SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA VYUŢITIE 5-OSÉHO OBRÁBANIA V PRAXI BAKALÁRSKA PRÁCA MTF-5290-57224 Študijný program: počítačová podpora výrobných technológií Číslo a názov študijného odboru: 5.2.51 výrobné technológie Školiace pracovisko: STU MTF so sídlom v Trnave Vedúci záverečnej práce/školiteľ: Ing. Ivana Kleinedlerová Konzultant: Radovan Kucej Trnava 2011 Martin Kuka
POĎAKOVANIE Rád by som na tomto mieste poďakoval mojej školiteľke pani Ing. Ivane Kleinedlerovej za ústretový prístup, ochotu pomôcť, trpezlivosť a odborné vedenie pri písaní bakalárskej práce. Trnava dňa 31. 05. 2011... Martin Kuka
SÚHRN KUKA, Martin: Využitie 5-osého obrábania v praxi. [Bakalárka práca]- Slovenská technická univerzita v Bratislave. Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave. Školiteľ: Ing. Ivana Kleinedlerová- MtF STU, 2011. 49 s. Kľúčové slová : CNC obrábacie centrum, súčiastka, CAD/CAM systém, 5-osé Cieľom bakalárskej práce bolo vyrobiť súčiastku na jedno upnutie prostredníctvom 5- osého obrábacieho centra. Práca je rozčlenená na štyri časti. Začína štúdiom problematiky 5- osého obrábania, pričom zhŕňa najaktuálnejšie a najdôleţitejšie informácie z danej oblasti. Druhá časť práce sa zaoberá tvorbou výkresovej dokumentácie súčiastky. Pri tvorbe tejto dokumentácie bol pouţitý program CAD. Tretiu časť práce tvorí návrh výroby súčiastky, ktorý bol vytvorený prostredníctvom softvéru CAM. Posledná časť práce sa zaoberá zhodnotením výroby súčiastky, s ohľadom na splnenie cieľov práce. Súčiastka bola vyrobená na jedno upnutie CNC obrábacím strojom Spinner U620. Práca predstavuje náhľad na problematiku 5-osého obrábania z hľadiska praxe.
ABSTRACT KUKA Marin: Use of 5-axis machining in practice. [Bachelors work] Slovak University of Technology Bratislava. Fakulty of Materials Science and Technology in Trnava. - Supervisor: Ing. Ivana Kleinedlerová-MtF STU, 2011, 49 p. Keywords: CNC machining center, parts, CAD / CAM system, 5-axis, clamping device The aim of bachelor work was to produce the component by one clamping by using 5- axis machining center. The work is divided into four parts. Begins studying issues 5-axis machining, which summarizes the latest and most relevant information from the field. The second part deals with the creation of drawings parts. In creating this documentation was used CAD program. The third part is the design, production parts, which was created by CAM software. The last part deals with the assessment of production parts, with a view to attaining the objectives of the work. Component was produced on a CNC machine tools, clamping Spinner U620. The paper presents the insight 5-axis machining in terms of practice.
OBSAH ZOZNAM PRÍLOH... 8 ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ A ZOZNAM TABULIEK... 9 ÚVOD... 10 1 ŠTÚDIUM PROBLEMATIKY 5-OSÉHO OBRÁBANIA... 11 1.1 Číslicovo riadené výrobné stroje... 11 1.2 Charakteristika päť-osého obrábania... 13 1.3 Programové riadenie... 13 1.4 Súradnicová sústava obrábacieho stroja... 14 1.5 Kontrola a meranie technologického procesu... 15 1.6 Prípravok... 18 1.7 Nástroj... 19 1.8 Výrobný stroj... 19 2. TVORBA VÝKRESOVEJ DOKUMENTÁCIE SÚČIASTKY... 21 2.1 SolidWorks CAD... 22 2.2 Modelovanie v programe SolidWorks... 22 2.3 Tvorba výkresovej dokumentácie... 24 3 NÁVRH VÝROBY SÚČIASTKY 5-OSOVÝM OBRÁBANÍM... 25 3.1 NX 7 CAM... 25 3.2 Programovanie výroby súčiastky v NX7 CAM... 25 3.3 Príprava programu na CNC stroji... 33 3.4 Tvorba nového CNC programu v programe ShopMill... 36 3.5 Simulácia... 40 3.6 Obrábanie súčiastky Aero1.0... 41 4. ZHODNOTENIE VÝROBY... 44 ZÁVER... 46 ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ODKAZOV... 47 7
ZOZNAM PRÍLOH Príloha 1. Výkresová dokumentácia Aero1. Príloha 2. Výkresová dokumentácia Aero1. 8
ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ A ZOZNAM TABULIEK Obrázok 1 - posunutie nulového bodu...... 13 Obrázok 2 - zmena roviny obrábania...14 Obrázok 3 - súradnicový systém [13]... 15 Obrázok 4 - výkres meracej sondy[11]... 16 Obrázok 5 -meracia sonda [11]... 16 Obrázok 6 - nastavenie hrany obrobku v systéme ShopMill... 16 Obrázok 7 - zarovnanie hrany... 17 Obrázok 8 - meranie polohy súčiastky meracou sondou... 17 Obrázok 9 zverák [11]... 19 Obrázok 10 - obrábacie centrum Spinner U-620 [6]... 20 Obrázok 11 - prostredie systému SolidWorks... 21 Obrázok 13 - zobrazenie definovania polotovaru... 26 Obrázok 12 - zobrazenie definovania nulového bodu... 26 Obrázok 15 - okno výberu operácie... 27 Obrázok 14 - okno výberu spôsobu obrábania... 27 Obrázok 16 - vygenerované dráhy nástroja... 28 Obrázok 17 - spôsoby obrábania... 28 Obrázok 18 - voľba moţnosti geometrie... 28 Obrázok 19 - zobrazenie výberu vektora... 29 Obrázok 20 - profilovanie... 30 Obrázok 21 - zobrazenie helix... 31 Obrázok 22 zobrazenie grafického priebehu... 32 Obrázok 23 - voľba postprocesora... 33 Obrázok 24 - Časť programu pre súčiastku Aero 1.0... 34 Obrázok 25 - voľba pre cyklus 832... 35 Obrázok 26 - základný blok programu a voľba polotovaru... 36 Obrázok 28 - frézovanie kapsy... 37 Obrázok 27 - vytvorenie kontúry... 37 Obrázok 29 - frézovanie po dráhe... 38 Obrázok 30 - polohy... 38 Obrázok 31 - cyklus naklápania... 39 Obrázok 32 - časť programu... 40 Obrázok 33 - ukáţka simulácie... 40 Obrázok 34 snímanie nulových bodov obrobku... 41 Obrázok 35 - priebeh výroby na zobrazovacom panely... 42 Obrázok 36 - priebeh výroby priamo v CNC stroji... 43 Obrázok 37 - zobrazenie hotovej, odpílenej súčiastky na mostíku... 44 Obrázok 38 -Obrázok 38 - Finálna obrobená súčiastka... 45 Obrázok 39 Finálna vymodelovaná súčiastka... 45 Tabuľka 1 - Postup modelovania súčiastky...24 9
ÚVOD 5-osé obrábanie patrí v súčasnosti medzi najčastejšie pouţívané výrobné postupy pri kusovej alebo malosériovej výrobe. Ide o progresívnu metódu, ktorá výrazne skracuje výrobný čas, tým aj ceny výroby. Vyrábanie na 5-osom obrábacom centre vyţaduje kvalifikovanú pracovnú silu z hľadiska dielenského programovania ako aj programovania prostredníctvom CAM systému. Najväčšou výhodou 5-osého obrábania je to, ţe je moţné súčiastku obrábať zo všetkých 6 strán v jednom upnutí obrobku. Cieľom tejto bakalárskej práca bolo prezentovať 5-osé obrábanie v praxi a to na základe výroby konkrétnej súčiastky. Hlavným cieľom našej práce bolo vyrobenie súčiastky (ďalej Aero1.0) na jedno upnutie prostredníctvom 5-osého obrábacieho centra. Z praktického hľadiska to znamená vyrobiť súčiastku, ktorá bude cenovo i kvalitatívne prijateľná pre potencionálneho zákazníka. To znamená zníţiť výrobný čas, dosiahnuť čo najväčšiu presnosť výrobku a minimalizovať spotrebu materiálov. Tieto poţiadavky tvoria ďalšie ciele práce. Za účelom ich splnenia bude nutné pouţiť kombináciou programovania v CAM systéme spolu s dielenským programovaním a tým vyuţiť všetky výhody 5-osého obrábacieho centra. Ako prvé sme si zvolili tvar takej súčiastky, pri výrobe ktorej sa budú najlepšie prezentovať výhody 5-osého obrábania. Následne sme vybranú súčiastku Aero1.0 namodelovali a zakotovali v CAD systéme SolidWorks. Pomocou systému NX7 CAM sme vytvorili NC program, ktorý bol skombinovaný s programom vytvoreným na CNC stroji Spinner U620, na ktorom sme súčiastku vyrobili. Výsledná súčiastka Aero1.0 spĺňala všetky poţiadavky, ktoré boli určené ako ciele práce. Bola vyrobená na jedno upnutie, s čím súviselo aj zníţenie výrobného času, a tieţ bola dodrţaná geometrická presnosť súčiastky. 10
1 ŠTÚDIUM PROBLEMATIKY 5-OSÉHO OBRÁBANIA Hlavným prínosom 5-osého obrábania je schopnosť stroja obrábať komplexne v jednom upnutí. 5-osé obrábanie nám umoţňuje riadenie piatich osí súčasne. To poskytuje väčšiu produktivitu obrábania v porovnaní s klasickým 3-osým obrábaním, okrem toho výrazne zníţi čas a náklady na prípravu a príslušenstvo. S preupínaním obrobku je tu vţdy moţnosť nesprávneho zarovnania obrobku pri klasickom obrábaní. Ďalšou výhodou 5-osého obrábania je, ţe umoţňuje pouţiť kratšie rezné nástroje orientované hlavou vţdy k povrchu. V dôsledku toho môţeme zvýšiť rezné rýchlosti bez nadmerného zaťaţenia nástroja, takţe sa zvýši ţivotnosť nástroja a zníţi opotrebenie. Pouţitie kratšieho upínania tieţ zniţuje vibrácie nástroja, ktoré môţu spôsobiť nekvalitu obrobeného povrchu hlbokými brázdami. Získaná vyššia kvalita povrchu zniţuje a dokonca eliminuje čas potrebný na ručné úpravy. Jedným z najväčších prínosov pouţitia 5-osého obrábania je schopnosť stroja vyrábať zloţité diely z polotovaru, ktorý by inak musel byť odlievaný. Pre prototypy a veľmi malé série je tento prístup rýchlejší a lacnejší. To umoţňuje skrátiť dodacie lehoty do jedného alebo dvoch týţdňov namiesto dvoch alebo viac mesiacov, ktoré by boli potrebné na odliatky. 5-osé obrábanie môţe tieţ skrátiť časy pri vŕtaní zloţitých otvorov, dutín a jadier foriem. Vŕtanie rady zlúčených otvorov s rôznymi uhlami je pri 3-osom preupínaní časovo náročné. S piatimi osami stroja môţe byť hlava orientovaná pozdĺţ osi kaţdého otvoru správne a automaticky, čo umoţňuje rýchlejšie dokončiť vŕtanie [12]. Nasledujúce kapitoly sú venované postupne problematike strojov, nástrojov, obrobkov a prípravkov. 1.1 Číslicovo riadené výrobné stroje Číslicovým riadením (často sa používa skratka z angličtiny CNC Computer Numerical Control) sa rozumie v širšom slova zmysle činnosť číslicového počítača pre riadenie pohybu nástroja alebo obrobku definovanú rýchlosťou po danej trajektórii v priestore alebo rovine. Pri číslicovom riadení obrábacích strojov ide konkrétne o riadenie procesu obrábania i pomocných funkcií na základe číselných údajov a príkazov. CNC je teda obrábací stroj, ktorý je numericky riadený a konštrukčne uspôsobený tak, aby pracoval v automatickom cykle a mal automatickú výmenu nástrojov [1]. 11
Číslicovo riadené výrobné stroje (CNC) sú charakteristické tým, ţe ovládanie pracovných funkcií stroja je vykonávané riadiacim systémom pomocou vytvoreného programu. Informácie o poţadovaných činnostiach sú zapísané v programe pomocou alfanumerických znakov. Vlastný program je daný postupnosťou oddelených skupín znakov, ktoré sa nazývajú bloky alebo vety. Program je určený pre riadenie silových prvkov stroja a zaručuje, aby prebehla poţadovaná výroba súčastí [2]. Informácie, ktoré program obsahuje, je moţné rozdeliť na [2]: geometrické popisujú dráhy nástroja v osách x, y, z (a často aj v ďalších osách podľa konštrukcie stroja a náročnosti výrobku); technologické stanovujú technológiu obrábania z hľadiska rezných podmienok (otáčky, rezné rýchlosti); pomocné - sú to informácie, povely pre stroj na určité pomocné funkcie (napr. zapnutie čerpadla chladiacej kvapaliny; CNC obrábací stroj je zloţený z niekoľkých hlavných častí, a to [2]: počítač jedná sa o priemyselný počítač s nahratým riadiacim systémom, ktorý je súčasťou stroja; riadiace obvody v týchto obvodoch sa logický signál na silnoprúdový elektrický signál, ktorým sa priamo ovládajú jednotlivé časti stroja motory vretena a posuvu; interpolátor vypočítava dráhu nástroja a zaručuje geometrickú presnosť výrobku; porovnávací obvod jedná sa o spätnú väzbu, ktorá prináša informácie o dosiahnutých geometrických hodnotách suportov v súradnicových osách; o riadiaci panel obsahuje niekoľko prvkov: o vstup dát alfanumerická klávesnica, USB port; o ovládanie stoja; o voľba režimu práce - manuálny reţim, automatický reţim; o obrazovka. 12
1.2 Charakteristika päť-osého obrábania Päťosé obrábanie definujeme ako riadenie 5 osí súčasne pri obrábaní pri posuvoch v osách X, Y, Z otočným stolom C a jeho naklopením A alebo B [2]. Všeobecným cieľom päťsúradnicového obrábania je opracovanie obrobku na jedno upnutie, t. j. pouţitím jedinej prevádzkovej konfigurácie na výrobu dielcov za čo najkratší celkový čas. Vysoké percento 5-osových operácií zahrňuje zloţité súvislé riadenie dráhy a obrábanie viacerých povrchov v jednom cykle [10]. Naklápanie osí je riešené cyklami CNC stroja, ktoré slúţia na posunutie nulového bodu v smere osí X, Y, Z (obr. 1) a následnej zmene roviny obrábania okolo zadanej osy (obr.2). CNC stroj naklopí otočný stôl a následne prepočíta polohu posunutého bodu a roviny v pracovnom priestore s ohľadom na polohu súradnicového systému po naklopení. Obrázok 1 - posunutie nulového bodu Obrázok 2 - zmena roviny obrábania 1.3 Programové riadenie Programové riadenie CNC obrábacieho stroja umoţňuje samočinný priebeh pracovného cyklu výrobného zariadenia alebo celého procesu podľa určitého programu. CNC riadenie, t.j. číslicové riadenie je povaţované za najvyšší stupeň programového riadenia. Je definované ako spôsob samočinného riadenia strojov alebo celých procesov pomocou vopred pripravenej postupnosti podľa informácií uloţených v pamäti stroja. Program pohybového a funkčného cyklu sa vkladá vo forme čísiel do riadiaceho systému [9]. Spôsoby vytvorenia CNC programu CNC program má v automatizácii strojárskej výroby veľký význam. Predstavuje pruţný prostriedok umoţňujúci reagovať na zmeny vo výrobe. Jeho tvorbe je venovaná veľká pozornosť. Najmä pri zloţitých tvarových plochách sú v súčasnosti jeho tvorbu bez počítačovej podpory nie je moţné predstaviť [9]. 13
Vo všeobecnosti je moţné NC program vytvoriť nasledovnými spôsobmi: priamym písaním NC-kódu, pouţitím geometrických programovacích jazykov, pouţitím CAM ako počítačového systému, pouţitím CAD/CAM systému. V literatúre je moţné sa stretnúť s delením metód tvorby CNC programov do dvoch skupín [9]: ručné programovanie (dielenske pogramovanie) automatizované programovanie (CAM programovanie) 1.4 Súradnicová sústava obrábacieho stroja Výrobné stroje pouţívajú kartezianský systém súradníc, viď. obr. 1. Karteziansky systém súradníc je nutný pre riadenia stroja, nástroj sa v ňom pohybuje podľa zadaných príkazov z riadiaceho panelu CNC stroja alebo podľa príkazu uvedených v spustenom CNC programe. Je nutný na meranie nástrojov [2]. Pohyb nástroja je definovaný v pravotočivom súradnicovom systéme s osami X, Y a Z. Os Z je totoţná s osou vretena a je orientovaná proti vretenu. Osi X, Y sú kolmé na os Z, určujú smer pozdĺţneho a priečneho pohybu, pričom ich orientácia je závislá od polohy vretena aktuálneho súradnicového systému [3]. Kruhové premiestnenia pracovných mechanizmov stroja s nástrojom, proti osi X, Y, Z označujeme A, B, C. Kladný smer rotácie je v smere hodinových ručičiek v pohľade z konca osi. Nulový bod stroja sa určí tak, aby všetky premiestnenia boli kladné. Ak má stroj kruhový stôl, je to priesečník základnej roviny stola a jeho osou rotácie. Súradnicový systém obrobku sa pouţíva na zadanie súradníc oporných bodov obrábaných plôch. Oporné sú body začiatku, konca, prieseku alebo dotyku geometrických prvkov, z ktorých s skladá súčiastka a trajektória pohybu nástroja. Pouţíva sa pravouhlý, valcový alebo sférický súradnicový systém. Pri spracovaní riadiaceho programu programátor pouţíva najmú súradnicový systém súčiastky [4]. 14
Obrázok 3 - súradnicový systém [13] 1.5 Kontrola a meranie technologického procesu Obrábacie centrá sa vyznačujú dostatočnou presnosťou polohovania pracovných mechanizmov. Preto sa v širokej miere kontrolujú obrobky bezprostredne na stroji. Systém riadenia (regulovania) sa skladá z meracej sondy (obr. 2,3) umiestnenej vo vretene stroja, ďalej zo systému spracovania získanej informácie a vytvorenia signálu na reguláciu (prestavenie) technologického systému. Poloha polovýrobku sa prestavuje korekciou riadiaceho programu. Systém merania polovýrobkov priamo na obrábacích centrách je určený na objavenie odchýlky od daných rozmerov obrobku a na určenie veľkosti korekcií, ktoré sa potom realizujú automaticky [8]. Pomocou meracej sondy na stroji moţno zistiť nielen presnosť rozmerov obrobku, ale aj ďalšie parametre [8]: identifikáciu vylomenia nástroja, učenie geometrického tvaru nástroja, určenie presnosti polohy obrobku, identifikáciu unášača (palety). 15
Obrázok 5 -meracia sonda [11] Obrázok 4 - výkres meracej sondy[11] Meranie polohy obrobku na CNC stroji Pri programovaní obrobku sa ako vzťaţný bod vţdy pouţíva počiatok súradnicovej sústavy obrobku (nula). Určovanie nuly obrobku sa môţe uskutočňovať v jeho nasledujúcich prvkoch: hrana obr. 4 kapsa/diera hriadeľ rovina Obrázok 6 - nastavenie hrany obrobku v systéme ShopMill 16
Meranie rotačných osí Pomocou merania môţeme nastaviť (obr. 5) kruhové osi do poţadovanej polohy podľa polohy obrobku. Máme dve moţnosti polohovania: zarovnanie stola ide o natočenie rotačnej osi zarovno meranej hrany obrobku; rotácia súradníc ide o natočenie súradnicového systému bez natočenia rotačnej osi [10]. Obrázok 7 - zarovnanie hrany Meranie počas výrobného procesu Počas výroby obrobku je moţné skontrolovať rozmery geometrických tolerancií pomocou meracej sondy (obr. 6). Rozmery je moţné zmerať aj pri naklopených osiach pomocou cyklu naklápania súradnicového systému. Pri naklopeniach, pri ktorých sú plochy kolmé alebo rovnobeţné s hlavnou osou, je moţné zmerať rozmer od nulového bodu súčiastky. Tieto rozmery je potrebné mať vopred zakótované na výkresovej dokumentácii. Obrázok 8 - meranie polohy súčiastky meracou sondou 17
1.6 Prípravok Najmodernejší, rýchloupínací zverák je súčasťou stroja pri výrobe vhodných dielcov na upínanie do zveráku. Príslušenstvom zveráka sú rôzne druhy vymeniteľných čeľustí zubaté čeľuste (viď. obr. 9). Čeľuste môţeme rozdeliť na mäkké a presné prizmatické čeľuste. Mäkké čeľuste je moţné priamo vo zveráku ofrézovať a tak vytvoriť potrebný tvar slúţiaci ako lôţka pre rôzne typy súčiastok. Prizmatické čeľuste sú špecifické svojim prizmanitickým tvarom a dovoľujú nám obrábať hriadeľové súčiastky. Regulácia upínacej sily umoţňuje vyhnúť sa deformácii dielcov pri stabilnom upnutí. Vďaka konštrukcii a robustnosti zveráka je moţné získať flexibilitu a väčšiu prístupnosť pri obrábaní zloţitých a tvarovo náročných dielcov na 5-osých centrách. Parametre zveráka [11]: komplexný rozsah vretena vďaka vysokým upínacím čeľustiam, rozšírený rozsah upínania otočením upínacích čeľustí aţ 267 mm, optimálna prístupnosť zo všetkých strán aj v prípade malých obrobkov presadením pevných čeľustí, nulový bod obrobku zostáva na pevných čeľustiach, menšia frekvencia zmien upnutia, dlhšia ţivotnosť vretena, trvale spoľahlivá, mechanická upínacia sila aj pri práci bez obsluhy, maximálna upínacia sila sa dosiahne iba jediným pohybom páky (160 ) bez otáčania kľukou, teda je moţné voľne polohovanie na stole stroja, plynule prednastaviteľná upínacia sila, práca bez chvenia vďaka stabilnej konštrukcii, veľmi rýchle nastavenie. práca bez chvenia vďaka stabilnej konštrukcii, veľmi rýchle nastavenie. 18
Obrázok 9 zverák [11] 1.7 Nástroj Správna geometria rezného nástroja a dosah náradia v kombinácii s celkovou technologickou flexibilitou sú primárne faktory, ktoré výrobcovia stále častejšie posudzujú pri koncipovaní stratégií 5-osového obrábania. Vysoké percento 5-osových operácií zahrnuje zloţité súvislé riadenie dráhy, obrábanie viacerých povrchov v jednom cykle, veľký počet hlbokých vybraní, malých polomerov a kombinovaných povrchov, nato boli vyvinuté koncové frézy CoroMill, ktoré majú patentovaný upínací systém medzi vymeniteľnou karbidovou hlavou oceľovou stopkou. Spojka vymeniteľnej hlavy má samostrediacu skrutku so špeciálnym závitom, ktorý pevne fixuje hlavu k drieku nástroja. Vymeniteľná hlava je pevne dotiahnutá k axiálne opornej ploche a ku kuţeľovej opornej ploche v radiálnom smere. To zaručuje vysokú odolnosť proti ohybovým silám pôsobiacim v 5-osových obrábacích operáciách [10]. Tento nástroj bol vyuţitý pri hrubovaní súčiastky. 1.8 Výrobný stroj Výroba súčiastky bola realizovaná vo firme TFM Slovensko (Technology for metalworking industry) so sídlom v Sučanoch. TFM je rakúska spoločnosť, pôsobí na trhu od roku 1996 a zaoberá sa mechanickým obrábaním, konštrukciou, výrobou nástrojov, výrobu foriem a prototypingom. Firma disponuje bohatým strojným parkom 5-osých frézovacích centier. 5-osé frézy sú určené pre nástrojárov, pre výrobu foriem a zápustiek. Základnou 19
podmienkou pri 5-osom obrábaní je konštrukcia stroja, ktorá umoţňuje riadenie a pohyb v piatich osiach súčasne, pri obrábaní. Pre potreby tejto práce a s ohľadom na vyrábaný výrobok bolo zvolené obrábacie centrum Spinner U620. Jedná sa o CNC zvislé obrábacie centrum, ktoré v sebe spája moţnosť pohodlnej obsluhy a výrobu vysoko presných súčiastok. Z jednej strany je uloţený dvojosový otočný a naklápací stôl. Otáčanie a naklápanie stola je realizované pomocou vstavaných elektromotorov. Stoj je vybavený operačným riadiacim systémom ShopMill. Toto zariadenie je zobrazené na obr. 10. Základné parametre stroja Spinner U-620: Obrázok 10 - obrábacie centrum Spinner U-620 [6] moţnosť simultánneho frézovania vo všetkých osiach, riadiaci systém siemens 840D so systémom shop mill 7.5, štandardný zásobník na 32 nástrojov s výmenným ramenom, štandardné vreteno 12 000 ot./min, konštrukcia stroja určená pre obrobky rozmerov 500 x 500 x 500 mm, stroj je určený pre najväčšiu presnosť a prístup do pracovného priestoru [6], disponuje dopravníkovým pásom na odvoz triesky. 20
2. TVORBA VÝKRESOVEJ DOKUMENTÁCIE SÚČIASTKY Konštrukčnú dokumentáciu tvoria grafické a textové dokumenty, ktoré jednotlivo alebo spoločne s inými dokumentmi určujú výrobok. Obsahujú údaje pre vývoj, zhotovenie, kontrolu, dodávku, prevádzku a opravy výrobku [5]. Táto kapitola sa venuje tvorbe konštrukčnej dokumentácie, ktorá slúţi ako podklad pre zhotovenie konkrétneho výrobku. Nasledujúce kapitoly sa venujú problematike modelovania a tvorbe výkresovej dokumentácie, ktorá bola realizovaná v programe CAD systéme (viď. prostredie systému na obr. 11). Obrázok 11 - prostredie systému SolidWorks 21
2.1 SolidWorks CAD CAD (Computed Aided Desing) predstavuje počítačov návrh, resp. počítam podporovaný návrh súčiastky, alebo počítačom podporovanú tvorbu konštrukčnej dokumentácie. Ide o software pre geometrické a matematické modelovanie súčiastok a ich vlastností. Patria sem úlohy interaktívneho modelovania a konštruovania, vytváranie geometrických modelov a objektov, manipulácia s modelmi a transformácia týchto modelov do digitálnej formy. Okrem grafických činností CAD systémy umoţňujú realizovať rôzne inţinierske výpočty a analýzy. CAD systémy sú v súčasnosti komplexné systémy slúţiace na návrh súčiastky, zahrňujú všetky aktivity realizované počas konštrukčného návrhu súčiastky, počínajúc grafickým návrhom (modelovanie), uskutočnením mnoţstva rôznych inţinierskych výpočtov a analýz, končiac tvorbou výkresovej digitalizovanej dokumentácie z modelu súčiastky a vizualizáciou súčiastky (celej zostavy) [7]. 2.2 Modelovanie v programe SolidWorks V tabuľke č. 1 je zobrazený vývoj modelovania súčiastky Aero1.0 v programe SolidWorks (CAD). Prvý stĺpec tabuľky poukazuje na lištu stavu strom. Obsahuje prvky, ktoré sú tvorené skicami. Druhý stĺpec obsahuje aktuálnu vymodelovanú časť modelu. Bliţší popis operácie je v treťom stĺpci tabuľky 1. 22
Lišta stavu Modely Popis Obr. 1.: vymodelovanie východiskovej časti súčiastky Aero1,0. Skica bola nakreslená pomocou prvkov čiar a zaoblení a vytiahnutá do priestoru na stanovenú hrúbku. Obr. 2.: odzrkadlenie východiskovej časti. Vymodelovaná východisková časť bola pomocou prvku patern a pomocnej osi axis skopírovaná. Obr. 3.: domodelovanie prvku Po vybratí roviny bola skica nakreslená pomocou prvkov čiar a zaoblení a vytiahnutá do priestoru na stanovenú hrúbku. Obr. 4.: domodelovanie prvku Po vybratí roviny bola skica nakreslená pomocou prvkov čiar a zaoblení a vytiahnutá do priestoru na stanovenú hrúbku. Obr. 5.: Vyrezanie materiálu Na vytvorenom modely boli pridané zaoblenia. Dokreslená skica vybratia a kapsy bola vyrezaná funkciou extrude. Pomocou konštrukčnej roviny a pouţitia funkcie mirror boli vybratia odzrkadlenia vybraté na druhú časť modelu. Obr. 6.: Pridanie prvkov Na model boli pridané prvky, ktoré boli zlúčené s modelom. Tabulka 1. Postup modelovania súčiastky 23
2.3 Tvorba výkresovej dokumentácie Na základe vymodelovanej súčiastky bol vytvorený technický výkres priamo v programe SolidWorks, viď. prílohu. 1. Prepnutím v programe do reţimu tvorby výkresu a montáţnych schém sa aktivuje prostredie obsahujúce prvky pre tvorbu výkresov. Výkresová dokumentácia bola tvorená nasledujúcim postupom: výber vhodného rozmeru listu výkresu, vloţenie pohľadov súčiastky do výkresového listu, nastavenie mierky, vytvorenie detailných pohľadov a výrezov podľa potreby, zakótovanie rozmerov súčiastky a geometrických tolerancií. Tvorba výkresovej dokumentácie súčiastky by mala byť ovplyvnená technológiou, v našom prípade 5-osého obrábania, mala by obsahovať: zakótované pohľady, slúţiace pre dielenské programovanie, kóty posunutia nulových bodov pre roviny naklápania, zakótované uhly naklopení, zakótované pohľady z hľadiska naklápania, izometrický pohľad, pre získanie prehľadu o súčiastke, detailné pohľady zloţitých prvkov. 24
3 NÁVRH VÝROBY SÚČIASTKY 5-OSOVÝM OBRÁBANÍM Návrh súčiastky a technológia výroby pri 5-osom obrábaní musí obsahovať určité konštrukčno-technologické prvky, ako sú zloţité uhly, tvary a prechody rovín. Rôzne druhy súčiastok vhodných pre 5-osé obrábanie sa musia upínať pomocou špeciálnych a stavebnicových prípravkov. Pri polotovaroch nevhodných pre upínanie do prípravkov sa pouţije zverák alebo skľučovadlo. Táto skutočnosť ovplyvňuje veľkosť technologického prídavku, tým pádom aj cenu polotovaru. Pri výbere súčiastok pre obrábanie na 5-osých CNC strojoch je rozhodujúci faktor času obrábania. Ak porovnáme 5-osé obrábanie s 3- osým obrábaním, tak 5-osové obrábanie je časovo výhodnejšie. Pri návrhu výroby sa riešia nasledujúce otázky: Je súčiastka vyrobiteľná? Ako umiestniť súčiastku pre minimalizáciu veľkosti polotovaru? Aké technologické postupy obrábania zvolíme? Koľko upnutí pri výrobe bude súčiastka vyžadovať? Ako progresívnu metódu bolo zvolené programovanie v NX7 CAM, o ktorom sme sa zmienili vyššie. 3.1 NX 7 CAM CAM (Computer Aided Manufacturing) označenie pre oblasť výrob podporovanú počítačom. CAM je moţné chápať na dvoch úrovniach ako nejaký konkrétny systém (CNC riadenie a NC stroj) alebo ako určitý komplexný pohľad na počítačovú podporu vo výrobe. CAM ako software slúţi na prípravu CL dát vo výrobnom procese a na uskutočnenie simulácií výborného procesu. Zo širokého hľadiska je to pouţitie počítačových systémov priamo vo výrobnom procese. CAM systémy zahrňujú číslicové riadenie výrobnej techniky, robotov, medzioperačnej dopravy výrobkov, polotovarov, náradia apod. Patria sem počítačové operatívne riadenie výroby na dielenskej úrovni, číslicovo riadené výrobné systémy, automatizované dopravníky, sklady apod. [7]. 3.2 Programovanie výroby súčiastky v NX7 CAM Výroba súčiastky začína programovaním v NX7 CAM. Najprv sa importuje model vytvorený v programe SolidWorks do NX7. V programe sa vytvorí kópia modelu, ktorá bude slúţiť na úpravy modelu pri programovaní obrábania. 25
Voľba nulového bodu: Ako prvé je potrebné zadefinovanie nulového bodu. Zadanie nulového bodu sa realizovalo pomocou ikony vytvorenia nulového bodu. Po zobrazení okna sa zvolil dynamický spôsob výberu nulového bodu. Na súčiastke sa vybral geometrický prvok, od ktorého sa definovala poloha a uhol natočenia súradnicového systému súčiastky v programe, viď. obr. 12. Obrázok 12 - zobrazenie definovania nulového bodu Po zvolení nulového bodu súčiastky sa zvolila veľkosť polotovaru. V programe sa zvolil vytvoriť polotovar. Program na základe toho automaticky zadál dotyčnice koncových bodov, t.z. najmenšie moţné rozmery. V prípade potreby je moţné ich manuálne alebo zadaním presnej hodnoty zväčšiť alebo zmenšiť (obr. 13). Po potvrdení zadania zmiznú hranice a program automaticky počíta s týmito rozmermi a zobrazuje ich len pri simulačnom priebehu (obr. 22). Obrázok 13 - zobrazenie definovania polotovaru 26
V ďalšom kroku sa v programe vybrala moţnosť create operation, a spôsob obrábania frézovanie (obr. 15). Ďalej sa v ponuke nachádzal výber nástroja. Vybral sa nástroj, ktorým sme obrábali. Nástroje sú preddefinované a geometricky namodelované v databáze nástrojov. Výber správneho nástroja sa volí podľa vhodného spôsobu obrábania. Ako prvé bolo zvolené hrubovanie. Obrázok 14 - okno výberu operácie Obrázok 15 - okno výberu spôsobu obrábania Po výbere nástroja sa zvolil typ obrábania frézovanie kontúry. Z moţností výberu sa zvolilo profilovanie v konštantnej hĺbke z. To znamená, ţe materiál bol odoberaný v hladinách. Po voľbe a potvrdení zadania program zobrazí ďalšie voľby úpravy a spracovania zvoleného spôsobu obrábania. V našom prípade bolo zvolené hrubovanie pre potreby odobratia čo najväčšej vrstvy materiálu a v čo najkratšom čase. V strednej časti okna na obr. 14 si môţeme z ponuky vybrať pohyb nástroja vo zvolenom spôsobe obrábania: kapsovanie, profilovanie, lúpanie, priamočiare riadkovanie. 27
Nami bolo zvolené kapsovanie s ofsetom. Ďalšia ponuka moţností v tomto okne je rozšírenie a úprava voľby. Z okna znázorneného na obr. 14 bolo z riadku akcie zvolené prepočítanie dráh nástroja, program vypočíta a zobrazí dráhy nastroja. Podľa vygenerovaných dráh nástroja (obr. 16) máme ďalšie moţnosti úpravy a doladenie. Obrázok 16 - vygenerované dráhy nástroja Po potvrdení zadania sa zobrazí okno (obr. 18) poskytujúce výber moţností. Pomocou funkcie cut aera sa zvolila na modely plocha alebo hranice plochy, ktoré chceme obrábať. Po zvolení priestoru sa daná oblasť rozsvieti inou farbou. Ďalšou moţnosťou je vybrať hranice obrábaného priestoru, ktoré slúţia na určenie miesta pohybu Obrázok 17 - spôsoby obrábania Obrázok 18 - voľba možnosti geometrie 28
nástroja, t.z. budú obrobené všetky označené miesta po hranice obrábaného priestoru. Ďalšou moţnosťou definovania plôch, ktoré chceme obrobiť sa nachádzajú v rozšírenej voľbe programu cutting parameter. Tu sa nachádzajú funkcie pomocou ktorých zvolíme moţnosť obmedzenia pohybu nástroja, viď obr. 17. Vytvorenie časti programu, ktorý sa zaoberá obrábaním s výberom vektora. Pokiaľ nejde o výrobu súčiastky s plynulým 5-osým obrábaním, vytvára sa program pomocou výberu vektora, ktorý definuje rovinu obrábania kolmú na os Z. Po moţnosti výberu tool axis sa zobrazí okno definovania hlavnej osi nástroja. Vo výbere okna zvolíme select object a označíme plochu, na ktorú má byť vektor kolmý a určíme mu smer. Ďalej stroj po prepočítaní dát v postprocesore pre príslušný CNC stroj vytvorí cyklus naklápania roviny (obr. 19). Obrázok 19 - zobrazenie výberu vektora Na obrázku 20 je zobrazená dokončovacia operácia frézovanie kontúry v naklopení. Vysvietená oranţová oblasť v okne označuje definovanie vektora, ktorý je zároveň vysvietený oranţovou šípkou na súčiastke a definovaný na ploche, ktorá je kolmá na obrábací nástroj. V okne nad definovaním vektora je navolený nástroj z tabuľky preddefinovaných nástrojov. V okne pod definovaním vektora sa nachádza: method, ktorá definuje prídavky pri konkrétnych technologických operáciách to hrubovania a dokončovania, 29
merge distance slúţi na určenie bezpečnej vzdialenosti pohybu nástroja od obrobených plôch, miminum cut lenght určuje zostatok minimálneho rezu v hladine, pokiaľ je tento parameter menší ako zostatková hodnota, program prepočíta hĺbku prísuvu nástroja, global depth per cut prísuv nástroj v jednej rovine rezu, cutting parametres slúţi na úpravu parametrov v reze nástroja, non cutting moves slúţi na úpravu parametrov a pohybu nástroja mimo rezu. Na spodnej časti okna sú štyri ikony, ktoré slúţia na generovanie CL dát a zobrazenie grafického priebehu nástroja. Okolo súčiastky sú viditeľné stopy odsimulovaného nástroja. Sú farebne rozlíšené, pričom: ţlté čiary označujú nábeh na kontúru, tyrkisová označuje pohyb nástroja v reze, biela čiara označuje výjazd nástroja z kontúry, tmavomodrá a prerušované červená označujú presun nástroja rýchloposuvom, oranţový trojuholník udáva hladiny prísuvu nástroja, modrý štvorec označuje hranicu pre elimináciu priestoru, a tým zabráneniu neţiadúcim pohybom. Obrázok 20 - profilovanie 30
Na obrázku 21 je zobrazený spôsob obrábania ofsetovanie pomocou zanorenia nástroja helixom. Najväčší problém pri obrábaní otvorov spočíva v zanorení nástroja na hladinu obrábania. Je moţné pouţiť tieto druhy zanorení: helixom, pod určitým ulhom a priamke, a priamo v osi nástroja. V tabuľke vypĺňame potrebné parametre pre helix, a to prekrytie nástroja a uhol zanorenia. Obrázok 21 - zobrazenie helix Po dokončení a zadaní všetkých potrebných operácii sa vygeneruje grafické znázornenie obrobenia so znázornením prídavného polotovaru. Obrázok 22 znázorňuje dokončený grafický priebeh s modelom nástroja a upínača a zobrazením zbytkového materiálu. Simuláciu je moţné spomaliť alebo zrýchliť, detailne vyobraziť konkrétne problémové miesta. V prípade kolízie nástroja alebo upínača s obrobkom je kolízne miesto zobrazené červenou farbou. 31
Obrázok 22 zobrazenie grafického priebehu Postprocesor predkladá CL dáta CAM systému do jazyka čitateľného CNC riadiacim systémom obrábacieho stroja. Kaţdý postprocesor je navrhnutý a upravený tak, aby prekladal dáta podľa konštrukčnej koncepcie a technologických moţností daného stroja. Pri 5-osom súvislom obrábaní sú generované dáta pre všetky riadené osy priamym zápisom súradníc pohybu nástroja. Pri nesúvislom 5-osovom obrábaní postprocesor generuje cykly naklopenia a zmeny roviny. Po vygenerovaní kompletných CL dát hotových operácii zvolíme na lište funkciu postproces. Po objavení sa okna na výber daného postprocesoru vyberieme podľa konkrétneho CNC stroja príslušný postprocesor. Po stlačení tlačidla ok CAM systém vyprodukuje NC kód vo forme textového dokumentu. Ďalej je moţné tieto dáta premiestňovať buď sieťou alebo pomocou externých zariadení ako USB kľúč. 32
Obrázok 23 - voľba postprocesora 3.3 Príprava programu na CNC stroji Príprava programu na CNC stroji Spinner U 640 prebiehala nasledovne: 1. krok pomocou manaţéra programu vyberieme z externej pamäte pripojenej na stroj CNC program, ktorý sme si predtým uloţili z CAM pracoviska a skopírujeme ho do vopred vytvoreného adresára v pevnej pamäti CNC stroja. 2. krok program otvoríme, pohyb v programe prebieha pomocou klávesových šípok. 3.krok - program v prípade potreby upravíme do konečnej podoby. K najčastejším korektúram v programe patria: pridávanie high speed seting cyklov alebo úprava rezných parametrov. 4.krok program odsimulujeme. Časť hotového a upraveného programu vidíme na obr. 24. 33
Obrázok 24 - Časť programu pre súčiastku Aero 1.0 Na obr. 24 sa nachádza iniciálna časť programu. Štruktúra programu je po vetách označených N a číslom vety. Definícia jednotlivých symbolov a prvkov v programe [3]: AERO1_0_NC1 názov programu, G 40 ruší všetky korekcie, G 17 voľba roviny X, Y, G 90 absolútne definovanie dráhy, SUPA pohyb po súradnej sústave stroja, G 54 lineárne posunutie, T - názov nástroja, D 1 korekcia prídavku na nástroj uloţenej v tabuľke nástrojov, 34
M 6 vyvolanie nástroja, X, Y, Z, B, C rozmerové slová, ktoré slúţia na určenie relatívnej dráhe nástroja voči obrobku, G 0 rýchloposuv, G 1 lineárna interpolácia, M 8 zapnutie chladenia, F funkcia posuvu, číselné údaje sú tvorené dekadickými číslicami, môţu obsahovať znamienko, CYCLE 832 cyklus high speed settings, ponúka moţnosti opracovania nahrubo, načisto alebo predbeţné hladenie, veľkosť tolerancie, aktivácia alebo deaktivácia prispôsobenia a predkorekciu s moţnosťou brisk a soft. Príkazy brisk a soft ovplyvňujú profil zrýchlenia osí a kvalitu obrábania (obr. 25). Obrázok 25 - voľba pre cyklus 832 35
3.4 Tvorba nového CNC programu v programe ShopMill Pri tvorbe nového programu na CNC stroji je postup nasledovný: 1. krok v manaţéri programu a vo vytvorenej zloţke stlačíme soft klávesu, nový program, Obrázok 26 - základný blok programu a voľba polotovaru 2. krok dostaneme sa do prostredia (obr. 26) čo je programovacie prostredie ShopMill, v ktorom udáme hodnoty: G 54 lineárne posunutie, načítané z tabuľky nulových bodov; veľkosť polotovaru pre zobrazenie grafického priebehu; bezpečnostné vzdialenosti prechodu a bezpečnostné výšky, smer obrábania súbeţné, protibeţné, 3. krok pomocou softvérových kláves na spodnej časti obrazovky (obr. 26) je na výber viacero spôsobov obrábania, ako napr. vŕtanie, frézovanie. Po výbere spôsobu, v našom prípade frézovanie kapsy, program vyţaduje zadanie kontúry. Vytvorenie kontúry (obr. 27) je nasledovné: pomocou softvérovej klávesy na pravej strane obrazovky vyberáme prvky ako priamka alebo krivky, a zadávame ich koncové body, popr. inkrementálne prírastky. Kontúra musí byť ukončená v tom istom bode kde sme začali. 36
Obrázok 27 - vytvorenie kontúry 4. krok vyplnenie frézovania kapsy (obr. 28), ide o cyklus, ktorý pomocou hraníc kontúry vypočíta dráhy pre zvolený nástroj a zvolené parametre, ako sú hĺbka frézovania, prísuv, spôsob zanorenia nástroja. Obrázok 28 - frézovanie kapsy 37
5.krok vyplníme cyklus frézovania kontúry. Jedná sa o cyklus, ktorý takisto ako predcházajúci cyklus, zväzuje spolu s kontúrou (viď. na ľavej strane obr. 29). Tento cyklus vyţaduje spôsoby nábehu na obrys, jeho typ a veľkosť. Obrázok 29 - frézovanie po dráhe 6. krok - pre cykly ako sú vŕtanie, frézovanie otvorov a rezanie závitov je potrebné definovať polohy (obr. 30). Polohy definujeme nasledovne: zvolíme si z moţnosti programovania pravouhlého alebo polárneho, definujeme výšku základnej roviny a vyplníme súradnice, ktoré môţu byť absolútne alebo inkrementálne. Obrázok 30 - polohy 38
7. krok definovanie hodnôt v cykle naklápanie rovín (obr. 31), TC určuje, ktoré zariadenie sa má naklopiť, v našom prípade stôl; T nástroj, ktorý sa vyvolá zo zásobníka pred naklopením, odsunutí jedná sa o bezpečnostný prvok, ktorý odsunie nástroj pred naklopením v ose vretena, naklápaní ponúka výber áno, tz. naklopiť, - nie, tz. len vypočítať naklopenie; prvé súradnicové hodnoty X, Y, Z na obrázku? určujú posunutie nulového bodu obrobku na zadanú hodnotu, druhé súradnicové hodnoty X, Y, Z udávajú naklopenie okolo daných osí v stupňoch, tretie súradnicové hodnoty X, Y, Z určujú posunutie nulového bodu obrobku na zadané hodnoty po naklopení. Voľba smeru naklápania: okolo osi, v smere + alebo -. Obrázok 31 - cyklus naklápania Na obrázku 32 je zobrazená konečná časť programu, na ktorej je zobrazená postupnosť krokov. V ľavej časti grafické značky znázorňujú jednotlivé výrobné operácie, ich vzájomnú previazanosť. V ďalšom stĺpci sú označené čísla blokov spolu s názvom operácie ako aj s prídavnou značkou definujúcou hrubovanie, dokončovanie, adidívne alebo inkrementálne zadanie. 39
Obrázok 32 - časť programu 3.5 Simulácia Predtým ako je program spustený je vţdy potrebné odsimulovanie súčiastky graficky priamo na CNC stroji. V reţime grafického zobrazenia simulácie nám prebieha celý proces výroby zobrazovaný na obrazovke. Simuláciu je moţné spomaliť, zrýchliť, pozastaviť alebo spustiť po blokoch. V simulácii môţeme vidieť všetky údaje ako pri pracovnom reţime okrem zaťaţenia stroja. Na simulácii sa nezobrazujú osi v naklopeniach, ale rovina obrábania zostáva vţdy kolmá na hlavú os. Obrázok 33 - ukážka simulácie 40
3.6 Obrábanie súčiastky Aero1.0 Iniciálna fáza obrábania je uloţenie prípravku, v našom prípade zveráka (viď. 1. kapitola) v pracovnom priestore stroja tak, aby bola dosiahnutá dostatočná bezpečnostná vzdialenosť pri naklopeniach nad 90. Podľa predpokladaného silového zaťaţenia obrobku nástrojom a upínacej plochy volíme upínací tlak na zveráku. Keďţe bolo zvolené upnutie do ostrých čeľustí treba počítať s ich zanorením do mäkkého materiálu a zverák opätovne viackrát pritiahnuť. Pomocou meracej sondy (viď 1 kap.), ktorá bola umiestnená do vretena stroja a následne aktivovaná. Zosnímané nulové body sú automaticky uloţené v tabuľke nulových bodov a pri procese obrábania vyvolané prídavnou funkciou G 54. Meranie v naklopení je volené v prípade ak nie je moţné dostať sa snímacím dotykom dostatočne blízko k meranému bodu. V našom prípade bola zmeraná vzdialenosť po vrchnú plochu zveráka z dôvodu bezpečnosti pri obrábaní, aby sme sa vyhli stretu nástroja so zverákom Obrázok 34 snímanie nulových bodov obrobku 41
Softvérovou klávesov v reţime programovania dáme príkaz na spracovanie napísaného programu do automatickej prevádzky stroja, kde je program verifikovaný a v prípade nezrovnalostí je ukončený chybovým hlásením. V našom prípade boli chyby odstránené prepracovaním na lineárne pohyby bez pouţitia kruhových interpolácii a opätovným vygenerovaním v CAM systéme. Takto doladený program bol spustený tlačidlom NC start. Na obr. 35 je znázornený priebeh programu, v ľavej hornej časti sú aktuálne polohy osí, z hľadiska korekcie nástroja a zbytkové hodnoty dráh, ktoré je potrebné dosiahnuť. V pravej časti obrázku sú údaje o nástroji, posuve, otáčkach a zaťaţení nástroja. V dolnej ľavej časti sú oranţovou farbou vyznačený aktuálne prebiehajúci výrobný cyklus a v pravej časti jeho základné bloky. Obrázok 35 - priebeh výroby na zobrazovacom panely 42
Obrázok 36 - priebeh výroby priamo v CNC stroji 43
4. ZHODNOTENIE VÝROBY Hlavným cieľom práce bolo vyrobiť súčiastku Aero1.0 za pomoci jedného upnutia. Ako ďalšie ciele boli stanovené: zníţiť výrobný čas, dosiahnuť čo najväčšiu presnosť výrobku a minimalizovať výrobné náklady. Zhodnotenie miery splnenia cieľov v práci: 1. Zhodnotenie výroby súčiastky na jedno upnutie: S ohľadom na tento cieľ sa volil výber takého spôsobu obrobenia a uloţenia obrobku, aby ako konečná operácia bolo odpílenie obrobku s ponechaním mostíkov, viď. obr. 37. Obrázok 37 - zobrazenie hotovej, odpílenej súčiastky na mostíku Po vyrobení súčiastky a doladení všetkých prvkov, bolo moţné súčiastku vyrobiť na jedno upnutie s dodrţaním poţadovaných geometricky tolerovaných a voľných rozmerov. 2. Zhodnotenie výrobného času: V prvom rade sa zníţil výrobný čas tým, ţe súčiastka bola vyrobená na jedno upnutie. Tým, ţe bola zaradená do technológie výrobného procesu operácia pílenie neboli potrebné ďalšie upnutia súčiastky, čo je moţné povaţovať za úsporu času. V inom prípade by bolo potrebné časovo náročné odstraňovanie zbytkového materiálu. Vhodným výberom nástrojov a pouţitím plátkov na obrábanie hliníka boli dosiahnuté vysoké rezné rýchlosti. 44
3. Zhodnotenie miery presnosti výrobku: Elimináciou ďalších upnutí sa predišlo deformácii súčiastky. Tvar súčiastky nedovoľuje upnúť súčiastku tak, aby boli súčasne obrobené všetky plochy spresnené geometrickými toleranciami. Po odpílení súčiastky rezy spĺňali geometrické podmienky drsnosti a tolerancie. Na základe uskutočnenej kontroly vyrobená súčiastka plne korešponduje s výkresovou dokumentáciou. Kontrola sa uskutočňovala pomocou 3D meracieho zariadenia. 4. Zhodnotenie minimalizácie výrobných nákladov: minimalizácia nákladov na materiály uloţením súčiastky pod uhlom a nie rovnobeţne s plochami polotovaru bola ušetrená určitá časť polotovaru. Pouţitím kratších upínačov na nástroje bolo zníţené opotrebenie nástrojov, ktoré sa prejaví pri vyššej sérii výrobkov. minimalizácia nákladov na mzdy pri predpokladanej malosériovej výrobe by bolo moţné pouţiť menej kvalifikovanú pracovnú silu, čo sa odrazí na nákladoch na mzdy. Dosiahnutý spôsob obrobenia zaručí, ţe úlohou pracovníka je len vybratie súčiastky spolu s mostíkom a polotovarom zo stroja, vloţenie novej súčiastky, opätovné spustenie výroby a v prekrytom čase jednoduché odstránenie prebytočného materiálu mostíka. Obrázok 39 Finálna vymodelovaná súčiastka Obrázok 38 -Obrázok 38 - Finálna obrobená súčiastka 45
ZÁVER 5-osé obrábanie patrí k moderným, progresívnym metódam, ktoré nachádzajú v praxi široké uplatnenie. Vyuţívajú sa nielen pri súvislom 5-osom obrábaní, ale aj pri výrobe zloţitých súčiastok. Z tohto sa vychádazalo aj pri výrobe súčiastky Aero1.0. Výroba bola prezentovaná prostredníctvom kombinácie CAM programovania a dielenského programovania. Daným CAM programovaním sa zamedzilo vzniku zbytočných pohybov čo dielenským programovaním nebolo moţné dosiahnuť. Týmto spôsobom bolo moţné odobrať maximálne moţné mnoţstvo materiálu. CAM systémom sa tieţ dosiahlo zníţenie prácnosti písania zloţitých tvarov súčiastky priamo na CNC stroji. Dielenské programovanie sa pouţilo na obrobenie menej zloţitých prvkov podliehajúcich vyššej presnosti. Týmto spôsobom sa maximalizovali výhody jednotlivých spôsobov programovania a minimalizovali sa ich nedostatky. 5-osé stroje disponujú 3D meracími systémami, v našom prípade meracia sonda, ktorá umoţňuje meranie akéhokoľvek prvku v ktorejkoľvek fáze výroby pri rôznych naklopeniach súčiastky. Týmto spôsobom je moţné počas výroby zmerať prvky, ktoré by inak nebolo moţné odmerať inou metódou. Modelovanie spojené s tvorbou výkresovej dokumentácie súčiastky v CAD systéme tvorilo náročnú časť prípravy výroby. Kótovanie prvkov súčiastky bolo závislé na uloţení súčiastky v polotovare. Výrobnú časť tvorilo hrubovanie, frézovanie kontúr, vŕtanie otvorov, dokončovanie a ako posledné pílenie. Ponechané mostíky splnili svoj účel, to znamená, ţe zabránili kolízii nástroja s obrobkom. Výsledkom výroby bola vyrobená súčiastka Aero1.0, ktorá spĺňala všetky potrebné paramtere. Môţeme konštatovať, ţe nami zvolený spôsob obrábania súčiastky splnil ciele tejto práce. 46
ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ODKAZOV [1] MAREK, J. a kol. Konstrukce CNC obráběcích stroju. Praha : MM publishing, s. r. o., 2010. 420 s. ISBN 978-80-254-7980-3. [2] ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje a jejich programovaní. Praha : BEN technická literatúra, 2006. 126 s. ISBN 80-7300-207-8. [3] POPPEOVÁ, V., ČUBOŇOVÁ, N. Programovanie CNC strojov. Ţilina : Ţilinská univerzita, 2000. 111 s. ISBN 80-7100-777-3. [4] BOKUČAVA, G., VASILKO, K. Technológia automatizovanej výroby. 2. vyd. Prešov: Fakulta výrobných technológii so sídlom v Prešove, 2003. 310 s. ISBN 80-7099-980-2 [5] LACKO, F., ORAVCOVÁ, J., RIEČIČIAROVÁ, E. Základy konštruovania a technická dokumentácia, 2010. 201 s. ISBN 978-80-8096-134-3. [6] Spiner. U-UniversalLine [online]. [cit. 2011-01-29]. Dostupné na internete <: http://www.spinner-wzm.de/produkte/u_universalline.php?lang=en>. [7] PETERKA, J., JANÁČ, A. CAD/CAM Systémy. Bratislava : STU, 2002. 63 s. ISBN 80-227-1685-5. [8] VASILKO, K. Technológia automatizovanej výroby. Prešov : Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove, 2001. 275 s. ISBN 80-7099-672-2. [9] KURIC, Ivan a kol. Počítačom podporované systémy v strojárstve. Ţilina : Ţilinská univerzita, 2002. 351 s. ISBN 80-7100-948-2 [10] Siemens AG, Sinumerik 840 D sl: ShopMill: Obsluha/programování. 2008. [11] Katalóg WNT. [online]. [cit. 2011-01-29]. Dostupné na intenete <:www.wnt.com>. [12] Modern Machine Shop. Reasons To Use 5-Axis Machining [online]. [cit. 2011-01-28]. Dostupné na internete <:http://www.mmsonline.com/articles/reasons-to-use-5-axismachining>. [13] APRO, K. Secets of 5-Axis Machining. New York : Industrial Press, 2008. 175 s. ISBN 978-0-8311-3375-7 47
VYHLÁSENIE AUTORA Podpísaný Martin Kuka čestne vyhlasujem, ţe som bakalársku prácu Vyuţitie 5-osého obrábania v praxi vypracoval na základe poznatkov získaných počas štúdia a informácií z dostupnej literatúry uvedenej v práci. Trnava dňa 31. 05. 2011... Martin Kuka