Tři kritéria uvedená v podtitulu tohoto článku se na první pohled vzájemně vylučují. Při bližším rozboru však zjistíme, že jejich splnění je možné, ale za určitých podmínek. Z obráběcího stroje je třeba dostat v nejkratším možném čase 100 % dílců, jejichž rozměry budou odpovídat tolerancím uvedeným na výkrese. Mnoho obráběcích strojů je vybaveno měřicími sondami pro ustavení a kontrolu obrobku nebo pro seřízení a kontrolu nástroje. Technolog, CNC programátor dokáže pomocí těchto nástrojů radikálně omezit vliv ručního ustavování, vliv nepřesného upnutí obrobku nebo třeba vliv únavy pracovníka obsluhujícího stroj. Tato kritéria však zřetelně naznačují, že jejich splnění není jednoduché. Společnost Renishaw, na základě svých vlastních zkušeností s výrobou a zlepšováním výrobního procesu, pracuje s konceptem nazvaným Pyramida produktivního procesu. Tento koncept názorně vysvětluje, jak mohou uživatelé obráběcích strojů díky měřicím systémům zlepšit výrobní proces. Geometrickou přesnost tříosého obráběcího stroje ovlivňuje až 21 geometrických chyb. Jedná se o chyby lineárního polohování, chyby přímočarosti pohybu stroje v jednotlivých osách, chyby naklopení a natočení v osách a chyby kolmosti jednotlivých os vůči sobě. V případě 5osého stroje se počet těchto potenciálních zdrojů nepřesností zvyšuje až na hodnotu 36. Kromě chyb geometrie se na celkové přesnosti stroje významně projevují dynamické nepřesnosti, kterými jsou vůle v posuvech, seřízení servopohonů, seřízení počátků odměřovacích pravítek v jednotlivých osách stroje a celá řada dalších faktorů. Všechny uvedené chyby dosahují hodnot v řádu mikrometrů. Každá z nich má však nepříznivý vliv na celkovou přesnost polohování stroje a na tvarovou i rozměrovou přesnost obrobků. Výsledkem je produkce rozměrově nepřesných dílců, nestabilita výrobního procesu, tvarové odchylky obráběných prvků na dílci nebo nekvalitní povrch obrobku. Tyto chyby lze s použitím vhodného diagnostického nástroje zjistit. Některé z nich je nutno eliminovat mechanickým seřízením nebo opravou, avšak mnohé z nich lze kompenzovat vhodným nastavením parametrů v řídicím systému stroje. Jedním z takových diagnostických nástrojů je měřicí systém Ballbar QC20. Použití přístroje je rychlé a jednoduché. Naměřená data se analyzují v souladu s platnými normami, například ISO230-4. Unikátní algoritmy z naměřených hodnot vyhodnotí 15 geometrických chyb, zobrazí jejich průběh a hodnoty. Výsledky jsou doplněny textovým výstupem v českém jazyce, který objasní příčiny chyb a jejich projevy na hotovém obrobku. Díky Ballbaru můžete pravidelně kontrolovat technický stav vašeho stroje a plánovat případné opravy. V případě kolize pak můžete rychle rozhodnout, zda je možné pokračovat v produkci nebo volat servis.
NASTAVENÍ PARAMETRŮ PROCESU JE OPATŘENÍM PŘED ZAČÁTKEM OBRÁBĚNÍ Nastavením procesu se rozumí seřízení soustavy stroj-obrobek-nástroj před započetím obrábění. Je třeba správně identifi - kovat polohu a velikost obráběného dílce, díl ve stroji, zjistit přídavky na obrábění a udělat aktuální korekce nástrojů. Zjednodušeně řečeno, je třeba zařídit, aby byl materiál odebírán přesně z toho místa, odkud chceme. Málokterá strojírenská fi rma dlouhodobě vyrábí velké série omezeného množství produktů, pro které je ekonomicky únosné vybavit stroj drahými specializovanými upínači přesně definujícími polohu obrobku. Mnohem častější situace je velké množství dílců vyžadujících komplexní obrábění v malých sériích a ve velmi krátkém čase. Jednoduše, není dost času vyvíjet a vyrábět drahé jednoúčelové přípravky. CNC obráběcí stroje nevyžadují perfektní vyrovnání obrobku. Řídicí systémy obráběcího stroje umožňují podle aktuální polohy dílce upravovat posunutí a natočení pracovního souřadného systému stroje. Ustavení obrobku je typický příklad využití měřicích sond. Zpravidla se jedná o identifikaci polohy rohu dílce nebo středu otvoru, které jsou využity jako nový počátek pracovního souřadného systému. Další změřený prvek, například bod na ploše nebo střed dalšího otvoru poslouží ke zjištění úhlu natočení obrobku. Vyrovnání pracovního souřadného systému stroje se souřadným systémem obrobku je pak otázkou jednoduché rutiny integrované v řídicím systému stroje spuštěné jediným povelem z technologického programu. V případech obrábění odlitků nebo výkovků, kde kolísá rozměrové provedení hrubého polotovaru, je důležitým parametrem zjistit velikost přídavku na opracování. Příprava technologického programu pro maximální velikost přídavku znamená časté obrábění naprázdno, kdy se nástroj pohybuje někdy i v několika cyklech nad povrchem polotovaru. Díky měřicí sondě lze s použitím velmi jednoduché logiky větvení programu dosáhnout produktivního obrábění bez ohledu na velikost dodaného polotovaru. Dalším aspektem nastavení parametrů před obráběním je zjistit délku a průměr nástroje a jejich korekce v případě opotřebení. Seřízení nástrojů pomocí sond však není omezeno jen na délku a průměr. Nástrojová sonda umožňuje kontrolovat také tvar břitu nástroje a jeho celistvost. Ve všech uvedených aplikacích má nasazení měřicích sond jeden společný významný efekt. Eliminaci omylů a chyb způsobených lidským faktorem. Opakovaně přesné měření a automatická korekce naměřených údajů bez ohledu na únavu nebo momentální indispozici operátora stroje jsou faktory, které významně ovlivňují rozhodování o investici do měřicích sond.
AKTIVNÍ KONTROLA PROCESU JE OPATŘENÍM V PRŮBĚHU OBRÁBĚNÍ Opatření v této vrstvě Pyramidy zahrnují činnosti a akce v průběhu obrábění. Tato opatření automaticky vytvářejí odezvu na stav materiálu, na aktuální odchylky od očekávaných rozměrů nebo na jiné neočekávané stavy procesu. Díky těmto odezvám lze proces ovlivňovat a řídit směrem k očekávanému výsledku. Obrábění ve strojírenské výrobě je sled jednotlivých řezů, v nichž dochází k postupnému odebírání třísky. Kritickým místem je samozřejmě dokončovací řez, kdy záleží nejen na rozměrové přesnosti, ale i na povrchové kvalitě obráběné plochy. Aktivní kontrola parametrů obráběcího procesu dovolí přizpůsobit řezné podmínky aktuálnímu stavu obrobku a nástroje. Měření obrobku během cyklu obrábění umožňuje na základě zjištěných hodnot reagovat na odchylky způsobené například deformací dílce, vychýlením nástroje nebo vlivem teplotních deformací. Na základě zjištěných hodnot lze automaticky upravit aktuální hodnoty natočení souřadného systému, aktualizovat parametry obrábění, změnit korekční hodnoty v tabulkách nástrojů a větvit chod programu pomocí logických podmínek tak, aby výsledkem byl bezvadný výrobek. Detekce poškození a opotřebení nástrojů nabízí kontrolu přítomnosti a polohy nástroje, kontrolu celistvosti a opotřebení břitů nástroje nebo kontrolu velikosti opotřebení nástroje a jeho automatickou korekci v tabulce nástrojů, popřípadě automatické volání sesterského nástroje nebo dokonce zastavení výrobního cyklu a volání operátora stroje, Každý nástroj lze po dokončení operace přeměřit před uložením do zásobníku nástrojů. Při měření se kontroluje jeho délka a průměr. Zjištěné hodnoty se automaticky aktualizují a příští tříska bude odebírána v hloubce předpokládané programátorem. Navíc se zjištěné hodnoty automaticky porovnávají s mezními hodnotami uloženými v tabulce nástrojů. Při překročení těchto mezních hodnot řídicí systém v příští operaci zavolá sesterský nástroj nebo pozastaví cyklus obrábění do výměny nástroje za nový.
INFORMATIVNÍ MĚŘENÍ PO DOKONČENÉM OBRÁBĚNÍ Vrchol Pyramidy představuje proměření vyrobeného dílu a získání výstupních informací z měření. Tyto údaje lze využít ke zdokumentování ukončeného procesu nebo k modifikaci procesu následujícího. V praxi se nabízejí tři varianty kontroly geometrických rozměrů hotového dílce. Varianta 1 – měření hotového dílce přímo na stroji Tento způsob měření umožňuje kontrolu důležitých prvků dílce přímo na stroji, před odepnutím a manipulací. Toto měření zřídka nahrazuje kontrolu rozměrů nezávislým měřidlem, ale poskytuje velmi dobrou představu o stabilitě produkce, a v některých případech je dokonce jediným možným způsobem jak dílec proměřit. Záznamy o měření získané přímo ze stroje a uložené v jeho paměti nebo odeslané prostřednictvím počítačové sítě na server mimo stroj dokumentují trendy procesu a kvalitu produkce. Historie údajů pak umožňuje monitorovat stav stroje a plánovat preventivní opravy i údržbu. Varianta 2 – měření hotového dílce mimo stroje na souřadnicovém měřicím stroji Tento způsob kontroly je v dnešní technické praxi nejobvyklejší. Přeměření prvního dílce ze série a kontrola namátkově nebo statisticky vybraných dílců ze série je běžnou praxí v mnoha strojírenských podnicích. Umožňuje komplexní přeměření všech důležitých rozměrů obrobku a jejich vyhodnocení z hlediska geo metrických rozměrů a tolerancí, ale i tolerancí tvaru a polohy. Varianta 3 – 100% kontrola produkce specializovaným zařízením Tento způsob kontroly byl velmi dlouho vyhrazen pro velkosériovou výrobu, zejména z důvodu cenové náročnosti specializovaných jednoúčelových měřidel. V posledních letech se 100% kontrola stává dostupnou i pro menší série dílců, díky univerzálnímu porovnávacímu měřidlu Equator. Inovativní měřicí technologie systému Equator je založena na tradičním porovnání vyráběných dílů s referenčním vzorovým obrobkem. Equator je univerzální měřicí zařízení určené pro provoz v dílenském prostředí. Nezáleží na tom, kolik typů výrobků právě produkujete. Kdokoliv z operátorů strojů může kdykoliv přistoupit k Equatoru se svým dílcem právě vyjmutým ze stroje a zkontrolovat zda rozměry odpovídají rozměrům etalonu. Systém Equator umožňuje nasazení do robotizovaných buněk a provoz v plně automatizovaném bezobslužném režimu. V tom případě lze kontrolovat 100 % produkce a třídit hotové dílce na shodné a neshodné. Navíc můžete získat statistické informace o počtu vadných dílů od konkrétních obsluhujících pracovníků, o celkové produkci dílů v rámci výrobní dávky a řadu dalších informací užitečných pro řízení výroby. Měřicí úlohy se programují stejně jako úlohy pro souřadnicový měřicí stroj. Překalibrování je stejně rychlé jako změření vyráběného dílu a okamžitě kompenzuje jakékoliv tepelné vlivy. Výsledná data jsou plně srovnatelná s daty získanými měřením na měřicím stroji v temperované měřicí laboratoři.