MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedry fyziky, chemie a odborného vzdělávání Rozpracovávání učiva pro odborný výcvik se zaměřením na CNC Bakalářská práce Brno 2013 Vedoucí práce: Ing. Jan Děcký Autor práce: Radim Páral

Bibliografický záznam PÁRAL, Radim. Rozpracování učiva pro odborný výcvik se zaměřením na CNC: bakalářská práce. Brno: Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra pedagogiky, 2013 64 l. Vedoucí diplomové práce: Jan Děcký. Anotace Bakalářská práce Rozpracování učiva pro odborný výcvik se zaměřením na CNC pojednává o konstrukci CNC obráběcích strojů, jejich ovládáním, pracovním prostorem a vlastní tvorbou programu. Annotation Work Development of curriculum for vocational training with CNC deals with considering construction of CNC, its kontrol, workspace and production of program. Klíčová slova CNC stroj, souřadný systém, konstrukce, souřadné osy, vztažné body Keywords CNC, correlated system, construction, correlated axis, reference points

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jen uvedené informační zdroje. Datum: 3.3.2013 Podpis:

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval panu Ing. Janu Děckému za metodickou pomoc, cenné rady a připomínky, které mi poskytl při zpracování bakalářské práce.

Obsah ÚVOD... 6 1. DIDAKTICKÁ ČÁST... 8 1.1 CÍLE VZDĚLÁVÁNÍ... 8 1.2 POJETÍ VÝUKY... 8 1.2.1 Metodika výuky tématu CNC obrábění... 9 1.2.2 Cíle výuky... 9 1.2.3 Rozpis učiva... 9 1.2.4 Didaktické a studijní pomůcky... 10 1.2.5 Metodika hodnocení žáka... 11 1.2.6 Ověření znalostí učiva... 11 2. UVEDENÍ DO PROBLEMATIKY CNC... 12 3. VÝVOJ CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ... 13 4. KONSTRUKCE CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ... 15 4.1 HLAVNÍ ČÁSTI STROJE... 15 4.1.1 Lože stroje a vodící plochy... 15 4.1.2 Hlavní pohon... 16 4.1.3 Vřeteník... 17 4.1.4 Hydraulický agregát... 17 4.1.5 Agregát mazání... 18 4.1.6 Suporty... 18 4.1.7 Posuvové mechanizmy... 18 4.1.8 Odměřovací zařízení... 19 4.1.9 Systémy automatické výměny nástrojů... 20 4.1.10 Chladící zařízení... 21 5. PLÁNOVÁNÍ VÝROBNÍHO POSTUPU... 23 6. PROVOZNÍ REŽIMY CNC OBRÁBĚCÍCH STROJŮ... 24 6.1 REŽIMY CNC:... 24 7. SOUŘADNÉ SYSTÉMY U ČÍSLICOVĚ ŘÍZENÝCH OBRÁBĚCÍCH STROJŮ... 26 7.1 POLOHA SOUŘADNÝCH OS NA OBRÁBĚCÍCH STROJÍCH.... 28 7.2 POLOHA SOUŘADNÝCH OS NA OBROBKU... 29 8. DEFINICE POHYBU... 31 9. VZTAŽNÉ BODY U ČÍSLICOVĚ ŘÍZENÝCH STROJŮ... 32 10. DEFINICE BODŮ OBRYSU... 35 10.1 ODEČÍTÁNÍ SOUŘADNIC BODŮ OBRYSU... 36 11. ZHOTOVENÍ PROGRAMU PRO ČÍSLICOVÉ ŘÍZENÍ... 43 12. METODICKÉ LISTY... 53 13. TEST ZNALOSTÍ Z OBSLUHY CNC STROJŮ... 58 14. VYHODNOCENÍ TESTU ZNALOSTÍ Z OBSLUHY CNC... 60 ZÁVĚR... 62 RESUME... 63 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 64

Úvod Bakalářská práce se zaměřuje na výuku programování číslicově řízených obráběcích strojů. Téma zpracované v bakalářské práci je určeno pro druhý ročník oboru obráběč kovů se zaměřením na CNC. Žáci by měli mít zkušenosti s konstrukcí klasických obráběcích strojů, jejich ovládáním a prací na nich. Primární literaturou pro bakalářskou práci se staly publikace Evžena Svobody Technologie a programování CNC strojů a Adolfa Frischhez Technologie zpracování kovů, z které jsem čerpal informace ke konstrukci CNC strojů. Dalšími významnými publikacemi byly Základy CNC obráběcích strojů od Vlastimila Bartoše a Obráběcí stroje a jejich programování od Miloslava Štulpy, které objasňují problematiku programování CNC strojů. První kapitola podává vysvětlení, z jakých důvodů se využívá výpočetní technika ve strojírenské výrobě. Jsou zde zmíněny také výhody jejího použití. Druhá kapitola se věnuje vývoji obrábění, postupnému zdokonalování strojů z důvodu zvýšení produktivity, efektivity, přesnosti a hygieny práce. Konstrukce CNC obráběcích strojů je zpracováno ve třetí kapitole bakalářské práce, v které jsou jednotlivě popsány hlavní části stroje. Ve čtvrté kapitole je rozebrán rozdíl v plánování výrobního postupu mezi klasickým (konvenčním) obráběním a postupem při práci na CNC strojích. Pátá kapitola zahrnuje druhy provozních režimů CNC obráběcích strojů, v kterých mohou stroje pracovat a jsou potřebné k nastavení nebo vlastní práci stroje. V šesté kapitole je zobrazeno rozvržení pracovního prostoru, umístění souřadného systému na jednotlivých strojích, a poté jeho umístění na obrobku. Vztažné body u číslicově řízených strojů jsou obsahem další kapitoly. Je v ní zmíněno umístění a užití těchto bodů. Následující kapitola objasňuje problematiku definování bodů obrysu a následně odečtení souřadnic těchto bodů. V poslední teoretické kapitole se zabýváme strukturou programu, jeho zápisem a jeho vytvoření přímo ze strojírenského výkresu. Součástí bakalářské práce jsou metodické listy, které slouží k procvičení učiva a upevnění vědomostí a dovedností získaných studiem této práce. Převážně se věnují procvičování práce se souřadnicemi obrobku podle výkresu a tvorbě vlastního programu pro CNC stroje. 6

V závěru práce nalezneme test sloužící k ověření pochopení učiva, vyhodnocení testových úkolů vypracovaných žáky, které jsou zpracovány v tabulce. Výsledek je udán v procentech. Bakalářské práce také obsahuje vlastní výkresy a obrázky pro přehlednější orientaci v učivu. 7

1. Didaktická část Teoretická část bakalářské práce je určena pro výuku v předmětu odborný výcvik u oboru obráběč kovů. Obsah učiva vychází z rámcového vzdělávacího programu 23-56-H/01 Obráběč kovů, který vydalo Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy dne 29. 5. 2008 čj. 6 907/2008-23. Učivo odborného výcviku je rozděleno do tří ročníků. V první ročníku jsou probírána témata ruční zpracování kovů a základy práce na klasických obráběcích strojích. Ve druhém ročníku to jsou témata strojní obrábění klasické a základy programování, seřizování a obsluhy CNC stroje. Ve třetím, posledním ročníku, ročníku to jsou témata seřizování a obsluha, zejména CNC strojů a součástí přípravy žáků na budoucí povolání je i odborná praxe ve výrobním závodě. 1.1 Cíle vzdělávání Průběh výuky musí vést k cílovým znalostem a dovednostem, v kterých žáci zvládají teoreticky i prakticky: - práci s technickou dokumentací, - základní způsoby ručního zpracování materiálů kovových i nekovových, - měření ve strojírenství, - klasické strojní obrábění, - tvorbu jednoduchého programu, seřízení, obsluhu a běžnou údržba CNC obráběcího stroje, - základní právní normy BOZP a hygienické předpisy. 1.2 Pojetí výuky Výuka probíhá skupinově, pod vedením učitele. Při výuce jsou žáci seznámeni s probíranou látkou formou instruktáže, po níž následuje praktický nácvik, při němž si žáci osvojují a posléze zdokonalují své manuální dovednosti a návyky a využívají teoretických znalostí. Žáci jsou vedeni k samostatné práci, k práci s technickou literaturou, využívání informačních technologií, k volbě správného nářadí a pomůcek. Rozpracované učivo této bakalářské práce je probíráno v rámci tématu CNC obrábění ve 2 ročníku. 8

1.2.1 Metodika výuky tématu CNC obrábění Žáci jsou v rámci výuky předmětu odborný výcvik rozděleni do skupin po maximálním počtu 12 žáků. 1.2.2 Cíle výuky - získání základních znalostí z oblasti CNC obráběcích strojů - jejich vývoje, konstrukce a programování - zvládnutí tvorby programu CNC obráběcího stroje na základě předloženého technického výkresu 1.2.3 Rozpis učiva Učivo Výsledky vzdělávání Hodin Uvedení do problematiky CNC - dovede vysvětlit princip práce CNC stroje 1 Vývoj CNC obráběcích strojů Konstrukce CNC obráběcích strojů Plánování výrobního postupu Provozní režimy CNC obráběcích strojů - má přehled o vývoji CNC - popíše druhy automatizace - popíše ovládací prvky konkrétních CNC strojů na dílně - zná způsoby upínání nástroje - určuje vhodný druh a typ stroje pro výrobu na základě pracovních podkladů - zná rozdíly konstrukce klasického a číslicově řízeného obráběcího stroje - zná základní technologický postup výrobního procesu - popíše rozdíl postupu u klasického a CNC obráběcího stroje - popíše režimy CNC obráběcího stroje - vysvětlí jejich funkci a použití 1 12 3 4 9

Souřadné systémy u CNC - rozvrhne pracovní prostor stroje - umístí souřadný systém na obrobek Definice pohybu - zná druhy pohybu stroje - umí je využít v praxi Vztažné body u CNC - definuje vztažné body stroje - používá je v praxi Definice bodů obrysu - definuje body obrysu ve výkresové dokumentaci - odečítá jejich souřadnice - zapisuje do souřadnicového listu - umí definovat dráhu nástroje pomocí bodů obrysu Zhotovení programu pro CNC - zná způsoby zapisování programu - vypracuje program pro výrobu jednoduché součásti - zapisuje program do programového listu Pozn. Při výuce je nutné dodržet chronologické řazení jednotlivých témat. 6 1 3 18 28 1.2.4 Didaktické a studijní pomůcky Didaktické pomůcky: - tabule, - dataprojektor, počítač, plátno, - modely jednotlivých částí CNC obráběcí stroje. Studijní pomůcky: - prezentace, - metodické listy, - technické výkresy. 10

1.2.5 Metodika hodnocení žáka Žáci jsou hodnoceni: - průběžně na základě písemných a ústních přezkoušení teoretických znalostí, - průběžným hodnocením při cvičné i produktivní práci učitelem. 1.2.6 Ověření znalostí učiva Závěrečné ověření pochopení učiva a splnění cílů výuky je provedeno pomocí didaktického testu. 11

2. Uvedení do problematiky CNC V dnešní době se v mnoha odvětvích průmyslu značně zvedlo využívání výpočetní techniky, a to nejen při administrativním řízení firem či podniků. Výpočetní technika se stává nedílnou součástí většiny odvětví průmyslu. Ve strojírenství se výpočetní technika stává jednou z hlavních částí tohoto oboru. Počítače se využívají jak při návrzích, v konstrukčních výpočtech strojních součástí, tak i v návrzích vlastních strojů. Výpočty se zpřesňují a jednotlivé součástky se tvarově dají zdokonalit, což při práci na rýsovacích prknech dříve nebylo mnohdy technicky možné. Využití výpočetní techniky při řízení obráběcích strojů výrazně zvýší jejich technickou hodnotu a to spolehlivě, rychle, přesně provádí opakované pohyby nebo odstraní chyby člověka zapříčiněné jeho pomalou reakcí, nepozorností, nedbalostí, popřípadě i únavou. Počítače ve strojírenské výrobě se využívají během celého procesu výroby dílce. První práci s počítačem provádí konstruktér při navrhování dílce. Navrhne jeho tvar s rozměry, které v závislosti na použití a následném namáhání dílce zvolí materiál. Rozměry dílce i následně použitý materiál volí tak, aby dílec po uvedení do provozu byl schopný unést pracovní zátěž. Konstruktér musí mít dané rozměry podloženy výpočty, které také provádí na počítači. Další bod, který konstruktér musí ověřit je, že při sestavách součástí budou rozměrově pasovat, tedy je bude možno složit do požadované sestavy. K tomuto slouží také některé počítačové programy, do nichž jednotlivé součástky konstruktér vkládá, jako by je sestavoval, a počítač mu přepočítá jejich možné složení. Dalším krokem, v kterém se ve strojírenské výrobě využívá výpočetní technika, je sestavování programu, v němž programátor nahraje výkres od konstruktéra do příslušného programu, který po zadaní dalších informací vytvoří program pro daný dílec. Ten se nahraje do počítače, přímo určeného k řízení obráběcího stroje, a za jeho pomoci se zhotoví dílec. Další využití výpočetní techniky je například při následné kontrole dílců. 12

3. Vývoj CNC obráběcích strojů Z důvodů nedostatečných možností klasických obráběcích strojů vyrábět složité tvary dílců nebo naopak nízké produktivitě při obrábění jednoduchých součástek vysokého množství, byly navrhovány a sestrojovány tzv. jednoúčelové stroje nebo obráběcí automaty. Jednoúčelové stroje byly vhodné jen k výrobě jednoho druhu obrobku. Byly to například různé kopírovací stroje, které vyráběly součástky za pomoci různých šablonek. Na vyráběném dílci nešlo již nic změnit, v případě změny se musela vyrobit jiná šablonka. Jednoúčelové stroje měly mnohem vyšší produktivitu práce. Aby se však vrátily pořizovací náklady, musel stroj vyrábět vysoké množství součástek. Obráběcí automaty se již řadí do tzv. nepřizpůsobivé nebo tvrdé automatizace. Seřízení těchto strojů se provádí za pomoci různých vaček a narážek, proto je velmi náročné a drahé. Tyto stroje se vyznačují vysokou produktivitou práce, avšak jejich ekonomické využití je až v hromadné výrobě z důvodů vysokých pořizovacích nákladů a nákladů na seřízení. S těmito stroji se můžeme setkat i v dnešní době, například ve firmách, které se zaměřují na velkosériovou výrobu. První automaty, které se daly programovat, byly označené jako tzv. NC stroje. Příkazy se stroji zadávaly pomocí přenosných médií. Dříve to byly děrné pásky a štítky, později magnetické pásky. Tyto stroje se využívaly pro výrobu složitějších součástí při odpovídající opakovatelnosti. Vyráběly se na nich dílce, které byly složité pro tvrdou automatizaci a nebyly vhodné pro výrobu na klasických obráběcích strojích s ručním ovládáním. Seřízení práce na těchto strojích se stalo méně problematické, avšak bylo zapotřebí další vybavení. Programátor musel vytvořit program a pomocí děrovače vytvořit pásek nebo štítek. Stroj musel být vybaven čtečkou. Pásek se při práci pomalu převíjel, stroj zpracovával informace a přenášel je pomocí posuvů na obrobek. Po dokončení dílce se pásek přetočil opět na začátek, upnul se nový obrobek a děj se znovu opakoval. Velmi problematické a nákladné bylo uchovávání programů pro tyto stroje. Postupem doby byly NC stroje vybavovány počítačem CNC obráběcí stroje. Počítač podstatně urychlil a zjednodušil programování i uchovávání dat, ale i jejich opakované použití či přenos. Díky počítači se značně zjednodušilo programování. Nástroj či obrobek se pohyboval pomocí matematicky definovaných křivek. Pořizovací náklady byly velmi vysoké, v dnešní době však zlevňováním počítačů a růstem jejich výkonu nachází CNC velmi 13

vysoké uplatnění v mnoha částech výroby, a to hlavně kvůli jejich efektivnosti. U některých prací jsou dokonce nenahraditelné, neboť počítač je schopný regulovat některé parametry, které jsou nezbytné pro vlastní práci stroje (například řezání laserovým paprskem). 14

4. Konstrukce CNC obráběcích strojů Na CNC obráběcí stroje jsou kladeny vysoké požadavky na rozměrovou a geometrickou přesnost. Z tohoto důvodu se konstrukce CNC obráběcích strojů výrazně liší od konstrukce klasických obráběcích strojů. Určité odlišnosti jsou rozpoznatelné na první pohled i pro člověka, který s obráběcími stroji nikdy nepracoval. První čeho si lze všimnout je konstrukčního krytování stroje. CNC obráběcí stroj má pracovní prostor ohraničen tak, aby v průběhu práce na stroji nemohlo dojít ke kontaktu s obsluhou stroje. Tento fakt je velmi důležitý s ohledem na bezpečnost práce. CNC stroj pracuje mnohem rychleji než klasické stroje a jeho plynulost není závislá na řízení obsluhy, nýbrž na řídícím systému. Proto by se obsluhující pracovník mohl lehce splést a vstoupit do pracovního prostoru, kdy nemá a mohlo by dojít k úrazu. Další důležitou věcí je krytování, které zvyšuje hygienu práce. Obsluha upne obrobek do upínače v pracovním prostoru, a při práci stroje na něj neodletují železné třísky nebo nestříká chladící kapalina. 4.1 Hlavní části stroje 4.1.1 Lože stroje a vodící plochy Základní částí všech obráběcích strojů jsou lože (viz Obrázek 1) nebo rám stroje. Požadavky na konstrukci lože jsou vysoká tuhost, schopnost tlumit chvění a přenášet všechny zatěžující síly. Dále by měly být konstruovány tak, aby u nich byla zajištěna vysoká životnost a snadná údržba. Můžeme se setkat s loži vodorovnými nebo s šikmými, které se vyskytují spíše u soustruhu. U šikmých loží je výhoda při odvádění třísek, které se lépe odstraňují do prostoru určené pro třísky. Nejčastěji se lože vyrábí z litiny nebo konstrukční oceli, ale mohou být například i železobetonové. Jejich nedílnou součástí jsou vodící plochy stroje. Kvalita těchto loží má přímý vliv na přesnost a životnost stroje. Při konstruování strojů jsou nejrozšířenější vedení kluzná s polosuchým třením, vedení kluzná hydrodynamická a vedení valivá. 15

Obrázek 1 Lože stroje 4.1.2 Hlavní pohon Kladené požadavky na hlavní pohon (viz Obrázek 2) jsou dosáhnutí takového počtu otáček, aby odpovídal optimální řezné rychlosti. Tyto otáčky je možno nastavovat jejich plynulou nebo stupňovitou regulací. Stupňovitá regulace se vyskytuje spíše u starších strojů, v dnešní době se od ní upouští. Princip regulace spočívá v tom, že se nastaví přibližná optimální řezná rychlost a stroj pracuje s konstantními otáčkami. Tato regulace se používala u klasických obráběcích strojů, na kterých obsluha navolila otáčky pomocí převodovky z ozubených kol. U plynulé regulace lze nastavit optimální řezné podmínky a během práce se mohou udržovat, dokonce i při změně obráběného průměru, například u zarovnávání čelní plochy. U stupňovité regulace jsou řezné podmínky při obrábění velkého průměru vysoké, postupem nástroje směrem ke středu optimální a u středu nízké. U plynulé regulace platí, že čím je nástroj blíže středu, tím se otáčky zvyšují. Výhoda této regulace je netupení nástroje na obrábění a při plynulé regulaci dosahuje obráběný povrch lepší kvality. Obrázek 2 Hlavní pohon 16

4.1.3 Vřeteník Vřeteník (viz Obrázek 3) je samostatný celek na obráběcím stroji. Je v něm uložen převodový mechanizmus a vřeteno s upínacím zařízením. U soustruhu je pevně spojen s ložem stroje a vřeteno je přizpůsobeno pro připevnění upínače obrobku k soustružení. U center bývá upevněn na sloupu stroje. Do vřeteníku se upíná nástroj pro obrábění. Obrázek 3 Vřeteník 4.1.4 Hydraulický agregát Hydraulický agregát (viz Obrázek 4) slouží jako zdroj tlakového oleje a jedná se o samostatný typizovaný celek. Díky jeho pomoci ovládáme, jak funkce vlastního stroje, tak i jeho příslušenství. Hydraulický agregát je vybaven hydrogenerátorem s regulací na konstantní tlak. Rozvod tlakového oleje je na stroji vytvořen za pomocí hadic, ocelových trubek a spojovacích kostek. Obrázek 4 Hydraulický agregát 17

4.1.5 Agregát mazání Je to samostatný celek, který se skládá z tlakového čerpadla, rozvodu oleje, olejové nádrže a kontrolního systému. Pomocí agregátu mazání zajišťujeme mazání kluzných ploch, kuličkových šroubů, suportů apod. Provádí automaticky po určitých časových intervalech, které se dají nastavit. Při uvedení do provozu se mazání seřizuje na vyšší hodnotu, při zaběhnutí stroje se mazání ubere. Nesmí však dojít k tomu, že stroj pojede tzv. na sucho nebo s malým množstvím oleje. Mohlo by nastat poškození stroje. V případě potřeby je možné mazací interval vyvolat i ručně pomocí tlačítka. 4.1.6 Suporty Suporty umožňují pohyb ve dvou navzájem kolmých osách podélného a příčného suportu. Suporty jsou uloženy kluzně na vodících kalených lištách, které jsou přišroubované k loži nebo na valivém vedení. Obrázek 5 Suporty 4.1.7 Posuvové mechanismy Posuvné mechanismy se velmi se liší od klasických obráběcích strojů z důvodů rychlosti posuvů a přesnosti nastavení polohy nástroje a obrobku. Pohon posuvu převádí příkazy od regulátoru polohy na pohyb nástroje nebo obrobku. Skládá se z posuvového motoru, který přenáší kroutící moment na převod 18

sestaveného z posuvového šroubu a matice. Přenos se provádí buďto přímo na šroub, nebo pomocí ozubeného řemene. Další důležitou součástí posuvového mechanizmu jsou posuvové kuličkové šrouby (viz Obrázek 6). Na kuličkové šrouby jsou kladeny zvýšené nároky na tuhost a přesnost nájezdu. Velmi důležitý je také nízký pasivní odpor. Kuličkové šrouby jsou technicky řešeny tak, že v nekonečném okruhu obíhají kuličky v matici, která je v půlce rozdělena na dvě části tzv. distančním kroužkem. Princip je v tzv. předpětí kuliček. V jedné půlce matice kuličky obíhají po levé straně matice a druhá půlka kuliček po pravé. Tímto se vymezí vůle a posuv je takřka bez vůle, což je nezbytné pro přesné a bezchybné najíždění stroje. Po určité době se i tyto šrouby opotřebovávají, a tím by mohlo docházet k nepřesnostem u výroby dílů. Při ještě malém opotřebení se tento problém dá minimalizovat nastavením v systému stroje, v kterém řídící systém informujeme o velikosti této vůle a ten je schopen přepočítat souřadnice najetí a chybu odstranit. V případě většího opotřebení je zapotřebí tyto šrouby vyměnit za nové. Obrázek 6 Detail kuličkového šroubu 4.1.8 Odměřovací zařízení Velice důležitá část stroje je odměřovací zařízení (viz Obrázek 7), jelikož z velké části ovlivňuje jeho výslednou přesnost. Podle umístění snímače polohy na obráběcích strojích, lze v zásadě odměřování rozdělit na přímé a nepřímé. V případě přímého odměřování se odměřovací zařízení umisťuje přímo na pohybující se části stroje. Použití přímého odměřování je u velmi přesných strojů, z důvodů snímání vysoké přesnosti polohy, která je závislá pouze na přesnosti snímání z měřítka. U nepřímého odměřování se snímač polohy umisťuje na posuvné kuličkové šrouby, buď přímo, anebo pomocí převodu. Vlastní odměřovaní se odečítá nepřímo a je závislé na pootočení kuličkového šroubu. Nevýhoda takového odečítání 19

je, že se do odečtené hodnoty přenáší i nepřesnosti pohonu, převodu, kuličkového šroubu i vlivy silových účinků na snímač. Tento způsob odečítání se i přes tyto nedostatky velice rozšířil, zejména díky jednoduchosti provedení a také nižší ceně. Další dělení je spojeno s konstrukčním provedením odměřovacího zařízení, principu jeho práce a charakteru informací, které odměřovací zařízení předává. Obrázek 7 Odměřovací zařízení 4.1.9 Systémy automatické výměny nástrojů Systém automatické výměny nástrojů (viz Obrázek 8) má u číslicově řízených strojů za úkol vyměnit, upnout a správně nastavit požadovaný nástroj během automatického cyklu. V praxi se využívá více druhů systémů automatické výměny. Záleží na stroji, podle něhož je volen druh zásobníku. V praxi jsou využívány systémy se zásobníky, které přenášejí řezné síly. Tyto systémy se používají u soustruhů. Jsou to otočné nástrojové hlavy (revolverové hlavy) nebo nožové držáky. Otočné nástrojové hlavy konají pouze vedlejší pohyby. Hlavní řezný pohyb koná obrobek. Jejich předností je jednoduchá konstrukce, nízká doba výměny nástrojů, nízká poruchovost, snadná obsluha, údržba. Jejich nevýhodou je omezený počet nástrojů, vyšší možnost kolize nástrojů s obrobkem nebo s částmi stroje, vyšší zatížení suportu a zhoršený odvod třísek. Nožové držáky se nejčastěji používají čtyřboké se svislou nebo vodorovnou osou otáčení. Další druh systémů automatické výměny nástrojů je s výměnou celých vřeten nebo vřeteníku. Tyto systémy se nejčastěji používají u číslicově řízených frézovacích strojů a obráběcích center. Tyto zásobníky můžeme dle kapacity rozdělit na maloobjemové a velkoobjemové. Maloobjemové zásobníky mají deset až čtyřicet nástrojových míst. Jejich nejčastější umístění je na vřeteník nebo základní stojan stroje. Vyrábí se například kotoučové nebo bubnové. Velkoobjemové zásobníky se 20

vyznačují kapacitou nad čtyřicet nástrojových míst. Nejčastěji se podle počtu nástrojových míst používají bubnové, kotoučové nebo řetězové. Zásobníky s vyšším počtem nástrojových míst jsou z důvodu velkých rozměrů a vysokých hmotností umisťovány mimo vlastní obráběcí stroj na zvláštní stojany. Tyto stojany mohou být pevné nebo pohyblivé. Obrázek 8 Ukázky systémů automatické výměny nástrojů 4.1.10 Chladící zařízení Chladící zařízení (viz Obrázek 9) slouží k dodávání chladící kapaliny do pracovního prostoru k chlazení nástrojů a obrobků při obrábění. Chlazení může být povrchové, chlazení osových nástrojů (tzv. středotlakem), popřípadě oplachování součástí. Chladící zařízení je sestaveno z čerpadla, nádrže a rozvodu chladicí kapaliny. Čerpadlo čerpá chladicí kapalinu z nádrže a pomocí rozvodu ji dopravuje na příslušné místo. Kapalina poté odtéká zpět do nádrže. Tato sestava utváří uzavřený okruh. Chladicí kapalinu je po určité době zapotřebí kontrolovat z důvodu její kvality. Chladící kapalina je zapotřebí doplňovat kvůli vypařování nebo ztrát při odstraňování třísek a obrobků. V případě nevyhovující kvality je zapotřebí tuto kapalinu ekologicky zlikvidovat a nahradit kapalinou novou. 21

Obrázek 9 Chladící zařízení 22

5. Plánování výrobního postupu Značný rozdíl v práci na klasickém obráběcím stroji a CNC obráběcím stroji je v postupu při plánovaní výrobního potupu. Dělník na klasickém obráběcím stroji si prostuduje výkres a zhruba zvolí postup pro jeho výrobu. Postupně čte výkres. Informace zpracovává v hlavě a přenáší na daný obrobek. Nastavuje otáčky, nástroj, spouští posuv, zapíná chladící kapalinu a měří obrobek. Po vykonání jednoho kroku plánuje krok další, a to až do úplného zhotovení dílce. Tedy plánování a výroba se postupně střídají. U CNC strojů se musí jednotlivé kroky plánování spojit v celek před vlastním obráběním dílce. Programátor musí mít všechny potřebné podklady pro zhotovení výrobního postupu a následného naprogramování součásti. Do těchto podkladu patří výkres součásti, který musí obsahovat všechny potřebné údaje o obrobku. Geometrický tvar obrobku, který je definován rozměrovými údaji a jejich tolerancemi. Musí tam také být požadovaná kvalita povrchu. Z těchto informací programátor volí nástroje pro obrábění, řezné podmínky, velikost záběru třísky posuv atp. Další věc, kterou musí programátor znát, jsou údaje o stroji. Podle velikosti pracovního prostoru volí maximální velikost obrobku, který může být na stroji obráběn. V závislosti na výkonu hlavního pohonu volí maximální hloubku obrábění a velikost posuvu při zvolené řezné rychlosti, hlavně při hrubování. Dále by měl programátor mít údaje o polotovaru. Tvar, velikost a kvalita povrchu polotovaru mají vliv na upínání obrobku. 23

6. Provozní režimy CNC obráběcích strojů Jako obsluha CNC obráběcího stroje se setkáme s několika druhy pracovních činností stroje nebo jeho řídícího systému. Tyto režimy se nastavují pomocí příslušných tlačítek na řídícím panelu (viz Obrázek 10). Ruční Editace Polohování s ručním zadáním Automatický režim blok po bloku matický Auto ulace Sim 6.1 Režimy CNC: Obrázek 10 Detail řídícího panelu MANUAL (ruční provoz) - slouží k ručnímu ovládání stroje. Tento režim obsluha stroje využívá k ručnímu obrábění, k polohování nástroje do vhodné pozice nebo k zaměřování nástrojů a obrobků. Obsluha má v tomto režimu možnost nastavit všechny technologické informace jako je posuv, otáčky vřetena, zapnutí chladící kapaliny, ale také aktivaci ručního ovládacího kolečka pro pojezd. Dále v manuálním režimu můžeme volat nástroje ze zásobníku nástrojů a zásobník přesazovat novými nástroji. AUTO (automatický) - tento režim se volí pro automatické obrábění. Řídící systém zpracovává informace z programu a ovládá stroj. Po dokončení jednoho bloku automaticky zpracovává blok další. Tento režim se používá po odladění programu. Je možné doladit pomocí potenciometru otáčky a posuv. B-B (blok po bloku) - řídící systém zpracuje jeden blok a stroj tento blok provede. Pro další pokračování je zapotřebí znovu potvrdit start. Takto lze postupně provést celý program. Tento režim nám umožňuje provézt kontrolu správnosti 24

programu. Při kontrole se stahuje potenciometr posuvu a při zjištění chyby se program zastaví a chyba opraví. NASTAVENÍ - pomocí tohoto režimu je možno ovlivňovat velikost posuvu, otáček a rychloposuvu. Tato velikost se ovlivňuje ručně pomocí potenciometru. U posuvu je běžně toto nastavení možné od nuly do sto padesáti procent a u otáček od padesáti do sto padesáti. Toto rozmezí však volí výrobce stroje. Můžeme se tedy setkat i s jinými hodnotami. Tento režim je funkční s jinými režimy, například ručním, automatickém a blok po bloku. TOOL MEMORY (paměť nástrojových dat) - umožňuje uložení a ukládání dat o nástroji. V tomto režimu zadáváme řídícímu systému informace o poloze nástrojů, které jsou upnuty v zásobníku nebo v revolverové hlavě. Řídící systém je informován o korekcích nástrojů vzhledem k nulovému bodu obrobku. U strojů s jedním nástrojem se tento režim obvykle nepoužívá. Není vhodný také u strojů s ruční výměnou s využitím funkce M06, ve které se korekce přímo uvádí. EDITACE programu - v tomto režimu se vytváří program přímo na stroji nebo se program přepisuje z předepsaného dokumentu. Je také možné program do stroje nahrát pomocí počítače, diskety, po síti a v editoru se programy mohou dle potřeby opravit. Simulace a testy programů - testem CNC programu rozumíme nasimulování pohybu. Test upozorní na geometrické nesrovnalosti nebo na neproveditelné programované kroky a případné narušení pracovního prostoru. U simulace obrábění můžeme zkontrolovat správnost dráhy nástroje, popřípadě hrubý tvar součásti. Také můžeme odhalit kolizi nástroje s obrobkem při špatném naprogramování, a tím zamezit zničení nástroje nebo poškození stroje. Nejsme schopni nasimulovat upnutí obrobku řezné podmínky velikost záběru třísky, to znamená, že výkon stroje, tvar třísky a upínací síly můžeme ověřit až na reálném pracovišti. Dle použitého softwaru můžeme zobrazovat 2D pohled popřípadě 3D pohled. 25

7. Souřadné systémy u číslicově řízených obráběcích strojů Po sestavení plánu obrábění musíme každý jednotlivý krok obrábění naprogramovat. Abychom mohli CNC stroji zadat, jakým směrem se má vykonávat pojezdová dráha nástroje ve formě číslicového řízení, musí být v pracovním prostoru jednoznačně určeny souřadné osy. Ke každému posuvu musí být přidělena příslušná osa. Aby všechny stroje pracovaly s jednotnými smysly pohybů, řídí se dle souřadného systému (viz Obrázek 11). Jedná se o pravoúhlý souřadný systém s osami X, Y, Z. Tyto osy jsou na sebe navzájem kolmé a jsou vztaženy k obrobku v pracovním prostoru tak, že kladný smysl pohybu je ve směru narůstání obrobku. Pokud si představíme vertikální frézku, která má posuv pinolou vřetene, kladný smysl je při pojezdu nahoru od obrobku. Toto pravidlo platí i u ostatních os v pracovním prostoru stroje. Obrázek 11 Obrázek souřadné soustavy V praxi se často stává, že si nevystačíme se základními osami. Je to z důvodu dvou posuvů v jednom směru. Například u vertikální frézky vyjíždí pinola a v tom samém směru se může pohybovat konzola. Kvůli tomu jsou k základním osám přiřazeny osy doplňkové U, V, W, které jsou se základními osami rovnoběžné. V pracovním prostoru se využívají ještě rotační pohyby kolem os X, Y, Z, které se označují A, B, C. V praxi se jedná ku příkladu o dělící přístroj, který je 26

upnut na stole frézky, nebo o otočný stůl. U soustruhu to například může být polohování vřetene pod určitým úhlem ve spojení hnaného nástroje pro frézování nebo mimo ose vrtání. Pokud by se jednalo o dělící přistroj, který je upnut tak, že jeho osa je rovnoběžná s osou podélného posuvu, tedy v ose X, jednalo by se o rotační pohyb v ose A. V případě upnutí dělícího přístroje v ose příčného posuvu Y rotační pohyb by byl označen B. Jednalo by se například o otočný stůl, který by měl osu rotace směřovanou kolem osy Z, tzn. ve směru pojezdu konzoly, šlo by se o osu C. V případě, že je soustruh vybaven polohováním vřetene, tedy v ose Z, jedná se také o osu C. Kladný směr rotačních os probíhá ve směru smyslu hodinových ručiček, pohlížíme-li na danou osu v kladném směru. Smysl otáčení ovládáme znaménkem plus nebo minus (viz Obrázek 12). V praxi se může stát, že z důvodu zrcadlení os tomu muže být i jinak. Proto je zapotřebí se seznámit přímo se strojem, pro který je vytvářen program, a popřípadě ho upravit tak, aby nedošlo ke spuštění opačných otáček, a tím i ke zničení nástroje, v horším případě poškození stroje. Obrázek 12 Obrázek souřadné soustavy s rotačními osami 27

7.1 Poloha souřadných os na obráběcích strojích. Poloha os na obráběcích strojích je přiřazena k jednotlivým vodícím plochám dle ON 200604. V této normě se udává, že osa Z je rovnoběžná s osou pracovního vřetene. Tímto je dán její směr, nikoli její smysl. Kladný smysl této osy probíhá od obrobku k nástroji. To znamená, že obrobek se kladným směrem zvětšuje. Osa X je hlavní osou v rovině upínání obrobku a její kladný smysl také směřuje od obrobku k nástroji. Osa Y je vedlejší osa v rovině upínání obrobku a její směr a smysl je dán pravoúhlou souřadnou soustavou v závislosti na ose X a Z. V případě, že se jedná o rozvržení jedno vřetenového soustruhu, jehož nástroj se pohybuje jen ve dvou osách, jsou tyto osy jednoznačně určeny (viz Obrázek 13). Osa Z, jak bylo nahoře zmíněno, je rovnoběžná s osou pracovního vřetene, jedná se tedy o podélný posuv. Hlavní osou v rovině upínání je osa X a je rovnoběžná s osou příčného posuvu. Pomocí ní nastavujeme obráběný průměr součásti. Za osu Y bychom u tohoto stroje mohli považovat výškové nastavení nástroje. Některé CNC soustruhy mají možnost pojezdu i v této ose, v případě že je stroj vybaven hnanými nástroji. Obrázek 13 Obrázek soustavy na soustruhu Jedná-li se o frézku s možností pojezdu ve třech základních osách, souřadná soustava je rozložena následujícím způsobem (viz Obrázek 14). Osa Z je opět osou pracovního vřetene. Jde-li o vertikální frézku, směr pojezdu Z osy je realizován pinolou vřetene, pojezdem celého vřetene, popřípadě pojezdem konzoly stroje. Její 28

kladný smysl je opět od obrobku k nástroji. Pinola vřetene, nebo celé vřeteno by při pohybu kladným směrem jely nahoru od obrobku. Osa X představuje podélný posuv a osa Y příčný. Programátor musí určit nebo zjistit, jakým způsobem je možné daný obrobek upnout. V případě špatného zvolení pohledu pro programování by byl program nepoužitelný a musel by se přeprogramovat. Obrázek 14 Obrázek se souřadnou soustavou pro frézku 7.2 Poloha souřadných os na obrobku Poloha souřadných os na obrobku vychází z jeho umístění do pracovního prostoru stroje. U rotačních součástí na soustruhu je poloha os jasně dána smyslem upínání (viz Obrázek 15). Je třeba jen rozlišovat, zda se jedná o stroj, u kterého se nástroj pohybuje před osou nebo za osou obrábění. V případe upnutí nástroje před osou by X souřadnice v programu byly zapsané s kladným znaménkem respektive bez znaménka, protože kladné znaménko se nezapisuje. V opačném případě, tzn. při upnutí nástroje za osu, by program pro výrobu stejného dílce obsahoval v X ose opačné znaménka jako v předchozím případě, Z hodnoty by byly stejné. V dnešní době se spíše volí upínání nástrojů do zadních držáků z důvodu lepšího odvodu třísek, lepší možnosti kontrolovat nástroj v řezu, lepšímu přístupu k obrobku do pracovního prostoru atp. V tomto případě se u těchto strojů provádí tzv. ozrcadlení X osy a programátor zapisuje X hodnoty, jako by se jednalo o nastroj před osou. Proto je zapotřebí být seznámen s parametry stroje a jejich nastavením. 29

Obrázek 15 Obrázek os na obrobku Pokud umisťujeme souřadný systém na obrobek pro frézování, musíme vědět, jakým způsobem bude obrobek upnut do pracovního prostoru stroje. V případě vložení obráběného polotovaru na upínací stůl, jsou jednotlivé osy obrobku rovnoběžné s osami stroje (viz Obrázek 16). Obrázek 16 Obrobek pro frézování 30

8. Definice pohybu Při programování součástí na CNC strojích se vychází z toho, že se nástroj pohybuje vůči obrobku. V praxi tomu však vždy není. Nejčastější provedení CNC vertikálních frézek funguje tak, že nástroj vykonává hlavní řezný pohyb kolem své osy a svislý pohyb v ose Z. V ose X a Y se pohybuje obrobek s pracovním stolem. U velkých CNC horizontálních frézek nástroj vykonává všechny pohyby, tedy hlavní rotační pohyb a pohyb ve všech osách obrábění. Obrobek je pevně upnut k upínací části stroje (viz Obrázek 17). Z tohoto důvodu v rozdílnosti provedení strojů se vychází z výše zmíněného pohybu nástroje vůči obrobku. V principu z toho vyplívá, že v programu řídícímu systémů zadáme povel pojezdu nástroje plusovým směrem o sto milimetrů a ve skutečnosti nám popojede stůl s obrobkem opačným směrem. Výsledek je tedy totožný. Obrázek 17 Vztažné body u číslicově řízených strojů 31

9. Vztažné body u číslicově řízených strojů Abychom byli schopni určit polohu nástroje a obrobku, v souřadné soustavě stroje, jsou do pracovního prostoru stroje umístěny příslušné definované body. Pomocí nich určujeme nebo kontrolujeme například polohu nástroje. V pracovním prostoru stroje se nachází tři základní vztažné body - nulový bod stroje, referenční bod a nulový bod obrobku. Další body, s kterými se můžeme ve spojení s CNC setkat jsou bod špičky nástroje u soustruhu, vztažný bod suportu nebo vřetene a bod nastavení nástroje. Nulový bod stroje M - (viz Obrázek 18) je určen výrobcem při konstruování stroje. V nulovém bodu se nachází počátek souřadné soustavy a počátek vztažných bodu na stroji. Nulový bod stroje určuje výrobce při konstruování stroje. Uživatel nulový bod nemůže měnit, může ho však posunout. U soustružení se tento bod dává na osu rotace a na čelní plochu vřetene. U frézky do levého předního rohu pracovního stolu. Obrázek 18 Nulový bod stroje M Nulový bod obrobku W - tento bod si volí programátor tak, aby se mu dobře počítali souřadnice obrobku. Nejčastěji se jedná o místo, z kterého vychází kotování obrobku. V případě složitého přepočítávání souřadnic může dojít k chybě, a tím pádem k výrobě zmetkového kusu. U soustružení se nulový bod volí vždy na osu rotace. Je to z toho důvodu, že v ose X při absolutním programování zapisujeme průměr. V ose Z se nulový bod s oblibou dává na čelo obrobku proto, že programátor podle znaménka pozná, zda-li se nástroj pohybuje v materiálu nebo mimo něj. V případě že nezapíše znaménko mínus, nástroj odjede od materiálu, a je menší pravděpodobnost, že dojde ke kolizi nástroje s obrobkem. U frézování se nulový bod volí tak, že se nulový bod obrobku umístí do levého spodního rohu obrobku. Pokud 32

se nástroj pohybuje v ose X a Y v plusových hodnotách, nachází se v materiálu. V ose Z zvolíme nulový bod na nejvyšší místo obrobku a nástroj při najetí záporných hodnot je nástroj v materiálu. Obsluha stroje musí znát místo, z něhož jsou počítány souřadnice, aby mohla správně nulový bod zaměřit. Po zaměření nulového bodu obrobku řídící systém propočítá vzdálenost od nulového bodu stroje a toto místo uloží do paměti. Na zaměření závisí přesnost najetí na požadovanou polohu na obrobku. Při špatném zaměření může dojít k výrobě zmetkového dílce, nebo dokonce ke kolizi stroje s obrobkem či s částmi stroje. Obrázek 19 Nulový bod obrobku W Referenční bod stroje R - (viz Obrázek 20) dochází ke sladění odměřovacího systému stroje s řídícím systémem CNC. Dá se říct, že referenční bod kalibruje odměřování dráhy, jelikož řídící systém má v paměti uloženou polohu referenčního bodu vůči nulovému bodu stroje. Po najetí na referenční bod řídící systém zná absolutní polohu v souřadné soustavě stroje. Používá se z toho důvodu, že v mnoha případech není možné kvůli kolizi stroje najet na nulový bod. Referenční bod je vložen v takovém místě, v jakém je nejmenší pravděpodobnost havárie stroje. Dá se říct, že to je pomocný bod k najetí nulového bodu obrobku. Najíždí se při zahajování práce, při níž se stroj zapne do elektrické sítě a dochází k načítání systému, nebo dojde-li k přerušení proudu, a systém se musí načíst znovu. Reference sjíždíme také v případě špatného zaměření obrobku, jestliže dojde k posunu nulového bodu stroje. 33

Obrázek 20 Referenční bod R Bod špičky nástroje P- vyskytuje se u soustruhu. Tento bod je velice důležitý pro zaměření délkové korekce nástroje a poté rádiusové korekce. Program sestavujeme tak, jako by byla špička nástroje do ostra, v praxi to takhle není. Špičky nástroje jsou vyráběny s určitým rádiem na špičce. Je to hlavně z důvodu trvanlivosti nástroje. Při soustružení se tato špička zapíše do parametrů nástroje a při zapnutí korekce nástroje řídící systém dopočítá dráhu nástroje tak, aby požadovaný tvar obrobku nebyl skreslený. Obsluha zaměří nástroj, jako by byl bez zaoblení, a řídící systém upraví dráhu nástroje. Vztažný bod suportu nebo vřetene (pro vložení nástroje) u soustruhu se jedná o bod na revolverové hlavě pro výměnu nástroje a u frézky je umístěn na čele vřetene a v ose její rotace. Ke vztažnému bodu F se vztahuje délková korekce nástroje. Bod nastavení nástroje E - tento bod je velice důležitý pro zaměření korekcí mimo stroj. Při upnutí nástroje do stroje dojde ke sladění bodu E s bodem F, a tím i k nastavení správných korekcí. Obrázek 21 Obrázek umístění vztažných bodů v pracovním prostoru 34

10. Definice bodů obrysu Aby řídící systém mohl ovládat pracovní pohyb nástrojů, musí být velikosti těchto pohybů naprogramovány. Z tohoto důvodu je zapotřebí si před programování, případně během programování, určit body obrysu (viz Obrázek 22, Obrázek 23) vztahující se k nulovému bodu. Tyto body programátorovi napomáhají v lepší orientaci v programu a na výkrese. Další jejich funkcí je snížení chyb vynecháním některé části tvaru součástky. Poloha bodu se většinou nachází tam, kde se mění tvar obrobku. Dá se říct tam, kde nástroj mění směr nebo způsob pojezdové dráhy. Například soustružíme-li přechodový rádius, který se napojuje na soustružený rovný průměr. V takovém případě musíme nadefinovat řídícímu systému najetí na začátek daného průměru, dále na místo, na němž končí tento průměr a začíná rádius, a poté konec rádia. Obrázek 22 Definice bodů obrysu Některé body nemusí přímo souviset s obráběným dílcem. Mohou to být pomocné body pro najíždění nástroje na obrobek nebo body důležité pro vytvoření programu. Musíme však brát v úvahu konstrukci nástroje, jaké plochy je schopný obrobit. Jestliže nastane situace, kdy soustružíme tvar obrobku stranovým nožem, a v tomto tvaru se mají obrábět i zápichy, musíme je při vlastním obrábění stranovým nožem vynechat a nadefinovat je později zapichovacím nožem. Kdybychom to neudělali, vyrobili bychom zmetek a také by mohlo dojít k poškození nástroje, popřípadě stroje. Podobný problém může nastat i u frézky, jestliže obrábíme obrobek frézou o průměru dvacet milimetrů a máme vyrobit drážku širokou pět milimetrů. Než začneme tuto drážku obrábět, musíme nástroj nejprve vyměnit a poté drážku vyrobit. 35

Obrázek 23 Obrázek s definovanými body obrábění soustruh, frézka. 10.1 Odečítání souřadnic bodů obrysu Jakmile máme stanovený plán obrábění a nadefinované body obrysu, musíme umět odečítat jejich souřadnice. V principu se vychází z osového kříže (viz Obrázek 24), do kterého jsou zakresleny body, a k těmto bodům se odečítají příslušné souřadnice (viz Tabulka 1). Využíváme dva způsoby odečítání souřadnic, tzv. absolutní a inkrementální. Nejprve rozebereme absolutní programování, poté inkrementální. 36

Obrázek 24 Osový kříž s vyznačenými body P1 až P4 P X Z 1-1 1 2 2 1 3 3-3 4-3 -1 Tabulka 1 Výpis souřadnic jednotlivých bodů Při programování v praxi se osový kříž (souřadný systém) umístí, na obrobek, na kterém je střed v nulovém bodu obrobku a orientován podle souřadného systému stroje, tzn. podle upnutí obráběné součásti do souřadného systému stroje. U absolutního programování se vychází z toho, že programované body se vztahují k počátku souřadného systému obrobku, tedy k nulovému bodu obrobku. Programátor si při volbě nulového bodu volí, v jakých hodnotách se bude pohybovat podle zvoleného kvadrantu souřadného systému. Po umístění souřadného systému na obrobek začínáme odečítat souřadnice a zapisujeme je do souřadnicového listu. Odečítání se v principu provádí tak, že počítáme souřadnice jako by byly zakresleny do osového kříže. Tyto souřadnice pak neodečítáme z hodnot na ose, ale podle výkresu. 37

Obrázek 25 Figurka s vyznačenými body Body Osa X Osa Z 1 0 0 2 10 0 3 14-3 4 14-9 5 10-11 6 10-20 7 20-25 8 20-27 9 18-29 10 20-31 11 20-33 0 200 100 Tabulka 2 Výpis souřadnic jednotlivých bodů figurky 38

Obrázek 26 Smajlík s vyznačenými body Body Osa X Osa Y Osa Z 1 5 5-5 2 75 5-5 3 75 75-5 4 5 75-5 5 15 20-5 6 65 20-5 7 65 60-5 8 15 60-5 0 0 0 0 Tabulka 3 Výpis souřadnic jednotlivých bodů smajlíka 39

Absolutní programování (viz Obrázek 25, Obrázek 26, Tabulka 2, Tabulka 3) je v praxi více používané. Při tomto druhu programování je z každého odečtení hodnot souřadnic zřejmé, v jaké pozici se nachází nástroj, popřípadě se lépe hledá chyba v souřadnicích. Další výhodou je, že kusy jsou většinou kotovány od určité základny, proto nemusíme dopočítávat tolik souřadnic, a tím neuděláme chybu. Většina strojů při spuštění automaticky nastaví absolutní programování. U inkrementálního způsobu programování (viz Obrázek 27, Obrázek 28, Tabulka 4, Tabulka 5) se v podstatě souřadný systém umisťuje na špičku nástroje u soustružení a na průsečík osy rotace a čelo nástroje u frézování. Bod, ve kterém nástroj stojí, se stává výchozím bodem pro nástroj další. To znamená, že nástroj se přesune o naprogramovanou hodnotu ve směru, který určujeme znaménkem plus nebo mínus. Nevýhoda u inkrementálního programování je, že v případě chyby se tato chyba postupně přenáší na všechny další rozměry nebo se chyby sčítají. U absolutního programování se špatně vyrobí jen ta jedna část. Další nevýhodou je, že se tato chyba špatně dohledává. Musíme projít celý program od začátku programování až po tuto chybu. U inkrementálního programování je však možné provézt zpětnou kontrolu souřadnic. Ta se provede tak, že se v programu vrátíme na výchozí pozici obrábění. V jednotlivých osách se sečtou a odečtou souřadnice a musí nám v konečném výsledku vyjít nula. V tomto případě by námi zapsané hodnoty měly být správné. V případě, že chceme programovat tímto způsobem, musíme to stroji zapsat v programu, aby se řídicí systém nastavil na toto odčítání. 40

Obrázek 27 Figurka II s vyznačenými body Body Osa X Osa Z 1-100 -100 2 5 0 3 2-3 4 0-6 5-2 -2 6 0-9 7 5-5 8 0-2 9-1 -2 10 1-2 11 0-2 0 90 133 Tabulka 4 Výpis souřadnic jednotlivých bodů figurky II 41

Obrázek 28 Smajlík II s vyznačenými body Body Osa X Osa Y Osa Z 1 5 5-5 2 70 0 0 3 0 70 0 4-70 0 0 5 10-55 0 6 50 0 0 7 0 40 0 8-50 0 0 0-15 -60 5 Tabulka 5 Výpis souřadnic jednotlivých bodů smajlíka II 42

11. Zhotovení programu pro číslicové řízení Správné odečtení souřadnic je první krok k vytvoření programu, avšak aby stroj mohl sám vytvořit celý obrobek, musí řídící systém mít všechny potřebné informace. Tyto informace musí být řídícímu systému zadávány určitým systémem, na který je stroj přizpůsoben. Souhrnu těchto písmenek a čísel se nazývá programový kód. Nejrozšířenějším kódem, který je používaný na strojích je kód ISO DR 1314. Pomocí něj se sestavuje řídící program. Řídící program je soubor číselně vyjádřených informací, které popisují činnost stroje. Skládá se z jednotlivých částí. Program je složený z vět (bloků), věty jsou sestaveny ze slov. Slovo popisuje jeden příkaz. Obsahuje číselný kód, kterému předchází adresný znak a který určuje příslušnost ke skupině příkazů. Struktura programu může vypadat asi takto: N 10 G01 X 100 Z 50 S 1500 M03 Toto celé je jedna věta. Jednotlivé části z této věty jako například G01 nebo Z50 jsou slova. Rozložením slova dostaneme dvě složky. Písmeno, které nám vyjadřuje adresu slova, ke které skupině příkazu patří, a číslo. Toto číslo je bráno jako významová část. Pokud známe jazyk (kód), ve kterém stroj pracuje, měli bychom být schopni přeložit jakoukoli větu. V případě výše napsané věty je stroj informován tak, že v desáté větě má pracovním posuvem najet na souřadnice v ose X 100 a v ose Z 50 nastavit otáčky na 1500 otáček za minutu a spustit otáčky ve smyslu hodinových ručiček. Řídící systém jednotlivá slova přečte, zpracuje a vykoná požadované úkony. Počet slov v jednotlivých větách, tedy velikost věty, nám určuje formát bloku. Tento formát můžeme podle jeho délky rozdělit na dva typy, a to formát s konstantní délkou bloku a s proměnou délkou bloku. Rozdíl mezi těmito typy je, že u formátu bloku s konstantní délkou má každé slovo určenou přesnou polohu, a to i tehdy, jestliže se toto slovo nevyskytuje nebo opakuje. Formát bloku s proměnnou délkou umožňuje vynechat slova, která se v příslušném bloku nevyskytují nebo se opakují. Pořadí slov se většinou zachovává. V praxi tomu je tak, že u formátu s konstantní délkou nabízí systém postupně slova, která musíte vypsat a to i tehdy, jestliže jsou stejná jako v předchozím bloku. Pokud byste nerespektovali tyto požadavky, řídící 43

systém by nebyl schopen přeložit program a zahlásil by chybu, že data nejsou úplná. V následujících větách si znázorníme formát bloku s konstantní délkou bloku: N 0010 G 01 M03 X 50.000 Y 80.000 Z 15.400 F 80 S 1500 T2 N 0020 G 01 M03 X 50.000 Y 45.000 Z 15.400 F 80 S 1500 T2 N 0030 G01 M03 X 70.000 Y45.000 Z 21.000 F 60 S1300 T3 U formátu s proměnou délkou to v praxi většinou funguje tak, že programátor pomocí klávesnice vyvolává potřebné adresy, a k nim přiděluje číselné hodnoty. Prácí má usnadněnou tím, že nemusí vše vypisovat a zapisuje jen ty hodnoty, které jsou nutné pro výrobu součásti. Některé systémy sice nevyžadují dodržování pořadí slov, lepší je však tento systém dodržovat, a to z důvodu lepší orientace v programu. U různých systému muže řídící systém vyžadovat drobné změny v uspořádání adres, avšak velmi rozšířené je uspořádání N, G, M, X, Y, Z, F, S, T, D. Nyní si v následujících větách znázorníme formát bloku s proměnou délkou: N 10 G1 M3 X50 Y80 Z 15.4 F80 S 1500 T2 N 20 Y 45 N 30 X70 Z 21 F 60 S 1300 T3 Sestavená slova do vět mají pro řídící systém určitý význam. Podle tohoto významu slova rozlišujeme na dva základní druhy, tzv. slova rozměrová a bezrozměrová. Rozměrové slovo lze definovat jako uspořádaný sled adresného znaku, určitého počtu číslic a jednoho znaménka. Kladné znaménko se většinou nezapisuje. Slova uvozená symbolem souřadných os ( X, Y, Z, U, V, W, A, B, C) má význam polohy nebo přírůstku polohy v odpovídající ose. Pro slova I J K mívá význam parametru kruhové interpolace. Jako rozměrová slova mohou být zadány další parametry, např. slovo R. Dá se říct že rozměrová slova jsou taková slova, která mají přímý vliv na rozměr. Tudíž taková slova, které řídícímu systému dávají příkaz k polohování nějakého posuvu, tzn. slova, ve kterých se zapisují souřadnice obrobku. Bezrozměrová slova můžeme zařadit podle významu do skupin. Tyto skupiny nazýváme funkce. Bezrozměrová slova jsou všechna ostatní slova, která stroji zadávají informace potřebné pro výrobu součásti. 44

Věta v programu většinou začíná adresou N a k ní je přiřazeno příslušné číslo. Toto slovo nám slouží k orientaci v programu a označuje nám číslo věty. Řídící systém pracuje postupně podle číslování. Používá se víc způsobu číslování. Na některých strojích jde číslování po desítkách z důvodu možnosti vkládání vět do programu. U některých jde číslování postupně od jedničky a v případě vložení věty se cele číslování posune. Vkládání vět do programů využíváme například tehdy, potřebujeme-li program upravit nebo doplnit. Další funkce, zapisované v programu na druhé místo za označení čísla věty, jsou přípravné funkce. Tyto funkce jsou označeny adresným znakem G a definice Frischherze (1994, s. 85) společně se slovy pro souřadnice tvoří přípravné funkce (slova G geometric function) v podstatě geometrickou část programu. Sdělují řízení, za jakých podmínek se bude provádět relativní pohyb nástroje a obrobku (např. po přímce nebo po kruhovém oblouku, rychloposuvem nebo pracovním posuvem apod.). Jeho číselný údaj má význam kódové informace a bývá dvoumístný. Tato informace je využita řídícím systémem. Pro začátek programování budeme využívat šest základních G funkcí. První z nich má označení G00 a jedná se o najíždění souřadnic rychloposuvem. Pomocí této funkce řídící systém dostává informaci, že má nástroj najet na souřadnice nejvyšším posuvem stroje. Při využívání této funkce je třeba dbát zvýšené opatrnosti, aby nedošlo ke kolizi nástroje s obrobkem nebo jiné části stroje. Pomocí rychloposuvu se pohybujeme mimo materiál a při najíždění k obrobku volíme bezpečnou vzdálenost. Tato vzdálenost je závislá na druhu práce a na přesnosti obráběné součásti. Zbytek najíždění provedeme pracovním posuvem. Měli bychom také dbát na to, že najíždění souřadnic nemusí být vždy po nejkratší úsečce. V některých případech lze pomocí změny G funkce rychloposuvem najíždět v různých osách postupně, aniž bychom vypisovali dvě věty. Například při zadání příslušného G kódu řídící systém dá pokyn, aby nástroj najel nejprve v ose X a poté v ose Z. Další G funkcí je lineární interpolace neboli pracovní posuv. Tato funkce má označení G01 a jedná se o pracovní posuv, který je vykonáván po přímce. U tohoto druhu posuvu je aktivní i posuvová funkce, v které zadáváme rychlost pracovního posuvu. Využití této funkce se používá tam, kde se nástroj pohybuje v obrobku z výchozího bodu do koncového po přímkové dráze. 45