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