MASARYKOVA UNIVERZITA. Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 Bakalářská práce Jiří Ulman 2015

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou bakalářskou práci vypracoval samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o úpravách souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů. V Brně.dne Jiří Ulman 2

Poděkování Děkuji paní JUDr. Mgr. Ing. Kateřině Šmejkalové za trpělivou metodickou pomoc, cenné rady a připomínky, které mi poskytla při zpracování této závěrečné práce. Velký dík i uznání chci vyjádřit také všem přednášejícím i konzultantům za jejich příkladný a profesionální přístup při bakalářském studiu. 3

Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc530 The course in programming CNC machine tools in the language Heidenhain TNC 530 Anotace: Bakalářská práce se zabývá potřebou vzdělávání v oblasti programování CNC obráběcích strojů v jazyce Heidenhain itnc 530, na SOŠ Jana Tiraye. Teoretická část analyzuje poptávku zaměstnavatelů o danou aktivitu a moţnosti její realizace. Také je provedena analýza dostupných zdrojů týkajících se zkoumané problematiky, tj. programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530. Praktická část BP obsahuje pedagogické podklady pro zamýšlenou vzdělávací aktivitu. Cílem vzdělávací aktivity je bezpochyby prohloubení, upevnění vědomostí a dovedností v oblasti programování CNC obráběcích strojů v programovacím jazyce Heidenhain itnc 530. V závěru BP je vyhodnocen přínos tohoto pedagogického projektu. Klíčová slova: Heidenhain itnc 530, programování CNC obráběcích strojů, kurz, program, nástroj, polotovar. Annotation: This bachelor thesis focuses on the need for education in programming of CNC machine tools in the Heidenhain TNC 530 language, at SOS Jana Tiraye. The theoretical part of bachelor thesis analyzes the demand of employers about the action and about the possibility of its realization. Also, an analysis of available sources relating to the programming CNC machine tools in the Heidenhain itnc 530 language is done. The practical part of the bachelor thesis contains educational materials for the intended educational activity. The goal of educational activities is undoubtedly deepening and consolidation of knowledge and skills in the programming of CNC machine tools in the programming language Heidenhain TNC 530. In conclusion of bachelor thesis is evaluated the benefit of this educational project. Key words: Heidenhain itnc 530, CNC machine-tool programming, course, program, tool, semi-finished product. 4

Obsah Poděkování... 3 Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc530... 4 Obsah... 5 Úvod... 6 1 Analýza poptávky... 8 2 Možnosti realizace... 12 3 Dostupné zdroje k výuce programování v systému Heidenhain itnc 530... 13 4 Profil kurzu... 15 5 Tematický plán... 16 6 Didaktické metody... 18 6.1 Simulační metoda... 18 6.2 Problémová metoda... 18 7 Průběh kurzu... 20 8 Programování základy programování... 21 8.1 Základní programovací pojmy... 21 8.2 Vztažný systém... 22 8.3 Polární souřadnice... 23 8.4 Absolutní a inkrementální polohy obrobku... 24 8.5 Volba vztažného bodu... 26 8.6 Otevírání a zadávání programů... 27 8.7 Definování polotovaru BLK FORM... 30 8.8 Struktura programu... 31 8.9 Správa souborů... 33 8.10 Volba správného provozního režimu... 35 8.11 Programování jednoduchého obrysu... 39 9 Ověření a vyhodnocení navrhovaných materiálů pro Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530... 44 10 Závěr... 45 Seznam použité literatury a zdroje...48 Seznam tabulek...48 Seznam grafů...48 Přílohy...57 5

Úvod Proč jsem si vybral téma bakalářské práce Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530? Jiţ nějakou dobu působím na SOŠ Jana Tiraye jako učitel odborných předmětů a učitel odborného vyučování. V poslední době jsem se setkal od zástupců okolních strojírenských firem s velkým zájmem o vzdělávání svých zaměstnanců právě v této problematice, tj. obsluze a programování CNC strojů v řídicím systému Heidenhain itnc 530. Jelikoţ tento systém na naší škole máme a vyučujeme jej, tak mě vedení školy poţádalo o zpracování všech podkladů potřebných k provozování kurzu v této problematice. V tomto tématu vidím velkou moţnost, převáţně proto, ţe jde o řídicí systém, který je v dnešní době velice rozšířený na CNC strojích. Také bych chtěl poukázat na skutečnost, ţe v dnešní době tyto stroje mohou obsluhovat nejen lidé, kteří jsou vyučeni v oboru, ale čím dál více je obsluhují lidé, kteří jsou vyučeni v úplně jiných profesích, jako je např. zedník, kuchař, stolař atd. Tito lidé jsou seznámeni se základní obsluhou CNC stroje a jejich náplní práce bývá převáţně pouze výměna kusů. Pro tyto zaměstnance by tento kurz byl vhodný, protoţe u zájemců o tento kurz počítáme s výstupem základní úrovně znalosti v oblasti programování a obsluhy CNC strojů. I přes to, ţe tento řídicí systém je velmi rozšířený v praxi, není moc vzdělávacích institucí, které se touto problematikou zabývají. Je to dáno tím, ţe pokrok ve strojírenství je velice rychlý a náklady na vybavení dílen novými stroji i softwaru k těmto strojům jsou velmi vysoké. Téměř kaţdý rok jsou k dispozici nové verze programů a ne vţdy je moţné tyto verze propojit se stávajícími stroji, na kterých jsou nainstalovány verze starší. Hlavní částí bakalářské práce bude tvorba výukového materiálu, který bude vytvořen na základě potřeb jednotlivých firem, které jsem oslovil, a se kterými bychom do budoucna spolupracovali. Jelikoţ ne všechny oslovené firmy mají stejné poţadavky, bude výukový materiál zpracován tak, aby vyhovoval všem poţadavkům. Tento materiál bude vyuţíván při praktické výuce jako návod pro seznámení s touto problematikou. Cílem mé bakalářské práce je vytvoření koncepce nového kurzu zaměřeného na obsluhu a programování CNC strojů v řídicím systému Heidenhain itnc 530 včetně nového a 6

uceleného výukového materiálu, který bude slouţit učitelům k jejich přípravě na výuku. Výukový materiál mohou případně vyuţít i ţáci, kteří budou do zmiňovaného kurzu zařazeni. 7

1 Analýza poptávky Tento kurz bude provozován na SOŠ Jana Tiraye ve Velké Bíteši, proto bych nejprve představil tuto instituci. Střední odborná škola Jana Tiraye se nachází ve Velké Bíteši. Je moţné se zde vyučit v oborech jako je kadeřník, cukrář, kuchař číšník a obráběč kovů. Nachází se zde i studijní obor mechanik seřizovač. Vzhledem k dobrým výsledkům našich učňů i studentů je o studium na naší škole velký zájem, a to především ve strojírenských oborech. Od otevření tohoto kurzu očekáváme zvýšení prestiţe naší školy. Jak jsem jiţ psal, škola se nachází ve Velké Bíteši, a proto i tento kurz je určen převáţně pro uchazeče z okolí do 30 km, tzn. pro uchazeče spadající do Jihomoravského kraje a kraje Vysočina. Abych mohl začít s touto prací, bylo nejprve nutné udělat průzkum trhu, jestli vůbec má smysl toto téma zpracovávat. Tento průzkum jsem prováděl tak, ţe jsem nejprve vytvořil krátkou prezentaci kurzu (příloha č.1), ve které jsem uvedl, o jaký kurz se jedná, komu je určen, jaký je jeho cíl, jeho délka, a také čím se kurz zabývá. Dále jsem potřeboval informace od respondentů, a proto jsem zpracoval dotazník (příloha č. 2), ve kterém se ptám na informace potřebné k tomu, abych zjistil, zda by o tento kurz byl vůbec zájem. Tuto krátkou prezentaci kurzu i s dotazníkem jsem rozeslal do několika firem. Celkem jsem oslovil deset firem z blízkého okolí, které se zabývají kovoobráběním. Mezi oslovené firmy mohu uvést např. PBS Velká Bíteš, Sanborn, Poclain Hydraulics a další. V těchto firmách jsem oslovoval převáţně osoby, které mají přehled o pouţívaných strojích v jejich firmě a systémech pouţívaných na těchto strojích, jednalo se převáţně o výrobní ředitele a technology. Výše zmíněné firmy působí nejen ve Velké Bíteši, ale i v Brně, Velkém Meziříčí, Náměšti nad Oslavou a menších obcích v okolí Velké Bíteše. Firmy jsem vybíral podle toho, jakou výrobou se zabývají. Také jsem vybral firmy, které se od sebe liší především svou velikostí a počty zaměstnanců z důvodu analýzy v co nejširším rozsahu. Vzhledem k tomu, ţe jsem vybral malý počet respondentů, mohu očekávat, ţe průměrné výsledky nebudou stoprocentně kopírovat poţadavky všech firem. Z dotazníku jsem vybral otázky, které jsou pro tuto BP důleţité, a jejich odpovědi jsem zpracoval do grafů, které můţete vidět níţe. 8

Jak často posíláte své zaměstnance na vzdělávací kurzy v oblasti programování CNC strojů? Jednou ročně Dvakrát ročně Víc jak dvakrát ročně Neposíláme 36% 64% 0% 0% Graf 1: Četnost vzdělávání zaměstnanců (zdroj - vlastní) Z grafu 1 je zřejmé, ţe firmy posílají své zaměstnance na vzdělávací kurzy pouze jedenkrát ročně nebo vůbec. Tento výsledek průzkumu jsem očekával, protoţe firmy sice chtějí mít vzdělané a perspektivní zaměstnance, ale jejich prostor pro vzdělávání je omezen. Kdyţ jsem se podíval na to, jak odpovídaly jednotlivé firmy, zjistil jsem, ţe malé firmy (tj. firmy s počtem cca 10 zaměstnanců) své zaměstnance na školení neposílají. Naopak velké firmy své zaměstnance posílají pravidelně alespoň jedenkrát ročně. Dle mého názoru je to způsobeno tím, ţe malé firmy (převáţně podnikatelé) nemají dostatek času a financí na to, aby si mohly dovolit poslat zaměstnance na školení. Jde o to, ţe pokud pošle podnikatel zaměstnance na školení, tak musí počítat s velkou pracovní ztrátou, protoţe časová mezera způsobená školením se musí rozpočítat mezi malý počet zaměstnanců. U velkých firem je to jiné, a to především proto, ţe mají velký počet zaměstnanců. Další důvod, proč posílají na školení zaměstnance převáţně velké firmy, je ten, ţe se většinou zabývají přesnější a kvalitnější výrobou neţ firmy malé a jejich potřeba mít kvalifikované zaměstnance je větší. 9

Počet zaměstnanců Kolik zaměstnanců posíláte ročně na kurzy technického zaměření? 25 20 15 20 10 5 0 10 10 0 0 0 0 2 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Odpovědi jednotlivých firem Graf 2: Počty zaměstnanců účastnících se kurzů (zdroj vlastní) Z grafu 2 je viditelné, ţe se jedná o analogii s grafem 1. U odpovědí 1, 2, 3 a 10 je zřejmé, ţe se jedná o velké firmy, proto i počty zaměstnanců posílaných na školení jsou několikanásobně vyšší neţ u firem malých. Tato otázka se v dotazníku nacházela z důvodu určení hrubého odhadu potenciálních uchazečů o vzdělávací kurz, kteří by se mohli našeho vzdělávacího kurzu účastnit. Výsledný počet moţných uchazečů o náš kurz není zase tak velký, ale vzhledem k velké časové vytíţenosti kantorů, kteří by kurz vedli, jde o počet uchazečů, který by přesně vyhovoval potřebám naší školy. Myslíte si, že by mohl být tento kurz přínosný pro Vaše zaměstnance? Ano Spíše ano Spíše ne Ne 0% 36% 18% 46% Graf 3: Vhodnost kurzu programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 (zdroj vlastní) 10

Graf 3 nám znázorňuje, jestli je tento kurz vhodný pro poptávané firmy, a zda by pro ně mohl být přínosný. Podle výsledků je patrné, ţe více neţ polovina poptávaných firem se domnívá, ţe by pro ně kurz mohl být přínosný. Menší část firem se domnívá, ţe by pro ně kurz asi vhodný nebyl, ale pozitivní na tomto výsledku je to, ţe ţádná firma neoznačila kurz za nepřínosný. Je ve Vašem okolí dostatek možností vzdělávání zaměstnanců v této problematice? Ano Spíše ano Spíše ne Ne 18% 9% 0% 73% Graf 4: Možnosti školení v programování CNC strojů s řídicím systémem Heidenhain itnc 530 (zdroj vlastní) Na otázku, zda je v okolí jednotlivých firem dostatek moţností vzdělávání zaměstnanců v problematice programování CNC strojů s řídicím systémem Heidenhain itnc 530, odpovídali jednotliví zástupci firem dle grafu 4. Z tohoto grafu je patrné, ţe ve většině případů se firmy shodly na tom, ţe je nedostatek moţností školení v této problematice. Z tohoto výsledku mohu usoudit, ţe pokud bychom na naší škole otevřeli tento kurz, tak s velkou pravděpodobností by o něj byl zájem. Z výsledků mého dotazníku jsem usoudil, ţe i kdyţ je poměrně hodně firem, které vlastní obráběcí stroje s řídícím systémem Heidenhain itnc 530, není moc moţností školení v této problematice, i kdyţ zájem o vzdělávání zaměstnanců je dosti velký. Toto zjištění mne utvrzuje v tom, ţe tato práce není zbytečná a v blízké době bude potřebná. 11

2 Možnosti realizace Jak jsem se jiţ zmínil v úvodu, tato práce je zpracovávána se souhlasem vedení SOŠ Jana Tiraye ve Velké Bíteši. Proto i realizace případných kurzů by se prováděla na půdě této školy v odborné učebně CNC. Tato učebna je přizpůsobena pro výuku ţáků (obor Mechanik - seřizovač) v oblasti programování CNC strojů v několika programovacích jazycích, nechybí ani programovací jazyk Heidenhain itnc 530, který bychom v kurzu vyuţívali. Dále je učebna vybavena mnoha didaktickými pomůckami, které jsou velkou pomocí při výuce. Jedná se především o nástroje a měřidla, které se pouţívají při výrobě na CNC strojích. Také se zde nachází interaktivní tabule, která se mi při výuce programování velice osvědčila, protoţe na ní mohu studentům vše názorně ukazovat co a jak právě dělám a jak by měl výsledek jejich práce vypadat. Obrázek 1: Učebna CNC na SOŠ Jana Tiraye (zdroj vlastní) Další výhodou této učebny je, ţe můţeme pouţívat programovací panely, které jsou přesnou kopií panelů umísťovaných na stroje. Tím je zaručena pozdější výborná orientace na stroji, protoţe tlačítka pouţívaná na programovacím panelu jsou stejná a nemění se ani jejich umístění. Obrázek 2: Programovací panel Heidenhain itnc 530 (zdroj vlastní) 12

3 Dostupné zdroje k výuce programování v systému Heidenhain itnc 530 Zdrojů potřebných k výuce v programovacím jazyce Heidenhain itnc 530 není zase aţ tak mnoho. Jelikoţ se jedná o systém vyvíjený primárně pro obráběcí stroje, tak uţ z toho je patrné, ţe se jedná o velice odborné a specifické téma, proto i literatura, která slouţí k výuce, se zde omezuje pouze na uţivatelské příručky. Pravda je, ţe společnost Heidenhain má uţivatelské příručky zpracovány velice hezky, ale jiţ počítá s uţivatelskou znalostí tohoto jazyku a znalostí programovaní v ISO kódu. Taktéţ tyto příručky obsahují velice málo příkladů, na kterých by byl patrný postup při tvorbě programu. Příklady se vţdy vztahují pouze na probírané téma. Mezi další učební opory bych mohl zařadit různé učební materiály, které si vytváří jednotlivé školy, ale většinou si je vytváří primárně pro svoji potřebu a pokud se jedná o materiály určené veřejnosti, tak to je hodně podobné právě uţivatelské příručce, kterou si můţe kdokoliv stáhnout ze stránek společnosti Heidenhain. Další bezesporu velkou výhodou právě jazyku Heidenhain itnc 530 je moţnost staţení a instalace free verze programu na jakýkoli PC. Tento program je plnohodnotný, co se týká funkcí, jen je omezen na 100 programovacích řádků. Toto omezení je takřka zanedbatelné a na naučení a orientaci v programu to plně dostačuje. Další moţnosti sebevzdělávání najdete na internetových stránkách www.heidenhain.cz, kde je moţné najít základní informace o programu. Lze zde najít i několik podařených výukových materiálů, ale není jich mnoho. Společnost Heidenhain také nabízí tzv. HIT (Heidenhain interactive training), který je vyuţíván v Německu jako podpora při výuce, tento program je jiţ zpoplatněn. Proto jsem se rozhodl vytvořit výukové materiály tak, aby splňovaly poţadavky nejen naší školy, ale také firem, které jsem oslovil, protoţe si myslím, ţe i kdyţ tyto firmy představují jen část z velkého mnoţství firem v naší republice, jejich poţadavky se nebudou moc odlišovat od poţadavků firem ostatních. 13

V praktické části se zabývám vytvořením nového vzdělávacího kurzu, a to nejen po stránce obsahové, ale i realizační. Hlavní část je věnována učebnímu textu, který je vytvořen podle níţe uvedeného tematického plánu teoretické výuky vytvořeného speciálně pro zmiňovaný kurz. Při tvorbě byly pouţity podklady ze vzdělávání ţáků studijního oboru mechanik seřizovač. (Střední odborná škola Jana Tiraye Velká Bíteš, ŠVP 23 45 L/01 Mechanik seřizovač) Očekávám, ţe učební text bude slouţit nejen učitelům a lektorům v kurzu programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530, ale bude rovněţ učebním materiálem pro účastníky tohoto kurzu. Dále se v praktické části věnuji vzdělávacím podkladům potřebným pro kurz v programování v jazyku Heidenhain itnc 530. Některé podklady jsou doplněny o pracovní list a soubor otázek. Tyto pracovní listy slouţí nejen k přehlednému vysvětlení dané látky, ale se souborem otázek slouţí také k procvičení a opakování dané látky. Na závěr kurzu je zpracována kontrolní práce, která obsahuje průřezově všechna témata. Tato práce má za úkol také ověřit znalosti účastníků kurzu. Hlavní cíl Cílem je vytvořit přehledný a srozumitelný výukový materiál pro učitele, lektory, ale i účastníky kurzu programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530. Mnohá témata bude moţné vyuţít při výuce odborných předmětů strojírenských oborů. Dílčí cíle: a) Vytvořit nový plán kurzu programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 b) Vytvořit pracovní listy vyuţitelné při práci na CNC stroji 14

4 Profil kurzu Kurz: Programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530. Cíl: Seznámení s programovací stanicí Heidenhain itnc 530 na základní uţivatelské úrovni. Absolventi kurzu se seznámí se základními ovládacími prvky programovací stanice Heidenhain itnc 530 a jednoduchými programy, které lze pomocí této stanice napsat. Budou schopni samostatně ovládat tuto stanici a vytvářet na ni jednoduché programy. Uplatnění: Obsluha a programování CNC strojů s řídícím systémem Heidenhain itnc 530. Profil absolventa: Absolvent zvládá základní nastavení programovací stanice Heidenhain itnc 530. Dokáţe správně volit vztaţné body obrobku v závislosti na poţadavcích dílce. Orientuje se v pouţití novodobých nástrojů a pouţívaných upínačů. Dokáţe vyuţívat pomůcky programovací stanice k usnadnění práce při programování. Orientuje se ve struktuře programu a dodrţuje správnou stavbu programu. Je schopen napsat jednoduché programy s pouţitím základních cyklů, SL cyklů a s pouţitím Q parametrů. Definuje podprogramy a je schopen je pouţívat. Je obeznámen s bezpečností práce na CNC obráběcích strojích. Materiální zabezpečení: Učebna vybavená PC s nainstalovaným programem Heidenhain itnc 530, interaktivní tabule nebo projektor, psací potřeby a poznámkový sešit. Personální zabezpečení: Učitelé odborného výcviku ze SOŠ Jana Tiraye. Vstupní požadavky uchazeče: Výuční list v oboru strojírenství. Znalost čtení výrobní výkresové dokumentace. Ovládání PC na uţivatelské úrovni. Úhrada kurzovného. Ukončení: Kurz bude ukončen didaktickým testem. Úspěšnému účastníkovi kurzu bude předáno osvědčení o absolvování vzdělávacího programu, který vystaví SOŠ Jana Tiraye, příspěvková organizace, (podmínkou úspěšného ukončení kurzu je 100% účast na výuce + didaktický test zvládnutý minimálně na 60%). Počet účastníků: Minimálně 3 účastníci, maximálně 6 účastníků v jednom kurzu. 15

5 Tematický plán Tento tematický plán je vytvořen účelově pro výše zmiňovaný kurz. Téma Celkem 34 vyučovacích hodin A. Bezpečnost práce na CNC strojích 1 vyučovací hodina B. itnc 530 Programování Kompatibilita Obrazovka a ovládací panel Provozní reţimy Zobrazení stavu C. Grafické testování prvního dílce 1. Volba správného provozního reţimu 2. Volba tabulky nástrojů, pro testování 3. Volba programu pro testování 4. Volba grafického prostředí 5. Spuštění a kontrola testu programu D. Nastavení nástrojů 1. Volba správného provozního reţimu 2. Příprava a měření nástrojů 3. Tabulka měření nástrojů TOOL.T 4. Tabulka pozic TOOL_P.TCH E. Programování základy 1. Základní programovací pojmy 2. Vztaţný systém 3. Polární souřadnice 4. Absolutní a inkrementální polohy obrobku 5. Volba vztaţného bodu 6. Otevírání a zadávání programů 7. Definování polotovaru BLK FORM 8. Struktura programu 9. Správa souborů 10. Volba správného provozního reţimu 11. Programování jednoduchého obrysu F. Programování programovací pomůcky 1. Vkládání komentářů 2. Členění programů 3. Kalkulátor 4. Programovací grafika 5. Nápověda a chybová hlášení G. Programování nástroje 1. Zadání vztahující se k nástrojům 2. Nástrojová data 3. Korekce nástroje H. Programování podprogramy a opakování částí programu 1. Označování podprogramů a části programu 2. Podprogramy 3. Opakování části programu 16 3 vyučovací hodiny 2 vyučovací hodiny 2 vyučovací hodiny 6 vyučovacích hodin 2 vyučovací hodiny 2 vyučovací hodiny 3 vyučovací hodiny

4. Libovolný program jako podprogram 5. Vnořování I. Programování Q-parametry 1. Princip a přehled funkcí 2 vyučovací hodiny J. Programování přídavné funkce 1. Zadání přídavných funkcí M a STOP 2. Přídavné funkce pro kontrolu provádění programu 2 vyučovací hodiny 3. Přídavné funkce pro dráhové chování K. Programování speciální funkce 1. Přehled speciálních funkcí 1 vyučovací hodina L. Programování cykly 1. Vrtání 2. Závity 3. Kapsy 4. Řádkování 4 vyučovací hodiny 5. Rastry bodů 6. Transformace souřadnic 7. Gravírovací cyklus M. Programování SL-cykly 1. SL-cykly II řádu 4 vyučovací hodiny 2. Speciální SL-cykly N. Závěrečný test (příloha č.3) 6 vyučovacích hodin 17

6 Didaktické metody Mezi didaktické metody, které jsou vhodné pro výuku programování CNC obráběcích strojů, bych uvedl metodu simulační, metodu problémovou a instruktáž. 6.1 Simulační metoda Je jednou z dílčích metod výuky podporované počítačem, která zasahuje i do edukační oblasti praktického vyučování. Simulační metoda i přes některé nevýhody zaujímá v metodice výuky programování CNC strojů jednu z nejdůleţitějších vyučovacích metod, a to především v získávání teoretických znalostí při tvorbě programů. Stěţejní význam simulační metody spočívá v rozvoji samostatného logického myšlení při tvorbě technologického postupu výroby zadaného obrobku, ţák se učí samostatně programovat dráhu nástroje, má moţnost provádět simulaci programu a následné chyby odstranit. Zásadní didaktický význam spočívá i v osvojení obsluhy panelu simulátoru, který je shodný s panelem CNC-systému reálného stroje. Ţáci názorně vidí pohyb nástroje při zadávání pohybových a pomocných funkcí na panelu simulátoru. Pro strojírenské profese je charakteristická zvláštní pozornost, která je věnována vzdělávacím cílům v oblasti numerických aplikací. Tyto cíle jsou realizovány průběžně při řešení komplexně koncipovaných praktických úkolů simulujících reálné pracovní situace. Kontrola plnění výukových cílů je pro vyučujícího na tomto zařízení velice přehledná a jednoznačná. 6.2 Problémová metoda Cílem problémové metody je aktivovat žákovi vědomosti z teoretických odborných i praktických předmětů. Zvládá-li skupina uţ danou látku, je moţné zaměřit se na navození problémové situace. Učitel v zadání úkolu vychází z aktuálních vědomostí ţáků. Z matematiky musí ţáci velmi dobře ovládat goniometrické funkce i výpočty jednotlivých bodů kruţnice, ţák umí číst technické výkresy, zná všechny druhy obrábění, má přehled o nástrojích a jejich řezných podmínkách, o obráběných materiálech. Ţák 2. ročníku umí zvolit i správný technologický postup obráběné součástky, umí pouţívat přesná měřidla. 18

Cílem tohoto problémového zadání je vytvoření analogické návaznosti všech poznatků v rámci všech odborných předmětů při respektování systematičnosti a všech didaktických zásad. V úkolech jsou aplikovány poznatky z matematiky, technického kreslení, strojírenské technologie, strojnictví, programování a technologie. 19

7 Průběh kurzu Tento kurz bude zaměřen na teoretickou výuku programování CNC strojů s pouţitím potřebných výukových metod. Výuka bude probíhat v učebně vybavené didaktickými pomůckami potřebnými k výuce CNC programování v systému Heidenhain itnc 530. Kurz bude veden kvalifikovanými učiteli se znalostí CNC programování a technologií obrábění. Doba vyučování jednotlivých témat bude dle tematického plánu. Délka jedné vyučovací hodiny je 45 minut. 20

8 Programování základy programování 8.1 Základní programovací pojmy Mezi první otázky, na které si musíme odpovědět, patří otázka: Co jsou to CNC stroje a čím se liší od klasických konvenčních strojů? Zkratka CNC je z anglického Computer Numerical Control coţ je výraz pro stroj řízený počítačem. CNC stroje jsou tedy stroje, které jsou řízené počítačem a patří do poslední generace vývoje obráběcích strojů. Od klasických strojů se neliší pouze tím, ţe jsou řízeny počítačem, ale také svojí konstrukcí, pouţitými ovládacími a pohybovými prvky, pouţitými řeznými podmínkami a s tím spojenou produktivitou práce a v neposlední řadě také přesností. Moderní CNC obráběcí stroje pouţívají obrovské posuvy při obrábění. Aby bylo moţné tyto rychlosti koordinovat, jsou tyto stroje vybaveny tzv. odměřovacím zařízením. Na osách stroje se nacházejí odměřovací zařízení, která zjišťují polohy stolu stroje, resp. nástroje. Na lineárních osách jsou obvykle namontovány lineární odměřovací systémy, na otočných stolech a naklápěcích osách rotační odměřovací zařízení. Kdyţ se některá osa stroje pohybuje, generuje příslušný odměřovací systém elektrický signál, z něhoţ TNC vypočte přesnou aktuální polohu této osy stroje. Při výpadku napájení dojde ke ztrátě přiřazení mezi polohou suportu stroje a vypočtenou aktuální polohou. Aby se toto přiřazení opět obnovilo, jsou inkrementální (přírůstkové) odměřovací systémy vybaveny referenčními značkami. Při přejetí referenční značky dostane TNC signál, který označuje pevný vztaţný bod stroje. TNC tak můţe opět obnovit přiřazení aktuální polohy k aktuální poloze saní stroje. U lineárních odměřovacích systémů s distančně kódovanými referenčními značkami musíte popojet strojními osami maximálně o 20 mm, u rotačních odměřovacích systémů maximálně o 20. U absolutních odměřovacích systémů se po zapnutí přenese do řízení absolutní hodnota polohy. Tím je moţné přímé přiřazení mezi aktuální polohou a polohou suportu po zapnutí bez pojíţdění osami stroje. 21

Obrázek 3 Obrázek 4 Obrázek 3: Umístění lineárního odměřování (zdroj HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf) Obrázek 4: Inkrementální odměřovací systém (zdroj HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf) 8.2 Vztažný systém Při obrábění obrobku na frézce se obvykle vztahujete k pravoúhlému souřadnému systému. Na obrázku č. 5 je vidět, jak je pravoúhlý souřadný systém přiřazen k osám stroje. Jako mnemotechnická pomůcka poslouţí pravidlo tří prstů pravé ruky (tzv. pravidlo pravé ruky): Ukazuje-li prostředník ve směru osy nástroje od obrobku k nástroji, pak ukazuje ve směru Z+, palec ve směru X+ a ukazovák ve směru Y+. itnc 530 můţe řídit celkem aţ 9 os. Kromě hlavních os X, Y a Z existují souběţně probíhající přídavné osy U, V a W. Rotační osy se označují jako A, B a C. Obrázek vpravo dole ukazuje přiřazení přídavných, příp. rotačních os k hlavním osám. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Obrázek 5 Obrázek 6 Obrázek 5: Vztažný systém u frézky (zdroj HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf) Obrázek 6: Vztažný systém hlavní osy (zdroj vlastní) 22

Obrázek 7: Vztažný systém přídavné a rotační osy (zdroj HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf) 8.3 Polární souřadnice Je-li výrobní výkres okótován pravoúhle, pak vytvoříte program obrábění rovněţ s pravoúhlými souřadnicemi. U obrobků s kruhovými oblouky nebo při úhlových údajích je často jednodušší definovat polohy polárními souřadnicemi. Na rozdíl od pravoúhlých souřadnic X, Y a Z popisují polární souřadnice polohy pouze v jedné rovině. Polární souřadnice mají svůj nulový bod (počátek) v pólu CC (CC = circle centre; angl. střed kruţnice). Poloha v rovině je tak jednoznačně definována pomocí: - rádiusu (poloměru) polární souřadnice: vzdálenosti od pólu CC k dané pozici - úhlu polárních souřadnic (alfa) : úhel mezi vztaţnou osou úhlu a přímkou, která spojuje pól CC s danou polohou (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) 23

Obrázek 8: Polární souřadnice (zdroj vlastní) Pokud chceme pouţít polární souřadnice, je nutné tuto funkci aktivovat. Na obrázku 9 je v modrém kolečku zobrazena klávesa P, která aktivuje polární souřadnice. Na obrázku 10 je vidět, jak se změní vlastní příkaz, kdyţ se pouţijí místo pravoúhlých souřadnic souřadnice polární. Při použití polárních souřadnic je nutné zadat střed kružnice CC!!! Obrázek 9: Polární souřadnice (zdroj vlastní) Obrázek 10: Polární souřadnice ukázka (zdroj vlastní) 8.4 Absolutní a inkrementální polohy obrobku Absolutní polohy obrobku Vztahují-li se souřadnice polohy k nulovému bodu souřadnic (počátku), označují se jako absolutní souřadnice. Kaţdá poloha na obrobku je svými absolutními souřadnicemi jednoznačně definována. 24

Obrázek 11: Absolutní souřadnice (zdroj vlastní) (zdroj vlastní) Obrázek 12: Inkrementální (přírůstkové) souřadnice Inkrementální polohy obrobku Inkrementální (přírůstkové) souřadnice se vztahují k naposledy naprogramované poloze nástroje, která slouţí jako relativní (myšlený) nulový bod (počátek). Přírůstkové (inkrementální) souřadnice tedy udávají při vytváření programu vzdálenost mezi poslední a za ní následující cílovou polohou, o kterou má nástroj popojet. Proto se také označují jako řetězcové kóty. Přírůstkový rozměr označíte znakem I před označením osy. Pokud chceme pouţít programování pomocí inkrementálních souřadnic, je nutné tuto funkci aktivovat. Na obrázku 13 je v modrém kolečku zobrazena klávesa I, která aktivuje inkrementální souřadnice. Na obrázku 14 je vidět jak se změní vlastní příkaz, kdyţ se pouţijí místo absolutních souřadnic souřadnice inkrementální. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Obrázek 13: Inkrementální souřadnice (zdroj vlastní) Obrázek 14: Polární souřadnice ukázka (zdroj vlastní) 25

8.5 Volba vztažného bodu Výkres obrobku stanoví určitý tvarový prvek obrobku jako absolutní vztaţný bod (nulový bod), většinou je to roh obrobku. Při nastavování vztaţného bodu nejprve vyrovnejte obrobek vůči osám stroje a uveďte nástroj pro kaţdou osu do známé polohy vůči obrobku. Pro tuto polohu nastavte indikaci TNC buď na nulu, nebo na předvolenou hodnotu polohy. Tím přiřadíte obrobek k té vztaţné soustavě, která platí pro indikaci TNC, resp. pro váš program obrábění. Není-li výkres obrobku okótován tak, jak je třeba pro NC, pak zvolte za vztaţný bod některou polohu nebo některý roh obrobku, z nichţ se dají kóty ostatních poloh obrobku stanovit co nejjednodušeji. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x- 06/bhb/670_387-C1.pdf) Volba správné polohy nulového bodu obrobku závisí na sloţitosti následného programování dílce, proto neţ tento bod zvolíte, chvíli přemýšlejte. Vţdy se vychází z podkladů technického výkresu a z toho, jakým způsobem je tento výkres okótován. Pokud máte součást, u které je moţné pouţít více poloh nulových bodů, postupujte tak, ţe naprogramujete část dílce, poté přesuňte nulový bod na druhé místo a pokračujete v programování. Nulový bod obrobku se totiţ dá měnit v průběhu programování, není to pevný bod jako např. referenční bod stroje. Posunutí nulového bodu lze provést přes transformaci souřadnic. Postup: CYCLE DEF =>TRANSFORMACE SOUŘADNIC => cyklus 7 viz. obrázek 15. Obrázek 15: Posunutí nulového bodu obrobku (zdroj vlastní) 26

8.6 Otevírání a zadávání programů Otevření nového programu obrábění Pokud chcete vytvářet nový program, je nutné přepnout se do provozního reţimu Program zadat/editovat. Potom se přepnete do správce souborů tzv. programového manaţera přes tlačítko PGM MGT. V tomto správci se na levé straně nachází stromová struktura sloţek. V této oblasti si vytvořte vlastní adresář, do kterého budete vkládat své programy (tento adresář vytvoříte, pokud budete kurzorem najetí na levé straně tohoto správce a svoji volbu potvrdíte tlačítkem NOVÝ ADRESÁŘ, následně napíšete název adresáře). Stromová struktura adresářů je stejná jako v operačním systému Windows, proto zde můţete vytvářet nespočet adresářů a podadresářů. Je dobré dodrţovat základní pravidla při tvorbě programů a podprogramů. Programy a podprogramy, které jsou pouţívány v jednom hlavním programu, je dobré umísťovat do jednoho adresáře. Pokud budete chtít vytvořit program, je nutné se kurzorem postavit do pravé části správce souborů a svoji volbu potvrdit tlačítkem NOVÝ SOUBOR, následně napíšete název souboru s jeho příponou. Přípony souborů programu Heidenhain itnc 530 se liší a záleţí na tom, co chceme programovat. V případě, ţe chceme vytvořit základní program, tak se jako přípona uvádí.h, pokud chceme vytvořit například tabulku nástrojů, tak přípona bude.t. Příklad pro vytvoření adresáře: 1 Zvolte provozní reţim Program zadat/editovat 2 Vyvolejte správu souborů: stiskněte klávesu PGM MGT 3 Zvolte místo, na kterém chcete nový adresář vytvořit: 4 Potvrďte tlačítkem: NOVÝ ADRESÁŘ 27

5 Zadejte název adresáře a potvrďte tlačítkem ENTER Příklad pro vytvoření programu: 1 Zvolte provozní reţim Program zadat/editovat 2 Vyvolejte správu souborů: stiskněte klávesu PGM MGT 3 Zvolte adresář, do kterého chcete nový program uloţit: 4 Přepněte kurzor do pravého pole správce souborů 5 Potvrďte tlačítkem: NOVÝ SOUBOR 6 Zadejte název souboru s příponou.h a potvrďte tlačítkem ENTER např. priruba.h Přípony používané v systému Heidenhain itnc 530 Přípona nám udává to, o jaký se jedná soubor, a v jakém programu ho budeme moct otevřít. Pokud pouţíváme program Heidenhain, tak se nejčastěji setkáme s příponou.h, tato přípona se pouţívá pouze, pokud zakládáme nový program. Tato přípona se píše vţdy za název programu, např. příruba.h(nezáleţí, jestli napíšete velké či malé písmeno přípony). V programu Heidenhain se dále nejčastěji můţete setkat s příponou.t (tool). Jedná se o příponu, která slouţí k vytvoření tabulky nástrojů. 28

Tabulka 1: Přípony používané u TNC (zdroj vlastní) Programy Formát ve formátu HEIDENHAIN.H ve formátu DIN/ISO.I Formát Strukturovaný Unit-program (jednotkový program) Popisy obrysů Tabulky bodů pro obráběcí pozice Soubory smart.nc.hu.hc.hp Tabulky pro Formát Nástroje.T Výměníky nástrojů.tch Palety.P Nulové body.d Body.PNT Preset.PR Řezné podmínky.cdt Řezné materiály, materiály obrobku.tab Závislá data (např. body členění).dep Texty Formát Soubory ASCII.A Soubory nápovědy.chm Soubory ASCII Formát Formát Předlohy upínadel Parametrizovaná upínadla Závislá data (např. body členění) Data výkresů.dxf Ostatní soubory.cft.cfx.dep Přípona Přípona Přípona Přípona Přípona Přípona Délka názvu souboru by neměla překročit 25 znaků, protoţe jinak ho TNC nezobrazí celý. V názvech souborů nejsou dovoleny tyto znaky:.! ( ) * + / ; < = >? [ ] ^ ` { } ~ 29

8.7 Definování polotovaru BLK FORM Definice BLK FORM je potřebná pouze v případě, ţe chcete pouţívat simulaci. Tedy pouze v případě, ţe si chcete daný program ověřit na 2D či 3D modelu. Takto definovaná oblast vám označuje místo, kde máte umístěný nulový bod obrobku, zároveň vám definuje velikost polotovaru obrobku. Neţ začneme BLK FORM definovat je potřeba si uvědomit, kde je nejlépe umístit nulový bod obrobku. Tento bod je velice důleţitý s ohledem na další programování. Správná volba nulového bodu obrobku nám můţe hodně usnadnit programování, naopak špatná volba můţe vést k tomu, ţe součást nepůjde naprogramovat či nám programování dosti stíţí. Obrázek 16: Definice polotovaru obrobku BLK FORM (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387-c1.pdf) Při definování polotovaru BLK FORM se vţdy vychází z polohy nulového bodu obrobku v prostoru. Kaţdý polotovar je definován jako kvádr či krychle určený pomocí os X, Y a Z. Poloha nulového bodu obrobku je tedy dána maximálními a minimálními hodnotami v osách X, Y, a Z. Tyto hodnoty mohou být kladné, ale i záporné a záleţí na poloze nulového bodu obrobku. Když otevřete nový program, zavede TNC automaticky definici polotovaru a dotáže se na jeho potřebná data: Osa vřetena Z?: Zadejte aktivní osu vřetena. Z je nabízeno jako předvolba, klávesou ENT ji můţete převzít. Def BLK-FORM: MIN-bod?: Zadejte nejmenší souřadnici X polotovaru, vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. 0, klávesou ENT potvrďte. 30

Def BLK-FORM: MIN-bod?: Zadejte nejmenší souřadnici Y polotovaru, vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. 0, klávesou ENT potvrďte. Def BLK-FORM: MIN-bod?: Zadejte nejmenší souřadnici Z polotovaru, vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. -40, klávesou ENT potvrďte. Def BLK-FORM: Max-bod?: Zadejte největší souřadnici X polotovaru, vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. 100, klávesou ENT potvrďte. Def BLK-FORM: Max-bod?: Zadejte největší souřadnici Y polotovaru, vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. 100, klávesou ENT potvrďte. Def BLK-FORM: Max-bod?: Zadejte největší souřadnici Z polotovaru vztaţenou ke vztaţnému bodu, např. 0, klávesou ENT potvrďte TNC ukončí dialog. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Příklad: Určete maximální a minimální body polotovaru dle obrázku 17, kdyţ budeme uvaţovat, ţe kaţdý čtvereček má rozměr 10x10mm. Minimální body BLK FORM 0.1 Z X0 Y0 Z0 Maximální body BLK FORM 0.2 X100 Y50 Z50 Obrázek 17: BLK FORM 1 (zdroj vlastní) 8.8 Struktura programu Program obrábění se skládá z řady programových bloků, kaţdý blok si lze představit jako jeden řádek. Tento blok je sloţen z jednotlivých prvků, tzv. slov, které pod sebou skrývají různé příkazy. TNC čísluje bloky obráběcího programu ve vzestupném pořadí. První blok programu je označen s BEGIN PGM, názvem programu a platnou měrnou jednotkou. Následující bloky obsahují informace o: neobrobeném polotovaru, vyvolání nástrojů, nájezdu do bezpečné pozice, 31

posuvech a otáčkách vřetena, dráhových pohybech, cyklech a dalších funkcích Poslední blok programu je označen s END PGM, názvem programu a platnou měrnou jednotkou. Obrázek 18: Příklad bloku programu (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387-c1.pdf) Obráběcí programy by měly mít, pokud to je moţné, vţdy podobnou strukturu. To zlepšuje přehled, zrychluje programování a sniţuje moţnost chyby. Obecně se doporučuje, abyste zásadně najíţděli po vyvolání nástroje do bezpečné polohy, odkud můţe TNC polohovat do obráběcí pozice bez kolize. Doporučená struktura programu u jednoduchých, konvenčních obrábění obrysů 1 Vyvolání nástroje, definování jeho osy 2 Odjetí nástrojem 3 Předpolohovat do obráběcí roviny do blízkosti bodu startu obrysu 4 Předpolohování nad obrobkem nebo hned do hloubky, dle potřeby zapnout vřeteno / přívod chladicí kapaliny 5 Najetí na obrys 6 Obrábění obrysu 7 Opuštění obrysu 8 Odjetí nástrojem, ukončení programu Struktura programu k programování obrysů 0 BEGIN PGM BSPCONT MM 1 BLK FORM 0.1 Z X... Y... Z... 2 BLK FORM 0.2 X... Y... Z... 32

3 TOOL CALL 5 Z S5000 4 L Z+250 R0 FMAX 5 L X... Y... R0 FMAX 6 L Z+10 R0 F3000 M13 7 APPR... RL F500... 8 DEP... X... Y... F3000 M9 9 L Z+250 R0 FMAX M2 10 END PGM BSPCONT MM Doporučená struktura programu u jednoduchých programů s cykly 1 Vyvolání nástroje, definování jeho osy 2 Odjetí nástrojem 3 Definování obráběcích pozic 4 Definování obráběcího cyklu 5 Vyvolání cyklu, zapnutí vřetena / chlazení Struktura programu k programování cyklů 0 BEGIN PGM BSBCYC MM 1 BLK FORM 0.1 Z X... Y... Z... 2 BLK FORM 0.2 X... Y... Z... 3 TOOL CALL 5 Z S5000 4 L Z+250 R0 FMAX 5 PATTERN DEF POS1( X... Y... Z... )... 6 CYCL DEF... 7 CYCL CALL PAT FMAX M13 8 L Z+250 R0 FMAX M2 9 END PGM BSBCYC MM 8.9 Správa souborů Adresáře Protoţe na pevném disku můţete ukládat velké mnoţství programů, resp. souborů, ukládáte jednotlivé soubory do adresářů (sloţek), abyste si zachovali přehled. V těchto adresářích můţete zřizovat další adresáře, takzvané podadresáře. Klávesou -/+ nebo ENT můţete zapnout či vypnout zobrazení podadresáře. Délka názvu adresáře je omezena maximální povolenou délkou cesty na 256 znaků. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) 33

Veškeré programy se ukládají do sloţky TNC, která se primárně vytváří na hlavním disku počítače. Příklad cesty k uloţenému programu tak můţe vypadat následovně: C:\PROGRAMME\ITNC530\606424\TNC:\ZAKAZ1\NCPROG\PROG1.H. Informace o souborech Kaţdý soubor je charakteristický svými údaji, které je nutné znát, abychom mohli se souborem správně pracovat. Název souboru Jméno maximálně 25 znaků Příklad: RAMENO.H Typ Typ souboru Příklad:.H,.T Velikost Velikost souboru v bytech Změněno Datum a čas poslední změny Stav E: Program je navolen v reţimu PROGRAM ZADAT/EDITOVAT S: Program je navolen v reţimu TEST PROGRAMU M: Program je navolen v reţimu PROVOZNÍ REŢIM STROJE P: Program je chráněn proti smazání a přepsání Zaloţení nového adresáře a souboru je moţné pouze na jednotce TNC:\! V případě, ţe chcete program vytisknout nebo s ním dále pracovat jako s textem, je moţné jej uloţit ve formátu.txt. Tento formát otevřete například v programu WordPad standardně instalovaným s operačním systémem Windows. Je nutné nejprve otevřít správce souborů (PGM MGT), najít soubor, který chcete pouţít pro konverzi, a přepnout se na druhou sadu soft kláves (obr. 19). Poté aktivujeme softklávesu OKNO, v následujícím kroku pouţijeme kopírování a u souboru přepíšeme příponu na.txt (obr. 20). 34

Obrázek 19: Správce souborů (zdroj vlastní) Obrázek 20: Změna přípony (zdroj vlastní) 8.10 Volba správného provozního režimu V systému Heidenhain itnc 530 se můţete setkat s několika provozními reţimy, kaţdý reţim umoţňuje různorodou práci nejen s programem, ale i s ovládáním samotného stroje. Správná volba provozního reţimu je tedy velice důleţitá pro zdárné zvládnutí nejen programu, ale i obsluhy stroje. Navolený provozní reţim je vţdy napsaný v záhlaví pracovní obrazovky. 35

Obrázek 21: Ruční provoz (zdroj vlastní) Provozní režimy Ruční provoz a Ruční kolečko Seřizování stroje se provádí v ručním provozu. V tomto provozním reţimu lze ručně nebo krokově polohovat strojní osy, nastavovat vztaţné body a naklápět rovinu obrábění. Provozní reţim Ruční kolečko podporuje ruční projíţdění os stroje pomocí elektronického ručního kolečka. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Polohování s ručním zadáváním V tomto provozním reţimu se dají naprogramovat jednoduché dráhové pohyby, např. k ofrézování plochy nebo k předpolohování nástroje. Tento reţim je také znám pod pojmem MDA a je hojně vyuţíván při najíţdění korekcí nástrojů. Pracuje s krátkým programem, který si napíšete přímo na stroji. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) 36

Obrázek 22: Polohování s ručním zadáváním (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387-c1.pdf) Program zadat / editovat Vaše obráběcí programy vytvoříte v tomto provozním reţimu. Volné programování obrysů, různé cykly a funkce s Q-parametry, poskytují mnohostrannou pomoc a podporu při programování. Na přání ukazuje programovací grafika programované dráhy pojezdu. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Obrázek 23: Program zadat/editovat (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x- 06/bhb/670_387-C1.pdf) 37

Testování programu TNC simuluje programy a části programů v provozním reţimu TESTOVÁNÍ PROGRAMU, např. k vyhledání geometrických neslučitelností, chybějících nebo chybných údajů v programu a porušení pracovního prostoru. Simulace se graficky podporuje různými pohledy. Ve spojení s opčním softwarem DCM (dynamické monitorování kolizí) můţete kontrolovat, zda v programu nedochází ke kolizím. TNC přitom bere do úvahy jak průběh programu, tak i všechny pevné části stroje definované od výrobce a změřená upínadla. (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Obrázek 24: Testování programu (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x- 06/bhb/670_387-C1.pdf) Provádění programu plynule a provádění programu po bloku V reţimu Provádění programu plynule provede TNC program aţ do konce programu nebo do okamţiku ručního, případně programovaného přerušení. Po přerušení můţete znovu zahájit provádění programu. V reţimu Chod programu po bloku odstartujete kaţdý blok jednotlivě externím tlačítkem START. 38

Obrázek 25: Provádění programu plynule/blok po bloku (zdroj vlastní) 8.11 Programování jednoduchého obrysu Neţ začnete programovat jednoduché obrysy nebo cokoli jiného, je nutné, abyste se seznámili se základními funkcemi pouţívanými v systému Heidenhain. Mezi tyto funkce se řadí tzv. M funkce, které pod sebou skrývají mnoho potřebných úkonů, bez kterých bychom se při programování neobešli. Přehled nejpouţívanějších M funkcí naleznete níţe v tabulce č. 2. Tabulka 2: Přehled M funkcí (zdroj vlastní) Příkaz M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M08 M09 M10 M11 M13 M14 M17 M25 M26 M27 M30 M70 M71 M72 M99 Význam programový stop volitelný stop konec programu vřeteno zapnuté ve směru hodinových ručiček vřeteno zapnuté proti směru hodinových ručiček vřeteno vypnuté výměna nástroje chlazení zapnuto chlazení vypnuto dělící přístroj upnout obrobek dělící přístroj uvolnit obrobek vřeteno zapnuté ve směru hod. ručiček + zapnuté chlazení vřeteno zapnuté proti směru hod. ručiček + zapnuté chlazení konec podprogramu upínač/strojní svěrák otevřít upínač/strojní svěrák upnout dělící přístroj pootočit konec hlavního programu polohování řízeného vřetene ofukování zapnuto ofukování vypnuto vyvolání cyklu 39

Doporučené řazení pracovních úkonů při tvorbě programu 1. Prostudování výkresové dokumentace a určení výrobního postupu 2. Definice nástrojů a jejich řezných podmínek (moţnost vytvoření tabulky nástrojů) 3. Zaloţení nového programu (název programu. H) 4. Definování polotovaru BLK FORM a nulového bodu obrobku 5. Popisky u jednotlivých nástrojů, podprogramů a operací 6. Bezpečné nájezdy a odjezdy 7. Dodrţování struktury programu a jeho přehledné členění Programování jednoduchého obrysu Obrázek 26: Jednoduchý obrys součásti (zdroj http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387-c1.pdf) Jednotlivé operace při tvorbě programu obrázku č. 26 1. vyvolání nástroje zadejte nástrojová data zadání vţdy potvrďte klávesou ENT, nezapomeňte na osu nástroje 2. odjetí nástrojem k odjetí v ose nástroje stiskněte oranţovou klávesu osy Z a zadejte hodnotu najíţděné pozice, např. 250 zadání potvrďte klávesou ENT 40

3. korekce rádiusu RL/RR/bez korekce? potvrďte klávesou ENT - neaktivovat ţádnou korekci rádiusu 4. posuv F=? potvrďte klávesou ENT - pojíţdění rychloposuvem (FMAX) 5. přídavná funkce M? potvrdit stiskem klávesy END - TNC uloţí zadaný pojezdový blok 6. předpolohování nástroje v rovině obrábění stiskněte oranţovou klávesu osy X a zadejte hodnotu najíţděné pozice stiskněte oranţovou klávesu osy Y a zadejte hodnotu najíţděné pozice zadání potvrďte klávesou ENT 7. korekce rádiusu: RL/RR/bez korekce? potvrďte klávesou ENT - neaktivovat ţádnou korekci rádiusu 8. posuv F=? potvrďte klávesou ENT pojíţdění rychloposuvem (FMAX) 9. přídavná funkce M? potvrdit stiskem klávesy END - TNC uloţí zadaný pojezdový blok 10. jet nástrojem na hloubku stiskněte oranţovou klávesu osy a zadejte hodnotu najíţděné pozice zadání potvrďte klávesou ENT 11. korekce rádiusu: RL/RR/bez korekce? Potvrďte klávesou ENT - neaktivovat ţádnou korekci rádiusu 12. posuv F=? zadejte polohovací posuv potvrďte klávesou ENT 13. přídavná funkce M? Zapnout vřeteno a chladicí kapalinu potvrdit klávesou END TNC uloţí zadaný pojezdový blok 14. najetí na obrys stiskněte klávesu APPR/DEP - TNC zobrazí lištu softtlačítek s funkcemi pro nájezd a pro odjezd zvolte funkci pro nájezd APPR CT zadejte souřadnice výchozího bodu obrysu 1 v X a Y klávesou ENT potvrďte 15. úhel středu? zadejte úhel nájezdu potvrďte klávesou ENT 41

16. poloměr kruhu? zadejte rádius nájezdu potvrďte klávesou ENT 17. korekce rádiusu: RL/RR/bez korekce? potvrďte softtlačítkem RL - aktivování korekce rádiusu vlevo od programovaného obrysu 18. posuv F=? zadejte obráběcí posuv uloţte ho klávesou END 19. obrobení obrysu najetí bodu obrysu 2 stačí zadání měnících se informací, tedy zadejte pouze souřadnici Y a klávesou END ji uloţte najetí na bod obrysu 3 zadejte souřadnici X a klávesou END zadání uloţte definování zkosení v bodu obrysu 3 zadejte šířku zkosení 10 mm, uloţte ji klávesou END najetí na bod obrysu 4 zadejte souřadnici Y a klávesou END zadání uloţte definování zkosení v bodu obrysu 4 zadejte šířku zkosení a uloţte ji klávesou END najetí na bod obrysu 1 zadejte souřadnici X 5 a klávesou END zadání uloţte 20. opuštění obrysu zvolte funkci odjezdu DEP CT 21. úhel středu? zadejte úhel odjezdu potvrďte klávesou ENT 22. rádius kruhu? zadejte rádius odjezdu potvrďte klávesou ENT 23. posuv F=? zadejte polohovací posuv potvrďte ho klávesou ENT 24. přídavná funkce M? vypnout chladicí kapalinu potvrdit klávesou END - TNC uloţí zadaný pojezdový blok 25. odjetí nástrojem k odjetí v ose nástroje stiskněte oranţovou klávesu osy Z zadejte hodnotu najíţděné pozice zadání potvrďte klávesou ENT 26. korekce rádiusu: RL/RR/bez korekce? potvrďte klávesou ENT - neaktivovat ţádnou korekci rádiusu 42

27. posuv F=? potvrďte klávesou ENT- pojíţdění rychloposuvem (FMAX) 28. přídavná funkce M? zadejte M30 k ukončení programu a potvrďte klávesou END - TNC uloţí zadaný pojezdový blok (http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf) Program 0 BEGIN PGM OBR26 MM 1 BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z-20 2 BLK FORM 0.2 X+100 Y+100 Z+0 3 TOOL CALL 1 Z S4000 4 L Z+250 R0 FMAX 5 L X-10 Y-10 R0 FMAX 6 L Z-5 R0 F1000 M3 7 APPR LT X+5 Y+5 LEN10 RL F300 8 L Y+95 9 L X+95 10 CHF 10 11 L Y+5 12 CHF 20 13 L X+5 14 DEP LT LEN10 F1000 15 L Z+250 R0 FMAX M2 16 END PGM OBR26 MM 43

9 Ověření a vyhodnocení navrhovaných materiálů pro Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 Jelikoţ je tento kurz plánovaný k otevření aţ příští školní rok (2015/2016), tak jsem pro ověření učebních materiálů vyuţil výuky praktického vyučování na SOŠ Jana Tiraye s ţáky 3. ročníku. Jako respondenti byli (co se týká znalostí) na podobné úrovni, jaká se očekává od uchazečů kurzu a to z důvodu, ţe s programováním v tomto jazyce teprve začínali. Jejich kladný přístup k vytvořeným materiálům byl důkazem toho, ţe tato práce není zbytečná a její obsah bude moct být pouţíván. 44

10 Závěr Cílem této práce bylo zjištění stavu, jak velký je zájem o kurzy v oblasti programování CNC strojů v systému Heidenhain itnc 530 v okolí Velké Bíteše, a vytvoření podkladů pro tento kurz. Z výše uvedeného rozboru dotazníků je patrné, ţe cíle bylo dosaţeno. Zjištění, ke kterému jsem se dopracoval, jsem očekával. Jak uţ bylo uvedeno v úvodu této práce, zájem o vzdělávání v této problematice byl prvotním impulzem k tvorbě této práce a otevření kurzu. Z průzkumu je také patrné, ţe velké firmy působící v Brně mají mnohem více příleţitostí ke vzdělávání svých zaměstnanců neţ malé firmy, které působí v malých městech a okolí Velké Bíteše. Hlavním cílem bylo seznámení uchazeče kurzu s programovací stanicí Heidenhain itnc 530 a její obsluhou. Pro ověření, jestli tohoto cíle bylo dosaţeno, bylo pouţito ověření znalostí nabytých právě v tomto kurzu. Kaţdý uchazeč, který absolvoval tento kurz, musel splnit závěrečný test (příloha č.3), který ověřil jeho znalosti. Uplatnění absolventů tohoto kurzu je v dnešní době vysoké a to především z toho důvodu, ţe na našem trhu práce je poptávka po obsluze CNC obráběcích strojů velká, svědčí o tom i fakt, ţe letošní rok je věnován podpoře vzdělávání v technických oborech. Například pokud se ţák učebního oboru obráběč kovů (tříletý učební obor) po vyučení zúčastní tohoto kurzu, bude mít na trhu práce vyšší uplatnění, protoţe je schopen ovládat konvenční obráběcí stroje, umí nastavovat vhodné řezné podmínky, ovládá měření přesných rozměrů a rozumí i základům obsluhy CNC obráběcích strojů. Takto kvalifikovaný pracovník se mnohem rychleji zapojuje do pracovního procesu a jeho zapracování je mnohem kratší. Dochází k tomu, ţe pracovník dříve plní normy, zvyšuje svoji výkonnost a šetří materiál, nářadí a energii. Tato skutečnost poukazuje na to, ţe takovýto pracovník je pro dnešní firmy velmi ceněný, a proto jej mohou lépe ohodnotit. Proto z toho mají uţitek obě strany. Přínosem této práce je to, ţe na základě průzkumu trhu a rozpracování jednotlivých témat, které se vyučují v kurzu, je moţné tento kurz vůbec uskutečnit. V případě kladného hodnocení kurzu je vysoká pravděpodobnost, ţe firmy, které se do kurzu zapojily, budou své zaměstnance nechávat pravidelně školit. Dalším pozitivem je fakt, ţe v dnešní době je vysoký zájem o profesi programátora a obsluhu CNC obráběcích strojů. Z tohoto pohledu bych viděl vysoký potenciál tohoto kurzu. Kaţdá práce, která má dobré úmysly a dokáţe vytvořit 45

pracovní příleţitosti, případně moţnosti lepšího uplatnění, je dle mého názoru dobrým krokem ke zlepšení kvality pracovníků. Zda tato BP splnila svůj účel, tj. pomoci otevřít Kurz v programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 na SOŠ Jana Tiraye ve Velké Bíteši a úspěšně zde školit uchazeče, zjistíme aţ příští školní rok, protoţe právě na příští školní rok je plánované otevření kurzu. Jiţ ale mohu říci, ţe materiály pouţité v této BP byly ověřeny ve výuce programování CNC strojů se studenty oboru mechanik seřizovač a výsledky závěrečného testu, který psali na konci kurzu, byly výborné. 46

Seznam použité literatury a zdroje Odborné zdroje ČADÍLEK, M. Didaktika praktického vyučování I. Brno: MU, 2005. 125 s ČADÍLEK, M. Didaktika odborného výcviku technických oborů. Brno: MU, 1997. 134 s. ISBN 80-210-108109 LOVEČEK, A., ČADÍLEK, M. Didaktika odborných předmětů. První vydání: Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003 MAREK, J. a kol. Konstrukce CNC obráběcích strojů. Praha: MM publishing,. s. r. o, 2010. 420 s. ISBN: 978-80-254-7980- 3 STEJSKALOVÁ, P., ČADÍLEK, M. Didaktika praktického vyučování II. Brno: MU, 2001. 68 s. ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje a jejich programování. 1. vyd. Praha: Technická literatura. BEN, 2007. 128 s. ISBN 80-7300-207-8 Příručka uţivatele Popisný dialog HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf Příručka uţivatele Programování cyklů 670_388-C2.pdf Elektronické zdroje Příručka uţivatele Popisný dialog HEIDENHAIN itnc 530 http://content.heidenhain.de/doku/tnc_guide/pdf_files/itnc530/34049x-06/bhb/670_387- C1.pdf Seznam tabulek Tabulka 2: Přípony pouţívané u TNC Tabulka 2: Přehled M funkcí Seznam grafů Graf 5: Četnost vzdělávání zaměstnanců Graf 6: Počty zaměstnanců účastnících se kurzů Graf 7: Vhodnost kurzu programování CNC obráběcích strojů v jazyku Heidenhain itnc 530 Graf 8: Moţnosti školení v programování CNC strojů s řídicím systémem Heidenhain itnc 530 47

Příloha č. 1 Zaměření kurzu základy práce s programovací stanicí itnc 530, programování v systému HEIDENHAIN itnc 530. Komu je kurz určen? firmám, které chtějí zvýšit znalosti svých zaměstnanců, uchazečům o zaměstnání, kteří si chtějí zvýšit cenu na trhu práce. Vzdělávací cíle kurzu získání přehledu o moţnostech systému a jeho pouţití v praxi, ověření nabytých znalostí na jednoduchých cvičeních a příkladech, prohloubení znalostí v oblasti obrábění, prohloubení znalostí v oblasti programování v systému Heidenhain itnc 530. Délka kurzu 32 hod časová náročnost (tj. denní počet hodin) je individuální dle potřeb uchazeče 48

Obsah kurzu popis tlačítek klávesnice popis prvků na obrazovce ruční provoz a soft klávesy tabulka nástrojů hlídání kolizí tabulka PRESET soft tlačítka pro rozdělení obrazovky reţim EDIT zaloţení nového programu/správa souborů nájezdy a odjezdy APPR, DEP struktura programu a jeho základní prvky definice a práce s podprogramy LBL dráhové pohyby zaoblení RND a zkosení CHF přírůstkové a absolutní programování polární souřadný systém reţim test a moţnosti grafické simulace definice a volání cyklů pro vrtání, závity, kapsy a řádkování speciální cykly a rastry bodů cykly pro transformace souřadnic SL cykly II. řádu a speciální SL cykly tvorba programů pomocí výkresů ve formátu DXF gravírovací cyklus a jeho pouţití záloha a nahrání programu na flash disk Kurz vychází z těchto publikací HEIDENHAIN Příručka uživatele Popisný dialog HEIDENHAIN 737_759-C1.pdf Příručka uživatele Programování cyklů 670_388-C2.pdf 49

Příloha č. 2 Kurz k systému HEIDENHAIN itnc 530 na SOŠ Jana Tiraye 1. Napište, název společnosti, ve které působíte. 2. Jaká je Vaše funkce v této společnosti? 3. Kolik máte ve firmě CNC strojů s řídicím systémem Heidenhain? 4. Jak často posíláte své zaměstnance na vzdělávací kurzy v oblasti programování CNC obráběcích strojů? jednou ročně dvakrát ročně víc neţ dvakrát ročně neposíláme 5. Kolik zaměstnanců posíláte ročně na kurzy technického zaměření? 6. Co Vás vede ke vzdělávání svých zaměstnanců, 7. Co od kurzu očekáváte? 8. Jakou časovou náročnost preferujete? 8 dní po 4 hodinách 6 dní po 5,5 hodinách 4 dny po 8 hodinách jinou (prosím uveďte jakou) 9. Myslíte si, ţe by mohl být tento kurz přínosný pro Vaše zaměstnance? Ano Spíše ano Spíše ne Ne 10. Je ve Vašem okolí dostatek moţností vzdělávání zaměstnanců v této problematice? Ano Spíše ano Spíše ne Ne Tento dotazník byl zpracován elektronicky a je jej moţno najít na adrese: http://www.survio.com/survey/d/z7u0x3v5n0w5w6w8y (zdroj - vlastní 22.3.2015) 50

Příloha č. 3 Závěrečný test Číslo úlohy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dosaženo bodů Celkem Známka Počet bodů 6 5 5 6 3 5 8 4 5 3 Maximum bodů 50 výborně chvalitebně dobře dostatečně nedostatečně Hodnocení 50b - 45b 44b 32b 31b 21b 20b 12b 11b - 0b 1. Jaké jsou hlavní osy na frézce? (nákres + popis) 2. Popište programování pomocí polárních souřadnic. 3. Popište rozdíl mezi absolutním a inkrementálním programováním. 4. Jaké jsou zásady při volbě nulového bodu obrobku? 5. Jaké přípony je nutné zadávat při tvorbě: programu ve formátu Heidenhain, tabulky nástrojů, programu ve formátu DIN/ISO? 6. Napište definici polotovaru BLK FORM na součást dle obrázku. 7. Jaká je doporučená struktura programu u konvenčního obrábění obrysů? 8. Jaké máme provozní reţimy? 9. Popište význam funkcí: M00, M03, M06, M13, M30 10. Popište, co znamenají korekce R0, RR a RL? 51

Závěrečný test - řešení 1. Osa vřetene Z Podélná osa X Příčná osa Y 2. Polární souřadnice popisují polohy pouze v jedné rovině. Polární souřadnice mají svůj nulový bod (počátek) v pólu CC. Poloha v rovině je definována pomocí: rádiusu a úhlu polárních souřadnic 3. Vztahují-li se souřadnice polohy k nulovému bodu souřadnic (počátku), označují se jako absolutní souřadnice. Kaţdá poloha na obrobku je svými absolutními souřadnicemi jednoznačně definována. Inkrementální (přírůstkové) souřadnice se vztahují k naposledy naprogramované poloze nástroje, která slouţí jako relativní (myšlený) nulový bod (počátek). 4. Vţdy se vychází z podkladů technického výkresu a z toho, jakým způsobem je tento výkres okótován. 5. program ve formátu Heidenhain=.H tabulka nástrojů=.t program ve formátu DIN/ISO =. I 6. Minimální body BLK FORM 0.1 Z X0 Y0 Z-40 Maximální body BLK FORM 0.2 X100 Y100 Z0 52

7. 1Vyvolání nástroje, definování jeho osy 2 Odjetí nástrojem 3 Předpolohovat do obráběcí roviny do blízkosti bodu startu obrysu 4 Předpolohování nad obrobkem nebo hned do hloubky, dle potřeby zapnout vřeteno / přívod chladicí kapaliny 5 Najetí na obrys 6Obrábění obrysu 7 Opuštění obrysu 8 Odjetí nástrojem, ukončení programu 8. Ruční provoz a Ruční kolečko - Seřizování stroje se provádí v ručním provozu. Polohování s ručním zadáváním - V tomto provozním reţimu se dají naprogramovat jednoduché dráhové pohyby, např. k ofrézování plochy nebo k předpolohování nástroje. Program zadat / editovat - Vaše obráběcí programy vytvoříte v tomto provozním reţimu. Testování programu - TNC simuluje programy a části programů v provozním reţimu TESTOVÁNÍ PROGRAMU Provádění programu plynule a provádění programu po bloku - V reţimu Provádění programu plynule provede TNC program aţ do konce programu nebo do okamţiku ručního, případně programovaného přerušení. V reţimu Chod programu po bloku odstartujete kaţdý blok jednotlivě externím tlačítkem START. 9. M00 programový stop M03 vřeteno zapnuté ve směru hodinových ručiček M06 výměna nástroje M13 vřeteno zapnuté ve směru hodinových ručiček + zapnuté chlazení M30 stop programu 10. R0 programování bez korekce, programuje se dráha opisované osou nástroje RR pravá korekce, nástroj se pohybuje na pravé straně od programované kontury RL - levá korekce, nástroj se pohybuje na levé straně od programované kontury 53

Příloha č. 4 Pracovní list č. 1 Nájezdy a odjezdy APPR a DEP Najetí po přímce s tangenciálním napojením: APPR LT Příklad NC bloků L X+40 Y+10 R0 FMAX M3 APPR LT X+20 Y+20 Z-10 LEN 15 RR F100 L X+35 Y+35 L Najetí po přímce s tangenciálním napojením: APPR LN Příklad NC bloků L X+40 Y+10 R0 FMAX M3 APPR LN X+20 Y+20 Z-10 LEN 15 RR F100 L X+20 Y+35 L 54

Příloha č. 5 Pracovní list č. 2 Nájezdy a odjezdy APPR a DEP Najetí po kruhové dráze s tangenciálním napojením: APPR CT Příklad NC bloků L X+40 Y+10 R0 FMAX M3 APPR CT X+10 Y+20 Z-10 CCA180 R+10 RR F100 L X+20 Y+35 L Najetí po kruhové dráze s tangenciálním napojením na obrys a přímkový úsek: APPR LCT Příklad NC bloků L X+40 Y+10 R0 FMAX M3 APPR LCT X+10 Y+20 Z-10 R10 RR F100 L X+20 Y+35 L 55

Příloha č. 6 Pracovní list č. 3 Nájezdy a odjezdy APPR a DEP Odjetí po přímce s tangenciálním napojením: DEP LT Příklad NC bloků L Y+20 RR F100 DEP LT LEN 12.5 F100 L Z100 FMAX M2 Odjetí po přímce kolmo od posledního bodu obrysu: DEP LN Příklad NC bloků L Y+20 RR F100 DEP LN LEN +20 F100 L Z+100 FMAX M2 56

Příloha č. 7 Pracovní list č. 4 Nájezdy a odjezdy APPR a DEP Odjetí po kruhové dráze s tangenciálním napojením: DEP CT Příklad NC bloků L Y+20 RR F100 DEP CT CCA 180 R+8 F100 L Z100 FMAX M2 Odjetí po kruhové dráze s tangenciálním napojením na obrys a přímkový úsek: DEP LCT Příklad NC bloků L Y+20 RR F100 DEP LCT X+10 Y+12 R+8 F100 L Z100 FMAX M2 57