PROGRAMOVACI
A OPTIMALIZAČNI METODY PRO
OBRABĚNI NA CNC STROJICH
V oblasti vývoje funkčních možností
a aplikací postprocesingu v roce 2010
bylo nejprve nutné provést určitou rešerši
dostupných řešení v oblasti víceosého
obrábění nabízených na trhu
a též vyplývajících z výzkumu. Dále
bylo přistoupeno k problémům, které
při reálné výrobě (zejména u víceosého
frézování) nastávají. Byla vylepšena
metoda pro měření relativní
posuvové rychlosti mezi nástrojem
a obrobkem při víceosém obrábění.
K tomuto účelu bylo použito laserového
senzoru s velmi vysokým rozlišením
(až 5700 cpi), který byl nejprve
náležitě odzkoušen. Bylo také nutné
zkonstruovat a vyrobit přípravek, kterým
by bylo umožněno vystředění
použitého laserového senzoru do osy
vřetena. Pro testování a následné provedení
experimentů s měřením posuvové
rychlosti bylo využito číslicově
řízeného stroje Haas ToolRoom
Mill 1 se čtyřmi souvisle řízenými strojními
osami. Na tomto stroji byl senzor
pomocí sestrojeného přípravku nejprve
vystředěn do osy vřetena. Poté již
bylo přistoupeno ke kalibraci senzoru
- vždy pro konkrétní podmínky měření
posuvové rychlosti a následně již byla
provedena samotná měření při víceosé
interpolaci strojních os. Pro účely měření
však bylo nutné navrhnout určité
tvarové plochy, dle kterých by bylo
možné posuvové rychlosti měřit. K vytvoření
NC měřicích programů bylo
využito CAD/CAM systému CATIA,
ke kterému byl také naprogramován
příslušný postprocesor. Provedená měření
byla vyhodnocena a následně byl
konstatován zjištěný nedostatek řídicího
systému - nedodržení předepsané
posuvové rychlosti dané technologem
v NC programu. Dále byl navržen nový
algoritmus pro nadstandardní funkcí
postprocesoru - predikci posuvové
rychlosti při víceosém obrábění. Postprocesor
byl použit na operace obrábění
stejných tvarových ploch, kterých
bylo využito pro měření posuvových
rychlostí a tak bylo možné velice jednoduše
oba výstupy (měření i predikci)
porovnat. Porovnáním predikovaných
posuvových rychlostí s naměřenými
posuvovými rychlostmi bylo konstatováno,
že byla dosažena téměř stoprocentní
shoda a tedy je algoritmus
v postprocesoru navržen správně. Dále
se přistoupilo k modifikaci algoritmu
v postprocesoru pro predikci posuvových
rychlostí nejen vmístě referenčního
bodu nástroje, ale po celé délce
osy řezné části nástroje. Výsledky
bylo nutné také vhodně graficky interpretovat,
k čemuž bylo využito volně
dostupného (free) softwaru Gnuplot,
kde byly následně posuvové rychlosti
na základě vytvořeného algoritmu
zobrazovány v podobě prostorových
vektorů. Pomocí jazyku C a jeho překladače
byl naprogramován software
pro konverzi 3D plošných modelů
ve formátu “.stl” do formátu, který je
podporován programem Gnuplot a následně
již bylo umožněno zobrazovat
posuvové rychlosti současně s plochami
modelu. Dále bylo přistoupeno
k navržení algoritmu v postprocesoru,
pomocí kterého by bylo možné nesprávné
rozdělení posuvové rychlosti
dopředu „opravovat” či kompenzovat
v NC programu. Poté byl tento algoritmus
do postprocesoru implementován
a tímto postprocesorem vygenerované
NC programy byly též použity pro měření
posuvové rychlosti přímo na CNC
stroji. Tato závěrečná měření byla vyhodnocena
a na tomto základě se konstatovaly
další problémy a byly stanoveny
nové cíle, se kterými je nutné se
v problematice postprocesorů pro víceosé
obrábění dále vypořádat.
Vývoj a aplikace programovacích
metod pro víceosé obrábění probíhal
v roce 2010 následovně: v rámci řešení
projektu bylo praktickým způsobem
testováno zvládnutí generování řídicích
NC programů pro opracování geometricky
složitých ploch, reprezentovaných
lopatkovými díly pro proudění
tekutin, při souvislém 5osém obrábění.
V souvislosti s řešením byly nastudovány
nové metody a strategie víceosého
obrábění, které nabízejí současné
CAM systémy s podporou funkcí řídicích
systémů CNC obráběcích center.
Na základě této činnosti byl připraven
nový postprocesor, plně podporující
nové obráběcí postupy. Na tvarově
složitém obrobku pokračovaly testovací
práce na způsobech programování
CNC obráběcích strojů prostřednictvím
spline interpolací. Po analytickém rozboru
CAM systémem generovaných dat
a teoretickém porovnání dosažených
výsledků se standardně prováděným
způsobem programování, pokračovaly
praktické testovací práce na tříosých
obráběcích centrech, disponujících řídicími
systémy Siemens a Heidenhain.
V dílčím projektu Mikrofrézování,
prostředky a aplikace v návaznosti
na práce vykonané v roce 2009 pokračovalo
v roce 2010 dobudování a oživení
měřicího stanoviště a jeho částí,
pro realizaci zkoušek vysokoobrátkových
vřeten při uměle vyvolané zátěži
(viz obr. 13). Byly tedy prováděny
úpravy hlavně zátěžného členu - elektromagnetické
vířivé brzdy, za účelem
jejího správného ustavení v měřicím
zařízení. Dále bylo přistoupeno k rekonstrukci
uložení hřídele vřetene,
resp. upravení uložení stávajícího,
které bylo vhodné pouze pro první rozběhové
testy. Následně se uskutečnila
první testovací měření, která poukázala
na určité nedostatky ve stávající konstrukci
a bylo rozhodnuto o změně systému
upínání nástrojů ve vřeteni a byla
provedena opatření zvyšující bezpečnost
obsluhy celého zařízení. Pro praktickou
potřebu regulování soustavy byl
zhotoven uživatelský modul pro snadné
zadávání požadovaných otáček vřetene.
Po dokončení všech potřebných
úprav na vřeteni a odladění měřicího
zařízení (připojení všech přístrojů nutných
k vyhodnocování měření) bylo
přistoupeno k provádění výkonových
testů (měření krouticího momentu
v celém spektru dosažitelných otáček).
Tyto testy byly prováděny pro různé
konfigurace pohonu (jiné tvary lopatkování).
V průběhu výkonových testů
bylo také sledováno chování regulace
a ovlivňování jejích kvalit zejména
z hlediska délky přívodního potrubí,
tj. potrubí mezi servoventilem a vřetenem.
Po dokončení testů bylo přikročeno
ke zkouškám v provozu, tedy nasazení
vřetene s regulačním modulem při
frézování zkušebních obrobků. Ve sledovaném
období se podařilo navrhnout
a zhotovit funkční vzorek rychloběžného
přídavného vřetenea určit jeho výkonové
vlastnosti na zkušebním zařízení,
včetně zkoušek v reálném provozu.
TEMA 3.4.
HYBRIDNI TECHNOLOGIE –
KOMBINACE VICE DRUHŮ
TECHNOLOGII
V roce 2010 v dílčím projektu Výzkum
laserových technologií byly vyvinuty
tyto nové technologie: 3D gravírování
keramických materiálů laserem,
dekorování a popisování keramických
materiálů laserem – vtavovacími barvami
(optimalizace parametrů laseru
pro celkem 16 barev), aplikace metody
popisování a dekorování keramických
materiálů na zakřivený povrch, řezání
laserem přesných dílů v závislosti
na korekci s přesností ± 0,01 mm,
vrtání laserem děr o průměru 0,3 až
1 mm, technologie povrchových úprav
hliníkových slitin laserem – zlepšení
mechanických a únavových vlastností
materiálu. Další výsledky: byla zjištěna
obrobitelnost vybraných slinutých
karbidů laserem a obrobitelnost vybraných
keramických materiálů laserem.
Byl optimalizován způsob nanášení
barvy na povrch při popisování a dekorování
keramických materiálů laserem.
Byla aplikována technologie 3D gravírování
na razníky pro popisování kabelů,
optimalizována technologie laserového
svařování pro vysokopevnostní
karosářské plechy a navržena metodika
hodnocení obrobitelnosti materiálů
laserem.
V dílčím projektu Výzkum hybridních
technologií byla zpracována
výzkumná zpráva obsahující přehled
možných řešení kombinací obráběcího
stroje s laserem. Ve zprávě je rovněž
uveden přehled principů měření opotřebení
břitu nástroje a návrhy koncepčního
řešení příslušných zařízení.
ZAVĚREČNE INFORMACE
O VYSLEDCICH PRACE VCSVTT
V ROCE 2010
Výstupem za první rok prodloužení
řešení projektu 1M0507 bylo také 138
publikací, 48 oponovaných výzkumných
zpráv, 28 akcí (realizací) pro
průmysl s nehmotnými výstupy (výzkumné
a vývojové práce a měření), 10
akcí (realizací) pro průmysl s hmotnými
výstupy (prototypy a technologie),
3 podané přihlášky užitných vzorů, 4
podané přihlášky patentů, 3 podané
disertační práce a 3 uspořádané semináře
pro pracovníky průmyslu. Cílů,
které jsou specifikovány v plánu práce
projektu pro rok 2010, bylo dosaženo.
Spolupracovali jsme rovněž s průmyslovými
podniky na řešení devíti projektů
podporovaných MPO.
Hlavní pracoviště Centra je na ČVUT
v Praze (81 osob) a další 3 spoluřešitelská
pracoviště na VUT v Brně (8 osob),
TU v Liberci (5 osob) a na ZČU v Plzni
(11 osob). Průběžná periodická zpráva
o postupu řešení projektu v r. 2010 byla
předána v únoru r. 2011 poskytovateli
dotace (MŠMT) společně s účetním
auditem celého projektu.
Centrum opět splnilo v roce 2010 jednu
z hlavních podmínek programu „1M
Výzkumná centra“ a získalo na podporu
projektu 10 % uznaných nákladů z komerční
sféry. Celkový objem spolupráce
Centra s průmyslem od roku 2003
stále stoupá, jak je patrno z grafu (viz
obr. 14). Stále rostoucí zájem průmyslu
o spolupráci s Centrem bez ohledu
na současnou celkovou krizi je pravděpodobně
odrazem správně zaměřeného
výzkumného programu Centra, který
byl tvořen za těsné spolupráce s průmyslem
strojírenské výrobní techniky.
Soustavné vzdělávání pracovníků Centra
stále probíhá u většiny výzkumníků
formou absolvování různých kurzů
a také pomocí doktorského studia řady
mladých pracovníku Centra.
Centrum se podílí na doktorském
studijním programu v těchto oborech:
3909V001 Konstrukční a procesní
inženýrství
2303V002 Strojírenská technologie
3901V024 Mechanika tuhých
a poddajných těles
a prostředí
Na všech pracovištích Centra působilo
v roce 2010:
9 školitelů (pracovníci Centra),
6 školitelé externí (z jiných ústavů),
2 školitelé specialisté
(pracovníci Centra),
39 školených doktorandů, z nichž
3 během roku 2010 předložili
k obhajobě své disertační práce.
Od založení centra v roce 2000 již
bylo v rámci doktorského studia pracovníky
centra obhájeno 25 doktorských
disertačních prací. Témata disertačních
prací školených doktorandů
jsou orientována na problematiku řešenou
v projektech Centra nebo těmto
projektům velmi blízkou. Na činnosti
Centra se rovněž podílí 6 studentů magisterských
studií.
Podrobnější informace o VCSVTT
včetně nabídky spolupráce Centra
průmyslu a kontaktů na Centrum je
možno získat na internetové adrese:
www.rcmt.cvut.cz.
Prof. Ing. Jaromír Houša, DrSc.,
vedoucí VCSVTT
