počítačovej podpory nie je možné predstaviť. Dnes existuje viac úrovní
programovania CNC obrábacích strojov. V strojárskej praxi sa používa niekoľko
programovacích riadiacich systémov, napríklad FANUC, HEIDENHAIN, SIEMENS,
SINUMERIK, FAGOR a ďalšie. CNC riadiace systémy ako súčasť obrábacích strojov
(sústruhy, frézovačky, obrábacie centrá) pozostávajú z vlastných, tzv. programovacích
jazykov obsahujúcich príslušné NC kódy. Kódy tvoria výsledný CNC program, na
základe ktorého vzniká výsledný produkt – strojárska súčiastka. Štruktúra, význam a
syntax jednotlivých NC kódov sú pre určité typy CNC riadiacich systémov podobné
alebo odlišné. Existujú tri úrovne programovania CNC obrábacích strojov (Majerík,
2008).
Vytvorenie programu priamym písaním NC kódu
Vytvorenie programu dielenským programovaním
Použitím CAD/CAM software
15
3.5.1 Vytvorenie programu priamym písaním NC kódu
Prvou úrovňou je tzv. DIN ISO programovanie. V tomto prípade ide o tzv. ručné
spracovanie NC programu. V zásade tento spôsob vyžaduje poznať formát zápisu NC
programu t.j. štruktúru a stavbu viet (syntax) pre konkrétny riadiaci systém, význam
príkazov a funkcií a počítať súradnice každého významného bodu pohybu nástroja.
Základné informácie potrebné na vypracovanie NC programu sú:
typ použitého NC stroja (vrátane typu riadiaceho systému)
druh, tvar a rozmery polovýrobku alebo opracovávanej súčiastky
vyžadovaný tvar, rozmery a drsnosti obrobených plôch súčiastky
nástrojové vybavenie(počet a typy nástrojov)
technologické podmienky(posuvy a rezné rýchlosti)
Obr. 1 Opis tvaru súčiastky priamym písaním ISO kódu
3.5.2 Vytvorenie programu dielenským programovaním
Druhou úrovňou je tzv. dielenské programovanie, čo je nadstavba DIN ISO
programovania. Vytvorenie NC programu pomocou grafického prostredia. Geometrické
programovacie jazyky sú určené na automatizáciu programovania NC výrobnej
techniky. Pomocou jazykov sa zadávajú počítaču úlohy v symbolickej forme. Tieto
počítačové software realizujú výpočty potrebné pre generovanie súradníc polôh
nástroja. Tieto výpočty sa vykonávajú na základe príkazov. Pomocou týchto príkazov sa
zostavuje opis tvaru a rozmerov súčiastky, definujú dráhy rezného nástroja, určujú rezné
a posuvné rýchlosti nástroja a ďalšie funkcie stroja.
16
3.5.3 Vytvorenie programu použitím CAD/CAM systémov
Najvyššou úrovňou vytvorenia NC programu je použiť nejaký CAD/CAM systém
(model CAD obrobenie CAM) CAD/CAM systémy v procese programovania CNC
obrábacích strojov majú významnú úlohu, pretože pomerne v krátkom čase dokážu
vytvoriť NC program na výrobu súčiastok komplikovaných tvarov. Klasickým
programovaním by oveľa dlhšie trvalo vytvoriť hotovú súčiastku. CAD/CAM
systémami sa navrhne súčiastka finálneho tvaru a rozmerov, navrhne sa polotovar,
stanoví sa tvar a korekcie nástrojov a vyberie sa vhodná technológia a stratégia
obrábania (Simumeric 820 T).
3.6 CAD/CAM systémy
CAM (Computer Aided Manufacturing – počítačom podporovaná výroba ) CAD
(Computer Aided Desing – počítačom podporovaný návrh súčiastky a podpora tvorby
konštrukčnej dokumentácie)
Rýchly rozvoj strojárskej výroby v posledných rokoch vyvoláva potrebu rýchleho
zavádzania moderných strojárskych technológií. K týmto technológiám už
neodmysliteľne patrí aj automatizácia konštrukčného procesu a automatizácia
technologickej prípravy výroby, vrátane CNC technológií. Tento trend spôsobil najprv
široké zavedenie CAD systémov a neskôr vyvolal potrebu urýchliť zavádzanie CAM
systémov, ktoré v začiatkoch stáli bokom od hlavného záujmu. CAD/CAM systémy
umožňujú komplexne riešiť vývojovo - návrhovú i výrobnú etapu nového výrobku.
Integrácia konštrukčných, technologických i projekčných činností do jedného celku
umožňuje zachovávať jednotnú dátovú platformu, čo zabezpečuje bezproblémový
prenos informácií medzi pracovníkmi a oddeleniami firmy. Riešitelia, zúčastnení na
úlohe, pracujú v jednom prostredí a majú k dispozícii úplný strom histórie so všetkými
informáciami. Významnou vlastnosťou týchto systémov je asociativita, zaručujúca
premietnutie vykonaných zmien na návrhu v niektorom module v ostatných moduloch.
Výsledkom je skrátenie času vývoja a väčšie možnosti optimalizácie návrhu.
V súčasnosti CAD/CAM systémy podporujú takmer všetky technológie obrábania,
vyrezávania, zvárania a tvárnenia. Konkrétne systémy sa líšia v úrovni podpory
jednotlivých technológií v závislosti na ich prednostnom určení. Najbežnejšie
podporovanou technológiou v oblasti obrábania je frézovanie, opakom je podpora
programovania viacosích multifunkčných obrábacích strojov (Ižol, 2007).
17
3.7 CAM systémy počítačovej podpory a výroby
CAM (Computer Aided Manufacturing - počítačom podporovaná výroba) systémy
predstavujú systémy pre prípravu dát a programov pre riadenie číslicovo riadených
strojov pre automatickú výrobu mechanických súčiastok, celých zostáv, elektronických
obvodov a pod. Tieto systémy predovšetkým využívajú geometrické a ďalšie dáta, ktoré
boli získané v etape počítačového návrhu súčiastky, resp. celého výrobku
prostredníctvom CAD systému. Najprepracovanejšou oblasťou systémov CAM je
oblasť číslicového riadenia (Numerical Control - NC) výroby. Ide o techniku, kde sa
využívajú programy pre riadenie výrobných strojov, napr. sústruhov, frézovačiek,
vŕtačiek, ohýbačiek, brúsok, rezacích strojov konvenčných a nekonvenčných (vodný
lúč, laser, plazma), ale aj tvárniacich a lisovacích strojov prostredníctvom ich riadiacich
systémov. CAD/CAM systémy umožňujú vytvoriť CNC program na výrobu
komplikovaných tvarov súčiastky a to v pomerne krátkom čase. V porovnaním
s klasickým programovaním by táto výroba bola oveľa viac časovo náročná, či dokonca
v niektorých prípadoch by výroba pomocou klasického programovania bola i nemožná.
(Marcinčin, 2011).
3.7.1 Proces vytvorenia CNC programu v CAM systéme
Samotný postup vytvorenia NC programu prebieha vo všeobecnosti vo všetkých
CAM systémoch nasledovným spôsobom:
načítanie CAD modelu súčiastky pomocou vhodného formátu (IGES, SET, STEP a
pod.)
orientácia modelu súčiastky v požadovanej polohe vhodnej pre prístup nástroja
zadanie technologických parametrov - hĺbka rezu, otáčky, posuvové rýchlosti
zadanie údajov o nástroji - typ a rozmery nástroja (napr. priemer a dĺžka frézy)
zadanie kvalitatívnych údajov - tolerancie (odchýlky) tvaru a rozmeru vyrábanej
plochy a namodelovanej plochy, tolerancie pre dosiahnutie drsnosti povrchu
zadanie údajov o pohyboch nástroja mimo záber a v zábere - tzv. stratégie obrábania
a pod.
Následne sa v CAM systéme spustí tzv. procesorové spracovanie, ktorého výsledkom
pre obrábanie je súbor dát tzv. CLDATA (Cutter Location Data). Súbor CLDATA
obsahuje údaje o polohe nástroja:
18
súradniciach bodov (X,Y,Z) polohe nástroja
spôsobe pohybu medzi nimi (posuv, rýchloposuv)
CLDATA sú označované ako medzičlánok k vytvoreniu NC programu.
Je to vstupný súbor pre programy, ktoré pretransformujú údaje zapísané v súbore do
informačnej štruktúry zrozumiteľnej riadiacemu systému NC obrábacieho stroja.
Tieto počítačové programy sa nazývajú aj postprocesory (Kuric, 2002, a).
3.8 Postprocesor
Keďže existuje mnoho obrábacích strojov s rôznymi riadiacimi systémami, je
potrebné preložiť vygenerované CLDATA do jazyka konkrétneho riadiaceho systému.
Na to slúžia tzv. postprocesory. Kvalitný postprocesor má v sebe všetky informácie
daného stroja tak, aby boli efektívne využité všetky funkcie v súlade s CAM systémom.
Každý jeden stroj má inú konfiguráciu, to znamená, že ani jeden postprocesor nemôže
byť pre viac obrábacích strojov, respektíve neexistuje univerzálny postprocesor. Pre
každý stroj sa musí doladiť každý postprocesor zvlášť, aby bol stroj a jeho funkcie
optimálne využité. Tvorba posprocesorov je časovo dosť náročná, čím zložitejší je stroj
(viac osí) tým je tvorba postprocesoru obtiažnejšia.
Možnosti vytvorenia postprocesoru:
môžeme si ho nechať vytvoriť externou firmou. Doladenie však opäť závisí od
zložitosti stroja, kde pri komplikovanejšom stroji je optimalizácia časovo
náročnejšia ;
stiahnuť si nejaký podobný postprocesor s databázy predajcov CAM systémov,
ktorý by bol pre naše účely postačujúci;
vytvoriť si postprocesor samostatne pomocou špecializovaného softwaru napr. Edge
CAM konštruktér postprocesorov.
19
3.9 Pomocné nástroje CAM systémov
Niektoré CAM systémy ponúkajú aj pomocné nástroje, ktoré sú pre technológa
veľkou pomôckou pri optimalizovaní časov v strojárskej výrobe, napr. Edge CAM
ponúka niekoľko pomocných nástrojov:
Manažér stratégií
Databáza nástrojov
Konštruktér postprocesorov
Manažér zákaziek
3.9.1 Manažér stratégií
Umožňuje zachovanie a využitie znalostí technológa získaných z predchádzajúcich
zákaziek pre automatizáciu a radikálne zníženie času potrebného k programovaniu a
tým i ku zníženiu nákladov. Manažér Stratégií je najlepší spôsob, ako zachovať
a automaticky aplikovať výrobné rutiny, ktoré sa často opakujú. Stratégia je súbor
pravidiel, ktoré automaticky generujú obrábacie inštrukcie pre dané útvary. V stratégii
sú zapísané inteligentné procesy, ktoré jej umožňujú prispôsobenie podľa rôznych typov
geometrie a rôznych parametrov útvaru. Manažér Stratégii stavia na pevných základoch
inteligentného Solid obrábača a ponúka najrýchlejší možný spôsob tvorby obrábacích
dráh za využitia know-how znalostí skúseného technológa. Tým je zaistené plné
automatické, vysoko efektívne riadenie CAM procesu a zároveň je zaistené, že najlepšie
znalosti technológa zostávajú zachované vo firme pre ďalšie využitie, aj keď už
technológ nie je prítomný vo firme.
3.9.2 Databáza nástrojov
Je jednoduchá a komplexná databáza pre nástroje, materiály a technológie.
Výhodou databázy je schopnosť vlastnej tvorby nástrojov, ktoré je možné kombinovať
s knihovňou materiálov a vytvárať väzby medzi reznými podmienkami, nástrojom a
obrábaným materiálom. Databáza je otvorená a obsahuje veľké množstvo predvolieb
pre zadávanie a úpravu rezných podmienok, vrátane ďalších možností a spôsobov
nastavenia.
20
3.9.3 Konštruktér postprocesorov
Je unikátny nastroj pre vytváranie vysoko kvalitného NC kódu. Pri tvorbe
postprocesoru je možné využívať databázu vzorov postprocesorov, kde sa jednoduchšie
zvolí postprocesor pre daný stroj podľa počtu riadených os a a druhu obrábania.
Databáza konštruktéra postprocesorov obsahuje šablóny ako pre najpoužívanejšie stroje
( 2 a 3 osi ) tak až po najmodernejšie sústružnícko - frézovacie centrá.
3.9.4 Manažér zákaziek
Umožňuje uchovávať cenné informácie, ktoré sa vzťahujú ku konkrétnej zákazke,
vrátane ľubovoľného počtu príloh a obrázkov (NC súboru, CAD súboru, zoznam
použitých nástrojov, strojového času obrábania, atď. )(Nexnet).
3.10 Členenie a typy CAM systémov
Vzhľadom na to, že jednotlivé systémy CAM majú rôznu históriu a ich vznik a
vývoj bol podmienený a ovplyvňovaný rôznymi skutočnosťami, je veľmi obtiažne tieto
systémy združiť do spoločných skupín a porovnávať ich navzájom na základe
podobných funkcií. Aj napriek tomu, ale pri ich podrobnejšom štúdiu je možné objaviť
črty, ktoré zaraďujú tieto systémy do niektorej z pomyselných skupín. Ako základná
vlastnosť na báze ktorej je možné CAM systémy začleniť do určitých skupín sa javí ich
komplexnosť a previazanosť na ďalšie CA (najmä CAD) systémy. Na základe toho je
možné CAM systémy rozdeliť do dvoch veľkých skupín:
1. CAM systémy integrované v rámci komplexných CAD/CAM/CAE systémov.
Do tejto skupiny sa zaradzujú hlavne produkty známe pod označením „veľké”
CAD/CAM/CAE systémy, napr. CATIA Solutions (Dassault Systemes), Unigraphics
(Unigraphics Solutions), Euclid Quantum (Matra Datavision), Pro/Engineer (Parametric
Technology Corp.), I-DEAS Master Series (Structural Dynamics Research Corp.), ale aj
komplexné CAD/CAM systémy strednej triedy, napr. Cimatron izraelskej firmy
Cimatron, príp. systém VISI-CAM atď.
Výhodou týchto systémov vzhľadom na ich komplexnosť a previazanosť jednotlivých
modulov CAD, CAM a CAE (Computer Aided Engineering - počítačom podporované
inžinierstvo) je, že pri ich využívaní neexistujú problémy s prenosmi údajov a
geometrických dát medzi jednotlivými časťami a modulmi.
21
2. Špeciálne CAM, resp. CAD/CAM systémy.
Túto druhú a početne oveľa viac zastúpenú skupinu CAM systémov je možné ešte
rozčleniť do niekoľkých podskupín:
a) Komplexné CAM systémy určené pre počítačovú podporu skupiny viacerých
technológií - ide napr. o systémy SURFCAM (od firmy Surfware), SmartCAM
(CAMAX), Mastercam (CNC Software), AlphaCAM (Licom Systems) atď.
b) Špecializované CAM systémy slúžiace pre počítačovú podporu určitej technológie -
napr. PowerMILL od firmy Delcam a WorkNC od firmy SESCOI pre obrábanie
frézovaním, ECAM 350 (produkt firmy Advanced CAM Technologies) pre výrobu
dosiek plošných spojov atď.
c) CAM nadstavby špecializovaných CAD systémov - najznámejší je program
HyperMILL od nemeckej firmy OPEN MIND, ktorý je nadstavbou CAD systémov
AutoCAD a Mechanical Desktop od firmy Autodesk a slúži na počítačovú podporu
výroby, ktorá je reprezentovaná možnosťami generovania NC kódov pre obrábacie
stroje (vŕtačky, CNC frézky, CNC elektroerozívne drôtové píly, CNC vypaľovacie
stroje).
Uvedené CAM systémy sa vyznačujú najmä tým, že sú v maximálnej miere orientované
na počítačovú podporu výroby a ich časť slúžiaca na tvorbu modelu výrobku je na
nízkej úrovni (umožňuje vytvárať drôtové a plošné modely, ale nie vytváranie
objemových modelov), v mnohých prípadoch vôbec nepodporujú oblasť CAD a modely
preberajú zo špecializovaných CAD systémov (napr. Solid Edge, Solid Works, Cadkey
atď.).Najkvalitnejšie a najrozšírenejšie špeciálne CAM systémy sú modulárnej
koncepcie a umožňujú tvorbu NC programov pre 2 až 5 osé frézovacie stroje, sústruhy,
rezačky drôtom, zariadenia pre rezanie vodným lúčom, laserové vyrezávanie, rezanie
plazmou atď. Obsahujú knižnice hotových postprocesorov slúžiacich na preklad
vygenerovaných dráh nástrojov do tvaru, ktorý je zrozumiteľný príslušnému riadiacemu
systému výrobného stroja (Kuric, 2002, b).
3.11 Predpokladaný vývoj v oblasti CAM
Požiadavky na udržanie a zvýšenie úrovne konkurencieschopnosti výrobkov firmy
nútia výrobcov podľa možností v čo najväčšej miere využívať technológie
CAD/CAM/CAE a tento trend je možné očakávať aj v blízkej budúcnosti. Využívanie
22
iba jedného komponentu z uvedeného reťazca, napr. CAD a zanedbanie, alebo úplné
vynechanie nadväzných častí zameraných na podporu výroby CAM zbytočne môže
znížiť efektivitu využitia týchto moderných nástrojov vo firme. Uvedenému trendu sa
nevyhnutne musia prispôsobiť aj producenti systémov počítačovej podpory a v záujme
udržať a rozšíriť si svoje postavenie na trhu musia svoje produkty neustále
modernizovať a tak v čo najväčšej miere plniť požiadavky zákazníkov.
V oblasti CAM systémov je možné do budúcnosti očakávať nasledovné trendy rozvoja:
zapracovávanie najnovších výsledkov výskumu z oblasti teórií technológie
obrábania sústružením, frézovaním, brúsením do jednotlivých modulov
(počítačová podpora nových technológií vysokorýchlostného, suchého a tvrdého
obrábania, obrábania po krivkách - Bezier, B-spline, NURBS atď.),
dovybavenie modulov pre CA podporu obrábania aj možnosťami CA podpory
progresívnych technológií (vodný lúč, laser, plazma),
tvorba modulov pre podporu výroby v ďalších technologických oblastiach napr.
tvárnenie hlbokým ťahaním a ohýbaním, zváranie, montáž a pod.,
začlenenie expertných systémov do oblasti počítačovej podpory výroby s cieľom
efektívnejšieho využívania skôr vyriešených úloh a problémov,
vytváranie databáz hotových postprocesorov s možnosťou ich využitia ako celku,
alebo využitia časti postprocesora na tvorbu ďalších postprocesorov,
prechod od CAD/CAM k prostrediu CAPE (Concurrent Art to Product
Environment), ktoré riadeným spôsobom umožňuje komplexne riešiť všetky etapy
realizácie nového výrobku od virtuálneho návrhu až po praktickú realizáciu vo
výrobe,
využívanie štandardu STEP (Standard for the Exchange of Product model data)
pre preberanie modelu špecializovanými CAM systémami z CAD systémov.
Súčasné a budúce CAM technológie nevyhnutne musia mať schopnosť sa zaradiť do
integrovaného reťazca technológií počítačovej podpory od návrhu modelu a jeho
odskúšania vo virtuálnom prostredí, až po realizáciu výroby výrobku a jeho expedíciu
užívateľovi. Špičkové CAM systémy budú súčasťou silných CAD/CAM/CAE
systémov, prípadne budú rozvíjané samostatne, ale s maximálnymi možnosťami na
23
prepojenie s ďalšími systémami počítačovej podpory a s informačnými systémami
firmy(Kuric, 2002, c).
3.12 Dielenské programovanie
S vývojom programovo riadených strojov a ich riadiacich systémov bola spojená
snaha zjednodušiť prípravu NC programov. Cieľom bolo dosiahnuť stav, pri ktorom
kvalifikovaná obsluha stroja v prekrytom čase, keď vykonáva prácu na CNC stroji,
môže využiť čas a pripravovať program pre ďalšiu vyrábanú súčiastku. Programovanie
je vo väčšine prípadov interaktívne - grafická podpora umožňuje vizualizovať
geometrické dáta a pre ovládanie sa využívajú ikonky (princíp známy z grafických
operačných systémov). Tvorba NC programu tak v niektorých systémoch môže skôr
pripomínať návrh technologického postupu (radenie jednotlivých činností - vŕtanie,
rezanie závitu, hrubovanie kapsy a jej dokončenie a pod.) ako písanie NC programu.
Obsluha stroja, pre ktorú sú primárne určené dielensky orientované systémy, nemusí
poznať význam funkcií riadiaceho programu. Namiesto toho riadiaci systém poskytuje
možnosti pre definovanie dráhy nástroja – od jednoduchých, napr. priamka, kruhový
oblúk až po zložitejšie, vyjadrené cyklami. V dialógovom okne príslušného cyklu sa
zadávajú potrebné parametre a je zobrazená schéma so znázornením významu týchto
parametrov. Návrh programu je systémom kontrolovaný, zobrazujú sa napr.
upozornenia pri nevhodnom zadaní parametrov alebo pri kolízii nástroja s obrobkom či
upínačom. Priebežne sa tiež vykresľuje programovaná dráha nástroja. Záverečná
grafická simulácia obrábania podáva obsluhe reálny obraz o priebehu obrobenia dielca.
Simulácia umožňuje voliť si priestorový či plošný pohľad na proces obrábania s
možnosťou zväčšiť si potrebný detail. Súčasne so simuláciou sa zobrazuje priebežný čas
obrábania (Ižol, 2008, a).
3.13 Charakteristické črty dielenského programovania
Výkon moderných CNC strojov umožňuje integrovať špeciálne NC programy s
grafickým a interaktívnym dialógom s užívateľom. Ručné ovládané CNC môžu byť
priamo programované na dielni. Tieto systémy sú premyslené tak, že môžu zodpovedať
dielenskej orientácii prípravy výroby. Sú tiež vhodné pre programovanie strojov so
vstupmi, pri ktorých zadávame málo hodnôt, ako napríklad obrábanie ozubených kolies.
Požiadavkou dneška pre prípravu riadiacich programov CNC obrábania sa stáva
24
dostupnosť výkonného intuitívneho systému dielenského programovania. Moderné
systémy dielenského programovania by nemali byť limitované len jednoduchosťou
inštrukcií tvorby, ale majú byť univerzálne (prakticky pre všetky aplikácie). Dielenské
programovanie znižuje čas overenia programu. Potom, čo je program napísaný, operátor
môže okamžite zistiť všetky podstatné geometrické chyby v programe použitím
animácie. Vkladanie posuvu a reznej rýchlosti sa musí niekedy prispôsobiť preto, aby sa
získala lepšia kvalita povrchu a vyšší výkon stroja počas obrábania. Pri dielenskom
programovaní sa to môže okamžite zmeniť na stroji. Pre offline programovanie operátor
musí nájsť program G kódu a je potrebné zmeniť vložený posuv a reznú rýchlosť.
Potom sa musí aktualizovať zmena a odoslať nový program v G kóde. Je jasné, že to
môže trvať omnoho dlhšie ako pri dielenskom programovaní. Na mnohých
pracoviskách, ktoré vyrábajú široký okruh rôznych súčiastok v malých množstvách,
nastavenie stroja pre obrábanie obrobku môže byť významnou časťou výrobného času.
V týchto dielňach súčiastky sa menia často a preto odpovedajúce nástroje a príslušenstvo
sa musia meniť. S dielenským programovaním obsluha stroja môže rýchlo zmeniť
nástroje a pripraviť obrobok, čo významne zníži prípravný čas stroja.
Súčastné požiadavky výrobcov spôsobili inováciu výrobných konceptov, aby mohli stále
pružnejšie reagovať na meniace sa požiadavky trhu. Predpokladom pre hospodárnejšie
riešenie je efektívne navrhovať riadiace programy. Ceny riadiacich programov pre
drahé CNC obrábacie stroje majú v konečnom dôsledku pre malých užívateľov dôležitú
úlohu. Hospodárnejšie využitie CNC stroja súvisí aj s výškou ceny riadiaceho
programu. Niekedy sa oplatí kúpiť drahší CNC stroj, ktorý vykoná viac odborných
operácií ako niekoľko menších strojov, ktoré vykonávajú jednotlivé výrobné operácie.
V podstate sa ceny riadiacich programov zúžia na pracovné náklady, zložené zo mzdy a
odmien zamestnanca. Tieto sú pri manuálnom programovaní porovnateľné s nákladmi
na pracovné miesto obsluhy podporovaného počítačom, ktoré do značnej miery
obsahujú náklady na hardvér a softvér. Tieto vyššie ceny súvisia s vysokou
použiteľnosťou jednotlivých programovacích systémov. Ceny pre programovacie
systémy sú rôzne. Závisia od naprogramovaného spôsobu obrábania. Napríklad 5-osová
CNC frézka na opracovanie tvarovo a geometricky zložitých plôch má vysoké
požiadavky na programovací systém pri obrábaní, napr. na otočnom stole. Teda pri
výbere vhodného obrábacieho systému a hospodárneho riešenia pre obrábací proces
závisí vo veľkej miere aj zložitosť obrábania jednotlivých častí obrobku.
25
Súčasné systémy dielenského programovania majú dnes ešte značné rezervy, napriek
tomu pomer potrebných investícií je stále nepriaznivý k dosiahnutiu úplného ekono-
mického efektu.
Systémy dielenského programovania poskytujú možnosť znížiť cenu za zhotovenie
riadiaceho programu a doby prestoja na redukciu bežiaceho programu. Skúsený
užívatelia vedia, že rentabilita CNC obrábacieho stroja podstatne zo značnej časti závisí
od možnosti výkonu programovania.
Ak je k dispozícií bezchybne bežiaci efektívnejší riadiaci program, nevznikajú drahé
prestoje.
Vývoj lepších programových systémov nie je ešte ukončený, lebo vývoj prebieha na
viacerých frontoch a každý výrobca ponúka viacero možností. Žiaľ tieto snahy nie sú
správne koordinované pre jednotný systém dielenského programovania. Ten kto si dnes
kupuje CNC obrábací stroj, by si mal zistiť všetky výhody dielensky orientovaného pro-
gramovania. S ohľadom na vysokú flexibilitu a hospodárnosť dielenského
programovania CNC obrábacích strojov sa dajú programátori ľahšie motivovať.
Motivácia je jedna z možností ako CNC obrábacie stroje lepšie využiť. V súčasných
dielňach je veľa odborníkov, ktorí by mali mať možnosť lepšie využiť svoje vedomosti.
S tým súvisí ľahšie a lepšie využitie odborného potenciálu v dielňach a redukcia vzniku
zmätkov. V budúcnosti títo pracovníci môžu lepšie posúdiť, ktorý program je pre nich
najvýhodnejší (Urbanová 2011).
3.14 Vytvorenie programu dielenským systémom
Základnou vstupnou informáciou do procesu tvorby NC programu dielenskými
systémami je výkres súčiastky. Je zdrojom informácií tvarov a rozmeroch, udáva
materiál a predpisuje polotovar. Údaje o materiáli sú základom pre voľbu rezných
podmienok. Dôležitým údajom je požadovaný počet zhotovovaných súčiastok. Hlavnou
snahou pri tvorbe NC programu je síce optimalizácia výrobného procesu, je ale
potrebné vždy zvážiť, do akej miery je nutné program optimalizovať. Pri výrobe jednej
súčiastky alebo malého počtu kusov súčiastok môžu snahy o prílišnú dokonalosť
programu neúmerne predĺžiť čas prípravy výroby. Pred vytváraním NC programu v
prostredí riadiaceho systému stroja je potrebné vytvoriť tabuľku nástrojov. Poradie
nástroja v tabuľke určuje jeho polohu v nástrojovom zásobníku. V tabuľke sa pre každý
nástroj definujú jeho rozmery, rezné podmienky, trvanlivosť, pozícia náhradného
26
nástroja a pod. K dôležitým údajom každého nástroja patria aj hodnoty korekcií
(priemerová a dĺžková pre frézovacie nástroje).. Pri programovaní obrábania
jednoduchých tvarov sa využívajú príkazy pre priame riadenie pohybu nástroja, napr.
príkaz pre presun po čiare, kružnici, kruhovom oblúku a pod. Pre bežne sa vyskytujúce
úpravy tvarov strojárskych súčiastok (zrazenia, zaoblenia) sú k dispozícii
zodpovedajúce príkazy. Pre programovanie obrábania zložitejších plôch má systém k
dispozícii preddefinované cykly, určené napr. k zhotoveniu drážok, káps, čapov a poľa
otvorov.
Obr. 2 Cykly dielenského programovania
Využívaním cyklov je potrebné zadávať príslušné parametre, pričom systém zobrazuje
schému so zvýraznenou kótou pre daný parameter. Zároveň sa v hornej časti okna
zobrazuje aj výzva na zadanie potrebnej hodnoty. Úber prídavku je možné v niektorých
cykloch rozdeliť na hrubovanie a dokončovanie. V systémoch sú často k dispozícii aj
cykly pre meranie dotykovými sondami, čo umožňuje presne určiť polohu obrobku pred
spustením programu či kontrolovať rozmery zhotovených plôch. Skúsenejší
používatelia majú možnosť vytvárať si vlastné cykly pre často sa opakujúce tvary, ktoré
nie sú podchytené systémom. K dispozícii sú aj funkcie pre načítanie dát (súradníc
bodov) z externého súboru. Možnosť spustenia grafickej simulácie obrábania počas
tvorby programu alebo po ukončení jeho vytvárania patrí k základným vlastnostiam
súčasných dielenských systémov (Ižol 2008, b).
27
3.15 Rozbor výhod CAM systémov
S pokrokmi, ktoré dosiahla technológia obrábania je ručné programovanie strojov
pomalým a neefektívnym procesom. V súčasnej dobe je vyvíjaný tlak na na strojárske
firmy zaoberajúce sa sériovou a kusovou strojárskou výrobou. Vďaka tlaku aký je na
firmy vyvíjaní konkurenciou, požiadavkami zákazníkov, je aby firmy vyrábali rýchlo
a kvalitne. Zavádzanie nových technológii do strojárskej výroby je nevyhnutnou
podmienkou konkurencieschopnosti firiem. Jednou z možností je zabezpečenie
počítačovej podpory výroby pomocou CAD/CAM systémov, pretože CAM systémy sú
možnosťou ako pri programovaní CNC strojov zvýšiť produktivitu CNC výroby.
CAM ( Computer Aided Manufacturing ) systémy slúžia vo väčšine prípadov na tvorbu
NC programu, kde model súčiastky je už vyrobený v CAD systéme ako 3D model alebo
2D výkres. Stávajú sa tak nevyhnutným nástrojom pre strojársku výrobu. Polemiky
o potrebe zakúpenia CAM systému sa vedú najmä pri menej zložitých súčiastkach,
pretože nie sú podmienkou a vyžadujú si vyššiu investíciu, avšak pri zložitých
tvarových súčiastkach sa stávajú nevyhnutným nástrojom.
Pri používaní CAM systému z CAD 3D modelu alebo 2D výkresu musí byt zaistená
kompatibilita medzi CAD a CAM systémom. Jednoduchšie CAM systémy majú oproti
zložitejším CAM systémom určité nevýhody, naopak tieto drahšie CAM systémy
dávajú zákazníkovi možnosti vo viacerých smeroch.
Najväčšími výhodami CAM systémov, ktoré ich tak radia na popredné miesta vo
využívaní je veľké množstvo druhov operácií obrábania, ktoré eliminujú obrábanie
vzduchu, čo má za následok skrátenie času potrebného na výrobu súčiastky, jednoduché
užívateľské prostredie, databáza nástrojov, konštruktér postprocesorov, manažér
stratégií, manažér zákaziek, týmto sa tak stávajú pre zákazníka komplexným výrobným
riešením. Mohli povedať, že všetky výhody CAM systémov spočívajú vo veľkej
všestrannosti, ktorú ponúkajú programátorovi (technológovi).
28
3.16 Optimalizácia dráhy nástroja
CAM systémy v sebe zahŕňajú nespočetné množstvo operácii obrábania, ktoré
ponúkajú technológovi zároveň niekoľko rôznych možností ako sa bude súčiastka
obrábať. Každé generovanie dráhy nástroja je v každom CAM systéme iné. Pri
hrubovaní, kde nie je požiadavka na žiadne presné rozmery a je treba odobrať, čo
najväčšie množstvo materiálu za čo najkratší čas, každý technológ alebo programátor
vie, že pri priamom reze nástroja môže obrábať hlbšie, pri vyšších otáčkach, s väčším
prekrytím nástroja, a pri vyššom posuve. Ale ak obrábame tvarovú plochu, kde nástroj
zabieha do rohov, nie je možné obrábať pri rovnakých rezných podmienkach, lebo sa
zvyšuje prekrytie nástroja. Odoberaním materiálov za týchto podmienok vznikajú
nežiadúce vplyvy na nástroj, ktorý je zaťažovaný a môže prísť aj k jeho zničeniu.
Technológ to rieši vo väčšine prípadov tak, že zadá menšie prekrytie nástroja, menšiu
hĺbku rezu, zníži posuv, avšak týmto spôsobom sa nevyužíva nástroj a stroj v plnej
miere a obrábanie sa stáva neefektívnym počas celého priebehu obrábania danej
súčiastky. Tradičná dráha nástroja ako ju poznáme. Kolísavé prekrytie nástroja až po
zachádzanie do plného materiálu, ktoré je úplne mimo rozsah požadovaného USN
a s tým nežiaduce vplyvy na stroj a nastroj a obrobok (obr. 3).
Obr. 3 Klasická dráha nástroja (www.surfware.com)
Každé prekrytie predstavuje určitý USN(uhol styku nástroja). Ak sa nástroj pohybuje
v priamom reze po priamke s prekrytím nástroja 50 % vieme, že USN je 90˚, čo sú
ideálne podmienky pre obrábanie, kde môžeme využívať v plnom rozsahu rezné
podmienky nástroja(obr. 4).
29
Obr. 4 Prekrytie a vyťaženie nástroja pri obrábaní po priamke
Ale ideálne podmienky sa končia pri frézovaní rôznych dutín káps, kde musí nástroj
zabiehať do rohov, tam nastáva nežiadúci vplyv, kde je nástroj doslova obtečený
materiálom a do materiálu zaberá svojim celým svojim priemerom. Za týchto
podmienok nie je možné obrábať pri rovnakých posuvoch a otáčkach, ktoré boli
zvolené pri priamom reze, pretože dochádza k náhlemu zväčšeniu USN(obr. 5).
Obr. 5 Odoberanie materiálu v rohoch súčiastky
Technológia trochoidného obrábania optimálne riadi dráhu nástroja v celom jeho
priebehu, tým pádom môžeme pracovať s vyšším posuvom, pri vyšších otáčkach,
s väčšou hĺbkou záberu a s väčším prekrytím nástroja. Ďalej vytvára tangenciálne
nadväzujúce pohyby a tým aj kratšie cykly, udržuje efektívny posuv pri každom
pohybe, predlžuje životnosť stroja a nástroja. Toto je jednou z hlavných výhod CAM
systémov, kde je využitý nástroj v plnom svojom rozsahu. CAM systémy ponúkajú
veľmi veľa operácií hrubovania, dokončovania a tým sa stávajú pre majiteľa omnoho
30
výhodnejším nástrojom oproti dielenskému programovaniu. Na obrázku 6. vidíme
tabuľku kde je porovnanie tradičného obrábania a trochoidneho obrábania. Klasické
obrábanie má vysokú kolísavosť a je úplne mimo rozsah požadovaného uhlu styku
nástroja, ale ako vidíme pri trochoidnom obrábaní uhol styku nástroja bezpečne stoji
pod zadanou hodnotou(obr. 6).
Obr. 6 Porovnanie trochoidného obrábania a tradičnej dráhy nástroja (www.surfware.com)
31
3.16.1 Prípadová štúdia
Prípad od užívateľa RPM PSI (www.surfcam.com)
Firma RPM PSI bola založená v roku 1975 ako súkromná spoločnosť, ktorá sa zaoberá
výrobou rotačných mechanizmov a senzorových polohovacích systémov.
RPM PSI výrobná časť:
Obr. 7 Zvýšený otočný stôl pre TALS Tactical Automatic Landing System
Celkový čas obrábania bol skrátený o 38% z toho čas hrubovamia bol skrátení o 82% (z
17’11’’ na 2’54’’). Hneď v prvom roku sa spoločnosti RPM PSI pri používania CAM
systému a technológie trochoídneho obrábania a zvýšil zisk firmy o viac ako 107000
dolárov. (surfcam)
32
3.17 Univerzálny spôsob programovania rozličných NC a CNC strojov
Pri všetkých vyrábaných CNC strojoch sa každý výrobca snaží pre svoj stroj
vyvíjať aj svoj riadiaci systém (dialóg) ktorý by čo najviac uľahčil prácu
a programovanie CNC strojov. Ale pri dnešnej rozmanitosti strojov, kde každý z nich
má vlastný programovací jazyk a každý sa od seba líši (FANUC, HEIDENHAIN,
SIEMENS, SINUMERIK, FAGOR a ďalšie) nie ja ani snaha výrobcov o zjednotenie
alebo aspoň o priblíženie v programovaní týchto riadiacich systémov. Pre firmu, ktorá
má rôzne stroje (sústruh, fréza)s rôznymi riadiacimi systémami, znamená, že musí mať
pre každý stroj zaškoleného pracovníka, ktorý ovláda práve daný programovací jazyk.
Keďže pri výpadku pracovníka (napríklad z dôvodu výpovede alebo choroba)
neexistuje okamžitá plnohodnotná náhrada pracovnej sily, má to za následok výpadok
v produkcii pre daný stroj. A práve aj tieto situácie riešia CAM systémy, pretože pre
všetky stroje existuje jeden riadiaci systém. Úloha vedieť programovať viac riadiacich
systémov sa tým pádom stáva bezpredmetnou, a na pracovníkovi ostáva rovnaká
činnosť akú vykonával na svojom stroji, tzn. uloženie nástrojov, zameranie
nástrojov, spustenie programu a doladenie korekcii na dodržanie rozmerov súčiastky.
Preto môžeme tvrdiť, že CAM systém nám rieši aj zastupiteľnosť pracovníkov na CNC
stroji.
Obr. 8 Jeden CAM systém pre rôzne typy strojov
Vo všetkých CAM systémoch je podobné užívateľské prostredie ako vo Windowse. Pri
CAM systémoch nemusí technológ/programátor poznať konkrétny programovací jazyk
33
pre daný programovaný stroj( čo by vzhľadom na rozmanitosť strojového parku firmy
bolo dosť náročné), ale stačí sa mu oboznámiť a vedieť pracovať s užívateľským
prostredím CAM systému, ktoré nemá nič spoločné s písaním programu. Je to iba
vytváranie technológie akou sa bude súčiastka obrábať, o konkrétny program sa už
postará CAM systém, ktorý vytvorenú technológiu pregeneruje do NC kódu
konkrétneho stroja.
3.18 Prenos technológie zo stroja na stroj
Možnosť prenosu technológie z jedného stroja na iný už nie je zdĺhavým
procesom, aj keď sa jedná o identickú súčiastku (pri dvoch rôznych riadiacich
systémoch), kde nie je potrebné opätovné písanie programu pre druhý stroj. Ak je raz
vytvorená technológia pre danú súčiastku v CAM systéme, stačí iba vybrať stroj, na
ktorom chceme súčiastku vyrábať a pomocou postprocesora vygenerovať NC program
pre daný stroj. Tento spôsob šetrí čas písania programu, ktorý podľa obtiažnosti
súčiastky môže zaberať aj niekoľko hodín. Tým pádom sa eliminuje počet prestojov
stroja na potrebných na výmenu nástrojov určených na výrobu danej súčiastky.
3.19 Úprava technológie
V mnohých strojárskych firmách sa vyrábajú rovnaké alebo podobné súčiastky,
aké sa už boli v minulosti vyrábali. Keď je už raz vytvorená technológia obrábania a
existuje reálna požiadavka zákazníka na výrobu podobnej alebo rovnakej súčiastky
s drobnými úpravami, nie je nutné, aby bol znovu tvorený 3D model v CAD systéme
a znovu vytvorená technológia. Išlo to by o zbytočne zdĺhavý proces, ktorý je pri CAM
systémoch zbytočný. Ak už sme podobnú súčiastku raz vyrábali v minulosti a sú na nej
len malé zmeny, je vďaka asociativite medzi CADom a CAMom je postačujúce zmeniť
len model súčiastky a uložiť zmeny vykonané na ňom. Týmto krokom sme automaticky
informovaný CAM systémom, že boli vykonané zmeny na modely. CAM systém
automaticky nájde upravené útvary, a na pracovníkovi je už len zregenerovať dráhy.
Týmto procesom je zachovaná aj technológia obrábania z predtým vyrábanej súčiastky.
Pri stromovej štruktúre jednotlivých operácií technológie obrábania môžeme
kedykoľvek vstupovať a premiestňovať jednotlivé operácie medzi sebou.
34
4. Diskusia Cieľom mojej práce bolo poukázať na výhody a aj nevýhody, ktoré nám
poskytujú jednotlivé technológie programovania dielenským systémom alebo CAM
systémom.
Napriek neveľkému množstvu výhod dielenského programovania oproti
programovaniu CAM systémom, je podľa môjho názoru jedným z najvýraznejších
plusov práve programovanie jednoduchších rotačných súčiastok. Ich výrobu je možné
rýchlejšie naprogramovať pomocou dielenského programovania, kde sú už
predefinované cykly obrábania. Navyše zadaním rozmerov a rezných podmienok sa
automaticky vytvorí NC program. Tým ušetríme čas, ktorý by sme pri CAM systéme
potrebovali na vytvorenie 2D kontúry alebo 3D modelu, a následné vytvorenie
technológie. Ďalšou veľmi dôležitou výhodou dielenského programovania je, že nie je
potrebné zakupovať dodatočný software a hardware (počítač), ako je tomu pri CAM
systémoch, pretože môžeme vytvoriť program priamo na stroji. Obsluha stroja tak
môže paralelne počas prevádzky stroja vytvárať v editore ďalší program pomocou
výkresovej dokumentácie. Týmto spôsobom programovania dokážeme zabezpečiť
plynulý chod stroja 24 hodín denne, a minimalizovať tak prestoje stroja na výmenu
nástrojov nevyhnutných pre ďalšie operácie. Pri dielenskom programovaní sa stáva
nepotrebným aj technológ programátor, ktorého prítomnosť sa väčšinou nevyžaduje pri
takomto spôsobe vytvárania programov, vzhľadom k tomu, že si obsluha stroja vytvára
program sama. Technológia dielenského programovania zvyčajne vyžaduje nižšie
počiatočné investície do majetku podniku, a to môže byť jeden z určujúcich faktorov pri
rozhodovaní o technológii výroby.
Ako vyššie uvádzam zopár kladov dielenského programovania, tak ako
najväčšiu prednosť CAM systémov vidím prácu s geometriou, o ktorej si dovolím
tvrdiť, že je neobmedzená. Prekážkou sa môže zdať nemalá investícia do nákupu
konkrétneho CAM systému, príslušného hardwaru, a vytvorenie postprocesorov pre
jednotlivé stroje. Je to však nevyhnutný krok k napredovaniu, optimalizácii výroby
a následne k zvýšeniu konkurencieschopnosti firmy. CAM systémy sa stávajú
základným nástrojom pri nasadzovaní tvarovo zložitých súčiastok vo výrobe. Je dôležité
uvedomiť si, že pri viacosových obrábacích centrách (4 a 5 – osích), pri výrobe rôznych
tvarových foriem, kde je už poslednom čase nasadzované vysokorýchlostné obrábanie
35
(HSC High Speed Cutting), je práve nasadzovanie CAM systémov doslova
nevyhnutnosťou.
Vďaka technológiám obsiahnutým v CAM systémoch môžeme optimálne riadiť
dráhu nástroja a dosiahnuť tak maximálny možný efekt využitia stroja aj nástroja.
Vytvárajú sa v nich tangenciálne nadväzujúce pohyby a tým aj kratšie cykly, udržuje sa
efektívny posuv pri každom pohybe nástroja v celom jeho priebehu, a tým pádom
môžeme obrábať s vyšším posuvom pri vyšších otáčkach.
Simulácia a verifikácia v CAM systémoch nám okrem iného ponúka aj možnosť
sledovať vo fotorealistickej kvalite premenu polotovaru na konečný výrobok. Ako
ďalšie výhody je treba uviesť aj možnosti kontroly neobrobenia niektorých častí
súčiastky a kontrola kolízie nástroja a jeho držiaka s upínacím zariadením.
Vzhľadom na vývoj dielenských systémov a softwaru už aj dielenské
programovanie nám ponúka vysokú kvalitu simulácie, ale neponúka nám ani z ďaleka
toľko možností kontroly, ako nám ponúkajú práve CAM systémy. Programovania
dielenským systémom i CAM systémom majú svoje pozitíva i negatíva. A zavisí od
konkrétnej štruktúry výroby, použitie ktorého bude v konkrétnom prípade efektívnejšie.
36
5. Záver
Práca upozorňuje na dôležitosť využitia podporných funkcií a stratégií obrábania
obsiahnutých v CAM systémoch vzhľadom na rozširujúce sa nove spôsoby obrábania
ako je vysokorýchlostné obrábanie HSC, HSM, HFM, ktoré by pomocou CAM
systémov nebolo možné začleniť do výrobného procesu. Kvalitné strojárske
technológie, medzi ktoré CAM systémy nepochybne patria sú základom pre dosiahnutie
maximálnej využiteľnosti CNC strojov a zvýšenie celkovej produkcie podniku.
Na základe skúseností získaných s praxe pri používaní CAM systému, ako aj pri
programovaní priamo na panely stroja pomocou dielenského programovania
a zoraďovania CNC strojov, som dospel k záveru, že súčasné CAM systémy ponúkajú
programátorovi veľa možností pri vytváraní programu pre CNC stroj.
Najväčšiu výhodu CAM systémov oproti dielenskému programovaniu, vidím v
technológii obrábania a práce s geometriou a tým zároveň možnosti ako naprogramovať
zložité tvarové súčiastky, ktoré by pomocou dielenského programovania nebolo možné
vyrobiť.
Zhodnotením prace som dospel k záveru, že CAM systémy sa stávajú
nevyhnutným nástrojom pre strojársky podnik.
37
Zoznam použitej literatúry
[1]. Priemyselná informatika [online] [cit. 2011-01-22]. Dostupné na:
<http://www.spslevice.sk/SOC/SOC%20-%20PRI/index.htm>
[2]. Ivan Kuric CA systémy [online] [cit. 2011-04-14]. Dostupné na
:<http://fstroj.utc.sk/web/kma/student/ca/kap6/ca%20texty%20kap6.htm>
[3]. Michal Havrila Trendy v CNC riadení obrábacích strojov [online] [cit. 2011-02-17].
Dostupné na :<http://fstroj.utc.sk/journal/sk/34/34.htm>
[4]. Jozef Majerík a Štefan Bajčík 2008 Programovanie CNC obrabacích strojov
spôsoby a úrovne. V časopise Strojárstvo [online], roč. 12, 2008, s. 42-43[cit. 2011-04-
14]. Dostupné na :<http://www.strojarstvo.sk/inc/index.php?
ln=SK&tl=3&tpl=archiv.php&ids=2&cislo=12/2008&idclan=1589>
[5]. Sinumeric 820 T Typy programovania NC [online] [cit. 2011-01-23]. Dostupné na:
<http://www.kvs.sjf.stuba.sk/sinumeric/typy_programovania.html>
[6]. Peter Ižol 2007 Návrh NC programu CAD/CAM systéme V časopise Transfer
inovácií [online] roč. 10, 2007, s. 88-90 [cit. 2011-04-14]. Dostupné na
:<http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/10-2007/pdf/88-90.pdf>
ISBN 80-7093-6.
[7].Jozef Novák Marcinčin, - Anton Petík Počítačová podpora výroby CAM –
neoddelitelná súčasť reťazca CAD/CAM/CAE [online] [cit. 2011-02-23].Dostupné
na :<http://fstroj.utc.sk/journal/sk/35/35.htm>
[8]. IS pre plánovanie a riadenie CNC výroby [online] [cit. 2011-01-16].Dostupné
na :<http://www.camo.cz/docs/IT_system_camo_new.pdf>
[9]. Ivan Kuric a.i Počítačom podporované systémy v strojárstve vyd. Žilina: Žilinská
univerzita 2002, a 149s. ISBN 80-7100-948-2
[10]. Nexnet Poskytujeme komplexné riešenie vo svete obrábania [online] [cit. 2011-
03-24]. Dostupné na: <http://www.nexnet.sk/UserFiles/letaky/Strojarstvo_10_07.pdf>
38
[11].Ivan Kuric a.i Počítačom podporované systémy v strojárstve vyd. Žilina: Žilinská
univerzita 2002, b 153-155 s. ISBN 80-7100-948-2
[12].Ivan Kuric a.i Počítačom podporované systémy v strojárstve vyd. Žilina: Žilinská
univerzita 2002, c 166-167 s. ISBN 80-7100-948-2
[13].Peter Ižol 2008 Programovanie CNC obrábacích strojov dielenskými systémami V
časopise Transfer inovácií [online] roč. 12, 2008, s. 140-142 [cit.2011-03-14].
Dostupné na :<http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/12-2008/
pdf/140-142.pdf>
[14].Renata Urbanová Ekonomické aspekty dielenského programovania [online] [cit.
2011-04-14].Dostupné na:<http://web.tuke.sk/fvtpo/journal/pdf07/4-str-46-48.pdf>
[15].Peter Ižol 2008 Programovanie CNC obrábacích strojov dielenskými systémami V
časopise Transfer inovácií[online] roč. 12, 2008, s. 140-142 [cit.2011-04-10] Dostupné
na:http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/12-2008/pdf/140-
142.pdf>
[16]. Surfcam RPM PSI Výrobná časť TrueMill [online] [cit. 2011-04-17]. Dostupné
na: <http://www.surfcam.com/aerospace_aerial_vehicle_data_link_case_study.aspx>
39