Využití postprocesorů a simulačních modelů Multifunkční obráběcí stroje nabízejí svým uživatelům velmi široké spektrum technologických možností pro výrobu dílců. Nejen že je možné aplikovat danou technologickou funkčnost, disponibilní na konkrétním stroji, ale mnohdy je možné na těchto multifunkčních strojích využívat různých technologických operací v překrytých časech. V případě, že se jedná také o využití víceosého obrábění na daném stroji, je již při přípravě NC programů nepostradatelným pomocníkem určitý CAD/CAM systém. Aby byl CAM systém schopen generovat obecně dráhy nástroje pro různé výrobní stroje, jsou data z CAM systému připravována vždy v interní univerzální podobě (tzv. CL data). Následně musí uživatel CAM systému disponovat příslušným postprocesorem, který je vždy jedinečný pro danou kombinaci typu výrobního stroje a jeho řídicího systému. Pomocí takového postprocesoru je generován konkrétní NC program pro daný výrobní stroj s konkrétním řídicím systémem z odpovídajícího CAM systému. Je patrné, že u multifunkčních strojů se nároky na vytvoření postprocesoru velmi prohlubují a komplikují díky množství disponibilních možností a funkcí. Specializovaným postprocesorem tak lze ze stroje a jeho možností využít maximum pro dosažení správné jakosti povrchu, přesnosti výroby a zároveň dosáhnout produktivní výroby. Na obr. 1 je zachycen proces technologické přípravy výroby, kde je fialovými šipkami znázorněna standardní cesta bez využití simulačního modelu stroje, což je nejběžnější postup technologické přípravy výroby. V současné době se však velmi vylepšují vlastnosti simulačních modelů strojů integrovaných přímo v systému CAM a existuje tak možnost využití těchto simulačních modelů pro verifikaci možných kolizních stavů při obrábění a technolog tak má možnost upravit dráhu nástroje. S využitím simulačního modelu stroje je proces rozšířen o činnosti naznačené přerušovanou čarou v obr. 1. V mnohých CAM systémech je však tato funkčnost ještě velmi omezena a probíhá na základě interpretace interních dat, tedy v podstatě CL-dat a nikoliv přímo finálního NC programu obsahujícího pohyby a souřadnice dráhy přegenerované postprocesorem. Simulace obrábění na základě CL-dat tak není plnohodnotná pro věrohodnou verifikaci obrábění, a proto by neměla být využívána (na obr. 1 naznačena červeně přeškrtnutou přerušovanou čarou). Příkladem CAM systému, kde již simulační modely strojů fungují na správném principu, je Siemens NX CAM. V tomto CAM systému má uživatel možnost plnohodnotně využívat simulaci obrábění s modelem stroje pro verifikaci kolizí i pro analýzu reálného výrobního času, přičemž tato simulace probíhá na základě přímého odbavení NC programu. Odbavení NC programu probíhá v součinnosti s emulátorem řídicího systému, který je možné přizpůsobit danému stroji i s nastavením maximálních rychlostí, zrychlení, ryvů, apod pro všechny strojní osy. Podmínky pro vytv áření postprocesor ů a simula čních model ů V případě multifunkčních strojů jsou vlivy pro tvorbu postprocesoru umocněny úměrně výrobním možnostem stroje a mnohdy se k těmto vlivům připojují ještě nadstandardní funkce, které implementuje výrobce stroje. Příkladem multifunkčních strojů jsou např. soustružnicko- frézovací stroje z produkce společnosti Kovosvit MAS na obr. 2. Stroj MTC500 (na obrázku vlevo) disponuje hlavním soustružnickým vřetenem, ale i vedlejším soustružnickým vřetenem a navíc ještě vřetenem frézovacím. Pokud by chtěl technolog na takovém stroji v NC programu programovat roztočení vřetena, nemohl by jednoduše použít standardních programovacích funkcí k roztáčení vřetena. Je tedy nutné použít doplňující údaje o tom, které vřeteno se má roztočit. Postprocesor tyto funkce generuje do NC programu automaticky. V případě stroje MTC500 jde v podstatě o kombinaci dvou strojů, protože pravá a levá část může pracovat zcela samostatně. Na levém hlavním vřeteni mohou probíhat výrobní operace s nástrojem upnutým v horní naklápěcí hlavě a na pravém vedlejším vřeteni mohou probíhat výrobní operace s nástroji upnutými v dolní revolverové hlavě, přičemž zde mohou být jak radiální, tak axiální poháněné nástroje. Dále je také možné, aby horní naklápěcí hlava pracovala i na obrobku upnutém v pravém vřeteni a spodní revolverová hlava naopak na obrobku upnutém v levém hlavním vřeteni, nebo obě hlavy současně na obrobku upnutém v jednom vřeteni. Všechny tyto kombinace musí být zahrnuty v postprocesoru tak, aby byly v každé situaci vygenerovány správné bloky NC programu. Postprocesor pro tyto typy strojů je možné realizovat dvěma způsoby. První možností je vytvoření tzv. slinkovaného postprocesoru, který obsahuje více dílčích postprocesorů obsluhovaných jedním hlavním postprocesorem (přepíná mezi ostatními). Druhou nyní nově velmi rozšiřovanou možností je vytvoření jednoho komplexního postprocesoru, který bude obsahovat veškeré možné kombinace generování NC programů. Na obr. 2 vpravo je simulační model stroje MCU1100, což je v základu pětiosá frézka, která je však nabízena i ve variantě, kdy rotační osa na stole stroje umožňuje i rychlostní řízení, tedy režim soustružnického vřetena. Jedná se tedy rovněž o multifunkční stroj. Díky připravenému simulačnímu modelu stroje má uživatel možnost verifikovat dráhy nástroje před jejich reálným spuštěním na stroji, čímž lze uspořit přípravné časy na stroji a vhodným způsobem předcházet možným kolizním stavům. Speci ální funkce pro multifunk ční obr áběcí stroje Speciálními funkcemi jsou myšleny zejména ty funkce, které jsou vytvořeny výrobcem daného stroje a jsou zprovozněny většinou v rámci PLC rozhraní řídicího systému. Takové funkce jsou připraveny zejména pro vyšší komfort uživatele stroje při přepínání různých režimů strojů, jako např. zjednodušení přednastavení funkcí pro frézovací režim, nebo soustružnický režim. V tomto soustružnickém režimu může jít ještě o přednastavení pro tzv. karuselování, nebo soustružení s polohováním naklápěcí osy, přičemž je nutné správně natočit soustružnickou rovinu do roviny, ve které dochází k naklopení rotační osy a do této roviny rovněž napolohovat břit nástroje. U velkých multifunkčních strojů, jako je např. portálová frézka FRUFQ 300A– VR/7+KEP, která navíc na stole stroje obsahuje rotační stůl, díky němuž je umožněno na stroji i soustružit karuselováním, můžeme takovéto speciální funkce nalézt ve vztahu k výměnným vřetenovým hlavám. Součástí stroje jsou totiž výměnné vřetenové hlavy a speciálně vyvinuté nožové hlavy pro operace soustružnické. Každá hlava má různé kinematické uspořádání rotačních os, a proto i softwarové nastavení pro jednotlivé hlavy musí být v řídicím systému přizpůsobeno pro zaručení správné funkčnosti při obrábění tak, aby souřadnice jednotlivých strojních os byly správně dopočteny vůči programovaným souřadnicím referenčního bodu nástroje. Pro výměnu vřetenových hlav je nutné využívat speciálních podprogramů, které výrobce stroje implementuje do řídicího systému a uživatel je následně musí správně využívat v NC programech, tudíž musejí být rovněž správně implementovány do postprocesoru. Mnohdy však výrobce stroje na komfort uživatele stroje nemyslí dostatečně a tak je nezbytné, aby tvůrce postprocesoru vyšel uživateli stroje maximálně vstříc a speciální funkce připravil v postprocesoru pro jejich automatizované generování do NC programů. Podobným strojem je i stroj Waldrich Coburgh PowerTEC, jehož simulační model je na obr. 3. Tento simulační model stroje byl připraven tak, že obsahuje přímo podprogramy v jazyku řídicího systému Sinumerik 840D pro zaručení plnohodnotné simulace obrábění na základě odbavení NC programu. Je evidentní, že v případě určité kolize na takovém stroji může dojít k velkým finančním ztrátám z důvodu nákladů na opravu a také odstávky stroje a vyřazení z provozu. Díky simulačnímu modelu lze kolizím účinně předcházet, ať už simulací na základě NC programu vytvořeného přímo v CAM systému Siemens NX, nebo z jiného CAM systému, jelikož v CAM systému Siemens NX lze načítat i externí NC programy. Díky přednostem těchto simulačních modelů lze spatřovat trend k jejich stále většímu využití. Např. na veletrhu EMO 2015 bylo na stánku společnosti GROB, což je jedna z předních společností produkujících stroje pro automobilový a letadlový průmysl, vidět využití těchto simulačních modelů v přímé integraci prostředí Siemens NX do speciálně vyčleněné obrazovky panelu řídicího systému (obr. 4). Obsluha stroje tak může provádět vizuální kontrolu upravené dráhy nástroje kdykoliv před samotným obráběním, nebo např. v překrytém čase. Mnohdy lze v postprocesoru také funkce daného CAM systému nahradit, nebo vylepšit. Například CAM systém Siemens NX nedisponuje technologickou operací pro vytvoření dráhy nástroje k obrábění soustružnickým nožem při kontinuálním víceosém řízením. Proto byla v RCMT navržena a ve spolupráci s pracovníky Kovosvit MAS odladěna funkce postprocesoru pro souvislé víceosé soustružení s využitím naklápěcí osy. Toto soustružení je zapotřebí zejména v případech, kdy není k dispozici takový soustružnický nůž, kterým by bylo možné soustružit určitou část povrchu, jako např. zápich speciálního tvaru v pevně naklopené ose. Požadovaný tvar by bylo možné soustružit s plynulým naklápěním této osy, přičemž nůž se plynulým pohybem s asistencí rotační osy v disponibilním prostoru pohybuje tak, aby nedošlo ke kolizi s obrobkem. Na obr. 5 je patrný dílec, použitý pro testování této funkce. Osa nástroje není podél dráhy nástroje kolmá k povrchu obrobku. Testování této funkce postprocesoru probíhalo přímo na stroji Kovosvit MAS MCU700VT-5X s ř.s. Sinumerik 840D. Pro nastavení této operace v NC programu je nutné využívat transformace pro víceosé obrábění TRAORI, proto je nutno zrušit TOOLCARRIER a zprovoznit frézovací režim, kde již transformace lze aplikovat. Soustružnický nůž skutečně kopíruje daný povrch dílce a obrábění probíhá podle zadané dráhy správně. Ověření funkčnosti této speciální funkce při kontinuálním řízení naklápěcí osy proběhlo rovněž s využitím korekcí na rádius špičky nože. Při programování víceprofesních obráběcích strojů prostřednictvím CAM systému je také nutné používat synchronizace operací, což se většinou provádí pomocí synchronizačního manažera. Jeho prostřednictvím se nastaví souslednost drah nástrojů tak, aby nedocházelo ke kolizím mezi dílčími komponenty stroje. Může se také zohlednit optimalizace obrábění překrytím určitých kompatibilních drah nástrojů buďto při práci souběžně na dvou vřetenech, nebo souběžně na jednom vřeteni. Při dvoukanálovém řízení je nutno nastavit tzv. čekací body, aby došlo k synchronizaci strojních os v daných kanálech. V NC programu se poté nacházejí tzv. synchronizační značky (pro systém Siemens Sinumerik jde o příkaz „WAITM“). Ing. Petr Vavruška, Ph.D. RCMT ČVUT v Praze
