VÝROBA TVAROVĚ SLOŽITÉ SOUČÁSTI POMOCÍ CAD/CAM SYSTÉMU EDGECAM PRO STROJ MAZAK INTEGREX 100-IV

Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní Aleš Raiman VÝROBA TVAROVĚ SLOŽITÉ SOUČÁSTI POMOCÍ CAD/CAM SYSTÉMU EDGECAM PRO STROJ MAZAK INTEGREX 100-IV Bakalářská práce 2010 1

Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní Katedra výrobních systémů Obor: Výrobní systémy Zaměření: Výrobní systémy VÝROBA TVAROVĚ SLOŽITÉ SOUČÁSTI POMOCÍ CAD/CAM SYSTÉMU EDGECAM PRO STROJ MAZAK INTEGREX 100-IV KVS-VS-77 Aleš Raiman Vedoucí práce: Ing. Petr Keller, PhD. Počet stran: 36 Počet příloh: 4 Počet obrázků: 45 Počet tabulek: 11 Počet modelů: 0 Počet jiných příloh: 0 V Liberci dne: 26.5.2010 Bakalářská práce KVS-VS-77 2

TÉMA: ANOTACE: VÝROBA TVAROVĚ SLOŽITÉ SOUČÁSTÍ POMOCÍ CAD/CAM SYSTÉMU EDGECAM PRO STROJ MAZAK INTEGREX 100-IV Bakalářská práce řeší celý postup pro výrobu tvarově složité součásti. Řeší tvorbu 3D modelu v systému SolidWorks, volbu obráběcí strategie a generování NC kódu v systému EdgeCAM, výrobu součásti na stroji MAZAK INTEGREX 100-IV. THEME: MANUFACTURING OF ABNORMALLY COMPLICATED PART WITH CAD/CAM SYSTEM EDGECAM FOR MACHINE MAZAK INTEGREX 100-IV ANNOTATION: The bachelor work solves all procedure for manufacturing of shape complicated part. Creation 3D model in system SolidWorks, choice machining strategy a generation NC code in system EdgeCAM, manufacturing on machine MAZAK INTEGREX 100-IV. Desetinné třídění: Klíčová slova: Zpracovatel: SolidWorks, EdgeCAM, Tvarově složitá součást, Mazak INTEGREX 100-IV Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, Katedra výrobních systémů Dokončeno: Archivní označení zprávy: Počet stran: 36 Počet příloh: 4 Počet obrázků: 45 Počet tabulek: 11 Počet modelů: 0 Počet jiných příloh: 0 3

Prohlášení Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména 60 školní dílo. Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL. Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše. Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem. Datum 26.5.2010 Podpis.. 4

OBSAH 1. Úvod 1.1 CAD/CAM systémy 6 1.2 Cíl práce.. 6 1.3 SolidWorks. 7 1.4 EdgeCAM... 7 1.5 Stroj. 8 2. Vytvoření modelu 2.1 První skica.. 10 2.1 Tvorba modelu...... 10 3. Tvorba a simulace obráběcího procesu 3.1 Ustavení modelu 14 3.1.1 Polotovar.. 14 3.2 Tvorba obráběcího procesu. 15 3.2.1 Soustružení obrysu. 15 3.2.2 Frézování bočních stran 16 3.2.3 Frézování siluety modelu... 18 3.2.4 Vrtání oka. 19 3.2.5 Frézování přechodové oblasti mezi tělem a podstavou 20 3.2.5.1 Řádkováním 22 3.2.5.2 Koncentricky... 23 3.2.5.3 Pružné řádky...... 25 3.2.6 Frézování hřívy 27 3.2.7 Upíchnutí součástí.. 28 3.3 Simulace obráběcího procesu. 28 4. Výroba součásti 4.1 Úvod 30 4.2 Nastavení stroje. 30 4.3 Výroba součásti. 31 4.4 Kontrola součásti.. 33 ZÁVĚR 34 LITERATURA 35 SEZNAM PŘÍLOH.. 36 5

1. Úvod 1.1 CAD/CAM systémy CAD/CAM systémy jsou aplikace, které podporují a urychlují za pomoci PC realizaci výrobku. Tyto systémy jsou součástí oblasti CIM (Computer Integrated Engineering) integrace počítačových systémů, která je součástí oblasti PLM (Product Lifecycle Management), která popisuje celý pohyb výrobku po trhu. [1] CAD systém (Computer Aided Design) slouží k tvorbě konstrukce a designu výrobku a jeho výkresové dokumentace. Výrobek je obvykle tvořen 3D modelem, který je popsán plochou či objemem, charakterizované geometrií či rozměry. [1] CAM systémy (Computer Aided Manufacturing) podporují za pomoci PC výrobu součásti. Slouží pro tvorbu technologie pro obráběcí, tvářecí a jiné stroje, obvykle z importovaného 3D modelu s ohledem na danou technologii, následně její verifikaci a generování NC kódu. Systémy můžeme rozdělit podle několika hledisek- nejčastěji dle počtu programovatelných os (2-5) nebo dle technologie. [1] 1.2 Cíl práce Cílem je vyrobit figurku šachového koně vhodným způsobem, tak aby byla zohledněna povaha výrobku - geometrie, tvar, kvalita povrchu, vzhled. Je tedy třeba vytvořit celý systém prvků, které jsou nezbytné k výrobě na NC stroji. myšlenka CAD model výkres CAM post procesor NC program CNC stroji výrobek technologie operace materiál energie... obr. č. 1 postup tvorby výrobku [2] 6

1.3 SolidWorks Pro vytvoření modelu je použita studentská verze programu SolidWorks 2009. Jedná se o parametrický modelář, kterým je možné vytvářet 3D plošné či objemové modely postavené na jádře Parasolid. Všechny produkty systému jsou plně propojeny, to znamená, že změna provedená v jednom okně se automaticky projeví ve všech ostatních propojených aplikacích i CAM systémech. [3] Solidworks nabízí celou řadu nástrojů pro komunikaci, konstruování a správu dat, tvorbu prvků (vysunout, odebrat, rotovat, pole, zrcadlení ), kompletní konstrukci forem, modelování variant, plechové díly, svařování, knihovnu materiálů a normalizovaných součástí, [3] Mezi základní možnosti patří tvorba dílů, sestav a výkresů Díl - je základním stavebním prvkem pro tvorbu sestavy či výkresu. Sestava - je vytvořena součástmi - buď jednotlivými díly, nebo podsestavami. Po vložení dílu či podsestavy se vytvářejí vazby. Výkres je vytvořen z 3D modelu nebo sestavy. Obvykle se skládá z několika pohledů. Je rovněž možné vytvářet řezy ze stávajících pohledů [3] 1.4 EdgeCAM Pro tvorbu operací a simulace je použita studentská verze programu EdgeCAM. Jedná se o CAM systém, ve kterém se tvoří obráběcí strategie z vytvořených i importovaných solid modelů pro frézovací a soustružnické stroje a jejich kombinace. [4] EdgeCAM poskytuje tyto možnosti podporu aplikace Editor NC kódu (generování NC programu pro 2-5osé stroje) obrábění pomocí drátové, povrchové nebo pevné geometrie EdgeCAM Part Modelář tvorbu a úpravy objemových modelů i z jiných CAD systémů import objemového modelu a standardních formátů n-osý posun a simulaci obrábění[4] 7

Součástí EdgeCAMu jsou tyto a další programové moduly Konstruktér a kompilátor postprocesorů programy, které převádějí a editují operace v EdgeCAMu do NC kódu pro daný stroj a řídicí systém NC komunikace přenos dat mezi PC a NC strojem Editor editace a formátování souborů s NC kódem Zásobník nástrojů databáze nástrojů s technologickými informacemi (řezné podmínky, korekce a rozměry nástroje, ) Manažer a asistent zakázek, který řadí nástroje a zakázky dle různých parametrů Simulátor EdgeCAM modul sloužící k ověření obrábění, kontrole kolizí a grafické kontrole podřezání. [4] 1.5 Stroj Stroj MAZAK INTEGREX IV-100 je vybaven CNC řídicím systémem MAZATROL Matrix. Jeho konstrukce je taková, aby nabídl vyšší produktivitu a výkonnější obrábění. Jedná se o 5osé obráběcí centrum, kde je možné obrábět na jedno upnutí frézováním nebo soustružením. Vřeteno nástroje je možné naklopit kolem osy B, je tak možné ho ustavit do požadovaného úhlu v rozsahu 225. [5] obr. č. 2 stroj MAZAK INTEGREX 100-IV Vřeteno nástroje má vlastní motor pro upnutí pevných i poháněných nástrojů. Jeho součástí je šnekový převod s valivými segmenty bez vůlí. Mohutné lože mají skvělé vlastnosti při tlumení kmitů a je tak možné využít výkon stroje v plném rozsahu. [5] 8

Pro využití max. otáček stroje je hlavní vřeteno uloženo ve velkodimenzových ložiscích. Jelikož je stroj vybaven osou C, je tak možné obrábět i tvarově složitější obrobky. [5] Stroj je také vybaven i osou Y, jejíž konstrukce je taková, že řeznou sílu rozkládá do dvou směrů, čímž se zvýší tuhost při obrábění. Pojezdem v ose Y lze obrábět i mimo osu. [5] V zásobníku stroje je 20 pozic, avšak v pracovním prostoru je pouze jeden nástroj upnutý v nástrojovém vřetenu. Ostatní nástroje jsou v zásobníku, a tak nezabírají místo v pracovním prostoru. Kombinace upnutí nástrojů pro různé operace umožňují obrobení na jedno upnutí. [5] Použitím lineárního vedení u soustruhu je zajištěna vysoká rychlost a přesnost polohování, nízkým koeficientem tření nedochází k trhavému pohybu. Při polohování vzniká malé množství tepla, a je tak zvýšena přesnost obrábění. [5] 9

2. Vytvoření modelu 2.1 První skica První myšlenkou bylo vytvořit návrh šachové figurky koně, která by byla zajímavá designem, ale zároveň vyrobitelná. Zde je uvedena skica, zcela první tvar figurky, ze kterého se vycházelo při tvorbě modelu v CAD systému SolidWorks. obr. č. 3 - první návrh designu figurky 2.2 Tvorba modelu Model je vytvořen nejprve prvkem přidání vysunutím skici siluety koně symetricky vzhledem k rovině skici, která je nakreslena v přední rovině XY pomocí kruhových oblouků a přímek. obr. č. 4 - rozměrové kóty siluety a objemový model Poté je zaoblena přední strana prvkem Odebrání vysunutím, zadní strana je upravena prvkem Zrcadlit přes Přední rovinu XY (vyznačena na obrázku červenými šipkami). 10

obr. č. 5 - tvorba bočních stran Oční otvor je vytvořen prvkem Odebrání vysunutím kružnicí skrz vše oběma směry. obr. č. 6 - tvorba očního otvoru Následně je vytvořena podstava prvkem Přidání rotací kolem svislé osy uzavřenou skicou. Ačkoli je na skice zobrazen přechod mezi podstavou a tělem jako ideální oblý zápich, zvolil jsem oblou podstavu z důvodu zachování jednotného designu s ostatními šachovými figurkami, které byly vyrobeny na Katedře výrobních systémů. obr. č. 7 skica podstavy a model s podstavou 11

Tvorba hřívy je provedena prvkem Odebrání rotací skicou - půlkruh kolem osy (vyznačena na obrázku). Skica je nakreslena v rovině rovnoběžné s Pravou rovinou ZY a procházející bodem (vyznačen na obrázku). obr. č. 8 - vytvoření hřívy Vytvoření zaoblení mezi plochami těla (na obrázku je zobrazena pouze jedna červená) a podstavou (na obrázku je zobrazena v modré barvě) je provedeno prvkem zaoblení mezi plochou podstavy a jednotlivými plochami těla figurky v pořadí pravá, levá, zadní, přední. obr. č. 9 - zaoblení přechodové oblasti Vytvoření zaoblení na hlavě figurky koně je provedeno prvkem zaoblení, vybírají se křivky, v tomto případě přímky. obr. č. 10 - zaoblení hlavy 12

Konečná podoba 3D modelu šachové figurky koně. Maximální rozměry výška 46 mm šířka.. 29 mm tloušťka těla. 10 mm průměr podstavy. 22 mm obr. č. 11-3D model 13

3. Tvorba a simulace obráběcího procesu 3.1 Ustavení modelu Po importu 3D modelu nejsou souřadné systémy modelu a EdgeCAMu jednotné (levá strana obrázku), je proto třeba ustavit model vhodně vůči počátku prvkem Polohovat pro soustružení. Na obrázku č. 12 je vyznačen počátek a nulový bod obrobku W, který je v průsečíku osy podstavy a roviny rovnoběžné s podstavou procházející nejvzdálenějším místem (od podstavy) modelu. obr. č. 12 - ustavení modelu 3.1.1 Polotovar Velikost polotovaru je Ø32-70mm, jeho počátek je předsunut o 1mm před nulový bod obrobku W z důvodu zarovnání čela. obr. č. 13 polotovar 14

3.2 Tvorba obráběcího procesu Při tvorbě procesu je možno použít více operací. Při jejich výběru je třeba zohlednit strategii obrábění a vhodnost dané operace (strojní čas operace, trajektorii nástroje, produktivitu). Obráběcí strategie je koncipována tak, že se nejprve soustruží profil hrubováním, dále se frézují boční strany a silueta koně profilováním, následně se dokončuje přechodová oblast mezi tělem figurky a podstavou. 3.2.1 Soustružení obrysu Tato operace je vytvořena proto, aby se efektivně odebralo co nejvíce materiálu nahrubo. Při dalších operacích se tedy odebírá méně materiálu a nástroje jsou méně zatížené. Trajektorie nástroje je vytvořena operací Hrubování na profil. Nejprve se vybírá profil pro obrobení, dále se určuje počáteční a koncový bod, nakonec startovací bod. Profilem je obráběná kontura, která vznikne rotací modelu kolem osy Z a je vytvořena pomocí prvku Rozpoznat útvar. Nejprve se obrábí polotovar radiálním zarovnáním čela operací Hrubování na profil, poté se obrábí podélně kontura celého modelu operací Hrubování na profil. Dokončuje se pouze profil na podstavě, jelikož zbývající materiál polotovaru bude odebrán. obr. č. 14 - kontura a trajektorie nástroje 15

Technologické hodnoty operace Nástroj nůž pravý Posuv na otáčku [mm.ot -1 ] 0.15 Řezná rychlost [m.min -1 ] 150 Hloubka záběrů [mm] 1 Přídavek Z [mm] 0,2 Přídavek X [mm] 0,2 Strojní čas [-] 8s/1m53s tabulka č. 1 hrubování na profil Technologické hodnoty operace dokončení profilu Posuv na otáčku [mm.ot -1 ] 0.08 Řezná rychlost [m.min -1 ] 150 Strojní čas [-] 5s tabulka č. 2 dokončení dle profilu 3.2.2 Frézování bočních stran Obrábějí se oblé boční strany modelu válcovou frézou pomocí operace Profilováním, pouze k místu respektive do hloubky Z (vyznačená na obrázku), před místem kde začíná zaoblení mezi tělem a podstavou. Tato Z-hloubka je 32,39mm od nulového bodu obrobku W, proto je polotovar obráběn pouze do hloubky z=-32mm resp. z=-33mm, jelikož odměřovací hladina je 1mm. Před samotnou operací se musí nástroj ustavit kolmo k rovině Axiální XY. Nejprve se vybírá profil pro obrobení, dále se určuje koncový a počátečný bod operace. Profilem je zde promítnutý obrys modelu (těla koně) do roviny XY v nulovém bodě obrobku W, který je vytvořen prvkem Geometrie z okrajů a hran. Obrábění je provedeno postupně třemi operacemi z důvodu lepší kvality povrchu a menšího zatížení nástroje. První a druhá operace se liší pouze v řezných podmínkách - 16

přídavek XY. Poslední operace dokončuje profil obrobením na jednu třísku bez jakéhokoli přídavku v cílové hloubce. obr. č. 15 obráběný profil obr. č. 16 trajektorie nástroje Technologické hodnoty operace Nástroj válcová fréza Ø12mm Posuv na otáčku [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 2 200 Přídavek XY [mm] 5(1.op)/1(2.op)/0(3.p.) Hloubka záběrů [mm] 1,5 Strojní čas [-] 19m38s/16m47s/48s tabulka č. 3 profilování bočních stran 17

3.2.3 Frézování siluety modelu Nejprve je třeba ustavit nástroj-válcová fréza kolmo k rovině CPL (pomocná pracovní rovina) horní (viz. 3.2.5) - osa +Z je ve směru narůstání materiálu, rovina XY je kolmá na osu nástroje. Silueta modelu je obrobena operací Profilováním. Nejprve se vybírá profil pro obrobení, následně startovací a koncový bod. Profilem je silueta koně a pomocná geometrie (vyznačené na obrázku č. 17), která vytvořená z podstavy prvkem Vytvořit geometrii z okrajů a hran. Pomocné geometrie je zapotřebí, aby nedošlo k podřezání podstavy, jelikož bez jejího výběru by nástroj na konci obrábění vyjížděl po tečně ke křivce siluety koně, v místě kde se silueta koně a pomocná geometrie dotýkají. obr. č. 17 obráběná geometrie obr. č. 18 trajektorie nástroje 18

Technologické hodnoty operace Nástroj válcová fréza Ø6mm Posuv na otáčku [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 3000 Přídavek XY [mm] 0 Hloubka záběrů [mm] 2 Strojní čas [-] 5m52s tabulka č. 4 profilování 3.2.4 Vrtání oka Před vrtáním je třeba ustavit nástroj, vrták kolmo k rovině CPL horní, viz. 3.2.5 (osa Z je rovnoběžná s osou očního otvoru). Oční otvor je vytvořen odvrtáním po 3 mm (po vrtání 3 mm vrták odjíždí do najížděcí roviny) skrz polotovar poháněným vrtákem, operace je vytvořena prvkem Obrábění děr. obr. č. 19 vrtání očního otvoru Technologické hodnoty operace Nástroj vrták Ø3mm Posuv na otáčku [mm.ot -1 ] 0,03 Otáčky [min -1 ] 3000 Hloubka záběrů [mm] 3 Strojní čas [-] tabulka č. 5 vrtání očního otvoru 4s 19

3.2.5 Frézování přechodové oblasti mezi tělem a podstavou Frézování přechodové oblasti mezi tělem a podstavou je nejsložitější část tvorby obráběcího procesu zejména z hlediska výběru nejoptimálnější operace dle různých parametrů kvality povrchu a produktivity. Při výběru strategie obrábění jsou použity operace, které se jeví jako vhodné pro obrobení tohoto tvaru Řádkováním, Koncentricky, Pružné řádky. Před tvorbou každé operace se nástroj, kulová fréza, ustaví kolmo k rovině CPL prvkem Polohovat kolmo k CPL. Každá z těchto operací se tvoří v dané rovině (celkem 4) a pro ostatní roviny je zcela analogický postup. Ale je rozdílná trajektorie nástroje (respektive jeho nulového bodu P). Nadále je vytvořena pomocná geometrie omezující obráběnou oblast (pro všechny roviny) z drátové geometrie modelu, kde je model neobroben. Celá geometrie je vytvořena prvkem Geometrie z okrajů a hran a Úsečka, zprava je oblast ohraničena přímkou (vyznačena na obrázku č. 20), kde skončilo obrábění bočních stran viz 3.2.2. Na Radiálním pohledu ZY (vlevo dole) jsou zobrazeny dvě geometrie, jelikož jsou pro dvě operace v rovině ZY (přední, zadní) obrábění přední a zadní části (vyznačeno na obrázku č. 20 vpravo). obr. 20 geometrie omezující obráběnou oblast Následně je třeba vytvořit čtyři roviny CPL, ke kterým se budou nástroje-kulová fréza polohovat. Nejprve se zvolí prvky v dialogovém okně Nová rovina CPL, 20

následně se určí první bod roviny směr X směr Y(oba směry se určí výběrem bodu) počátek roviny CPL, osa +Z (směřuje z materiálu) se určí pravidlem pravé ruky. Zde je uveden postup pro jednu rovinu CPL (horní), pro ostatní je zcela analogický postup. obr. č. 21 tvorba nové roviny CPL obr. č. 22 souřadné systémy jednotlivých CPL rovin obr. č. 23 pravidlo pravé ruky [2] 21

3.2.5.1 Řádkováním Obrábění je provedeno operací Řádkováním, nástrojem je kulová fréza, kdy se nejprve vybírá plocha pro danou rovinu (podstavy, bočních stran, přechodové oblasti, přední a zadní strana), která má být obrobena a následně geometrie omezující obráběnou oblast. Lepšího obrobení na okraji plochy (viz obrázek č. 25) dosáhneme následujícím postupem. V menu operace záložka Najetí/Vyjetí řádek, položka Způsob napojení, zvolena Tečně k řádku a Najetí zvolena Délka úsečky 3 mm (viz tabulka č. 7 - technologické hodnoty). obr. č. 24 trajektorie nástroje Funkcí Porovnání v Simulatoru EdgeCAMu lze porovnat Model - Obrobek. Porovnání je grafické barva odpovídá podříznutí či neodebrání materiálu. Barva Stav obrobku vůči modelu přebývá odpovídá podříznutý tab. č. 6 příslušná barva stavu obrobku obr. č. 25 rozdíl v obrobení s a bez najetí tečně k řádku 22

obr. č. 26 grafické porovnání Model Obrobek (operace řádkováním) Technologické hodnoty operace Nástroj kulová fréza Ø4mm Posuv [mm.min -1 ] 150 Přísuv [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 2300 Rozteč drah v %D 3 Strojní čas [-] operace celkový tab. č. 7 operace řádkováním 2m15s/3m19s/2m1s/3m2s 10m37s Delší strojní čas operace je z důvodu, že nástroj vždy po konci obrobení v dané hloubce vyjíždí pracovním posuvem do Odměřovací roviny. 3.2.5.2 Koncentricky Při tvorbě této operace se nejprve vybírá plocha (podstavy, bočních stran, přechodové oblasti, přední a zadní strana) postupně dle toho, jaká strana se obrábí, následně se vybírá geometrie omezující obráběnou oblast. 23

obr. č. 27 trajektorie nástroje Nevýhodou této operace je, že dochází k neobrobení polotovaru (viz obrázek č. 28 modrá barva), jelikož geometrie omezující obráběnou oblast vymezuje pohyb nulového bodu nástroje P, ale nástroj, kulová fréza, se v tomto případě nedotýká bodem P, ale dotýká se svojí kulovou částí tečně k obráběné ploše. U této operace dochází k největšímu neobrobení podstavy, což je patrné i z obr. č. 27, kde jsou trajektorie od sebe vzdáleny, a tak zde materiál přebývá. obr. č. 28 - grafické porovnání Model Obrobek (operace koncentricky) Nástroj Technologické hodnoty operace kulová fréza Ø4mm Posuv [mm.min -1 ] 150 Přísuv [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 2300 Rozteč drah v %D 5 Najetí/Vyjetí Strojní čas [-] Úhel [ ] 90 Poloměr oblouku 1 Délka úsečky 1 operace celkový tab. č. 8 operace koncentricky 3m5s/4m14s/2m31s/4m13s 14m3s 24

3.2.5.3 Pružné řádky Při tvorbě operace se vybírají plochy k obrobení, dále geometrie (zobrazena pro všechny roviny okrajové přímky geometrie omezující obráběnou oblast), která určuje, kde budou pružné řádky začínat a končit (vyznačené na obrázku č. 29). obr. č. 29 geometrie začátku a konce pružných řádků Následně se vybírá geometrie omezující obráběnou oblast. I zde je, podobně jako u operace 3.2.5.1 Řádkováním, v menu operace záložka Najetí/Vyjetí řádek, položka Najetí zvolena Délka úsečky 3mm, viz tabulka č. 9 - technologické hodnoty. Je tím docíleno lepšího obrobení na okraji plochy viz obrázek č. 31. obr. č. 30 trajektorie nástroje 25

obr. č. 31 rozdíl v obrobení s a bez najetí tečně k řádku obr. č. 32 porovnání Model Obrobek (operace pružné řádky) Technologické hodnoty operace Nástroj kulová fréza Ø4mm Posuv [mm.min -1 ] 150 Přísuv [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 2300 Hloubka záběrů [mm] 3 Rozteč drah v %D 5 Najetí/Vyjetí řádek Strojní čas [-] Úhel [ ] 0,0 Délky úsečky [mm] 3 operace 2m15s/2m53s/1m56s/2m56s celkový 10m tab. č. 9 operace pružné řádky 26

Sice se nástroj pohybuje po trajektorii i mimo obrobek, ale dochází k lepšímu obrobení a strojní čas je mnohem kratší, než u předchozí operace 3.2.5.2 Koncentricky. 3.2.6 Frézování hřívy Frézování hřívy je provedeno kulovou frézou operací frézování 3D drážky. Nástroj se nejprve ustaví kolmo k rovině Axiální XY prvkem Polohovat kolmo k CPL. Kulová fréza je vedena po řídící křivce dno drážky hřívy, v tomto případě je i trajektorií nástroje. Řídící křivka je oblouk vytvořený v rovině XZ určený 2 body a poloměrem. obr. č. 33 vodící křivka Technologické hodnoty operace Nástroj kulová fréza Ø4mm Posuv [mm.min -1 ] 250 Přísuv [mm.min -1 ] 150 Otáčky [min -1 ] 2000 Strojní čas 5s tab. č. 10 operace frézování 3D drážky 27

3.2.7 Upíchnutí součásti Figurka je upíchnuta pod podstavou viz obrázek č. 34 - funkce pracovním posuvem. Po skončení operace vznikne již hotový výrobek, šachová figurka kůň. obr. č. 34 trajektorie nástroje Technologické hodnoty operace Nástroj nůž upichovací pravý Posuv [mm.min -1 ] 0,05 Řezná rychlost [m.min -1 ] 80 Strojní čas 23s tab. č. 11 operace upíchnutí součásti 3.3 Simulace obráběcího procesu Před samotnou simulací a generováním NC kódu je třeba vybrat operaci k obrobení přechodu mezi podstavou a tělem figurky. Ačkoli operace Koncentricky by měla vytvořit lepší povrch dle grafického porovnání Model Obrobek, tak je zcela vyloučena, jelikož na okrajích ploch zůstává větší množství neodebraného materiálu. Ze zbývajících dvou operací Řádkováním a Pružné řádky. Je zvolena operace Pružné řádky. Ačkoli nástroj vyjíždí pracovním posuvem mimo obrobek z důvodu 28

potřebného nastavení Najetí/vyjetí řádku, je mnohem produktivnější a celkový strojní čas je kratší. Před spuštěním simulace je vybrána ve funkci Volby pro přerušení simulace položka Při kolizi, tedy kdykoli při kolizi držáku či nástroje rychloposuvem do polotovaru nebo vřetene dojde k zastavení simulace a zobrazení kolize. Simulace celého obráběcího procesu proběhla bez jakékoli kolize nástroje či držáku a podřezání (červená barva). Jediným místem, kde se polotovar neobrábí (modrá barva) je oblast na podstavě (viz 3.2.5 Frézování přechodové oblasti mezi tělem a podstavou). Tento ani jiný problém nenastal, a tak není potřeba úprava obráběcí strategie. Je možné generovat NC kód a vyrobit figurku na stroji MAZAK INTEGREX IV-100. video simulace obráběcího procesu viz příloha CD 29

4. Výroba součásti 4.1 Úvod K výrobě součásti jsou zvoleny dva materiály, umělé dřevo a slitina hliníku. Při výrobě figurky z umělého dřeva není použita chladicí kapalina, jelikož se jí umělé dřevo nasaje, a je zcela nepoužitelné. Při obrábění bočních stran - operace 3.2.2 Frézování bočních stran je vynechána trajektorie 1. U výroby figurky ze slitiny hliníku je chladicí kapalina použita i z důvodu docílení lepší kvality povrchu. Před samotnou výrobou figurky, spuštění NC kódu, je možné spustit simulaci obráběcího postupu a kontrolu kolize nástroje a držáku přímo v řídicím systému stroje MAZATROL Matrix. Nejprve se určí rozměr polotovaru, průměr a délka, a materiál. Následně je vybrán NC kód, který má být použit pro simulaci. Ani při této simulaci nedošlo k žádnému problému či kolizi, který by bránil výrobě figurky. 4.1 Nastavení stroje Nejprve je třeba určit nulový bod nástroje P a nulový bod obrobku W, oba se určují měřícími sondami viz obrázky č. 35 a 36. Dále se musí určit poloha nástrojové hlavy najetím do referenčního bodu R, aby stroj MAZAK INTEGREX 100-IV znal polohu nástroje v pracovním prostoru. obr. č. 35 měření polohy nulového bodu obrobku W 30

obr. č. 36 měření polohy nulového bodu nástroje P 4.2 Výroba součásti Během výroby došlo k problému u obrábění (viz obrázek) operací 3.2.3 Frézování siluety modelu. Jelikož při generování NC kódu postprocesor EdgeCAMu pro stroj MAZAK INTEGREX 100-IV zapsal pracovní rovinu G19 pracovní rovina nástroje YZ, ale v tomto případě musí být zapsána G18 pracovní rovina ZX. Bylo tedy potřeba editovat NC kód přímo na ovládacím pultu MAZAK INTEGREX 100-IV a zde provést tuto změnu pro výrobu správné figurky. obr. č. 37 trajektorie nástroje u operace Frézování siluety modelu 3.2.3 obr. č.38 špatně obrobený výrobek 31

Na fotkách č. 39 až č. 43 je zobrazena výroba. Z důvodu použití chladicí kapaliny při výrobě figurky z hliníkového polotovaru jsou zobrazeny pouze stavy mezi jednotlivými operacemi. obr. č. 39 hrubování na profil obr. č. 40 frézování bočních stran obr. č. 41 frézování přechodu jedné strany obr. č. 42 obrobený přechod všech stran obr. č. 43 konečný výrobek obr. č. 44 figurky z obou materiálů 32

4.3 Kontrola součásti Rozměry vyrobené figurky, ať už z umělého dřeva či hliníku odpovídají modelu. Liší se řádově v desetinách milimetru, což ukazují maximální rozměry. Figurka šachového koně je vyrobena poměrně přesně, jelikož se jedná o uměleckoprůmyslovou součást, kde je důležitější design a povrch. Tyto odchylky v několika desetinách milimetru mohou být považovány za přijatelné. Kvalita celého povrchu figurky je přijatelná až na oblast přechodu mezi tělem a podstavou, která byla obrobena operací 3.2.5.3 Pružné řádky. Bylo by vhodné proto zvolit menší rozteč drah v %D pro lepší kvalitu povrchu. obr. č. 45 rozměry modelu a výrobku 33

ZÁVĚR Při tvorbě jakékoli umělecko-průmyslové součásti, zejména již při tvorbě tvaru modelu a jeho tvarové složitosti, je třeba uvažovat, jaké technologie a prostředky máme k dispozici (CAM program; NC stroj - přesnost, možnosti obrábění, počet řízených os). Jelikož tvarová složitost výrobku a jeho konstrukce (viz. 3.2.5) výrazně ovlivňuje požadavky na tyto prostředky, zvláště pak prodlužuje dobu výroby a kvalitu povrchu. Ovlivňuje i tvorbu obráběcí strategie, při níž je třeba znát možnosti stroje a zvolit vhodnou operaci. I pokud proběhne simulace obráběcího procesu v CAM systému a řídicím systému stroje v pořádku, je třeba znát strukturu NC kódu a význam jednotlivých funkcí. Protože bez této znalosti nelze objevit chybu, jakou může být pouhá záměna pracovní roviny nástroje, viz 4.2, která vede k výrobě zmetku. Například změna funkce pracovního posuvu na rychloposuv (G01 G00) by vedla k havárii stroje. Pokud by podobně tvarově složitá figurka měla být uvedena pro sériovou výrobu, bylo by vhodné vytvořit oblast přechodu mezi tělem a podstavou vhodněji např. jednoduchým oblým zápichem, který by výrazně snížil celkový strojní čas. Jelikož by bylo možné ho vyrobit oblým upichovacím nožem. Vzhledem k povaze výrobku, je u nástroje velmi důležité správné nastavení, tedy přesná korekce. Jelikož ta má vliv kvalitu povrchu a jeho plynulý přechod mezi jednotlivými plochami. Odchylky mohou být považovány za přijatelné, pokud jsou maximálně v řádech desetin milimetru. 34

LITERATURA [1] Fořt Petr, Mikšík Tomáš, Novák Pavel, Když se řekne PLM, DesignTech, 2006 dostupnost z http://www.designtech.cz/, [2] Ing. Petr Keller, PhD., Programování a řízení CNC strojů, Prezentace přednášek 2. Část Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, Katedra výrobních systémů, 2005 dostupnost z http://www.kvs.tul.cz/ [3] Produkty firmy SolidWorks, SolidWorks, 2003 dostupnost z http://www.solidworks.cz/, Popis systému SolidWorks Standart, SolidVision, 2002-2009 dostupnost z http://www.solidvision.cz/ [4] Nápověda programu EdgeCAM EdgeCAM úvod, Nexnet, dostupnost z http://www.edgecamcz.cz/ [5] Popis stroje MAZAK INTEGREX 100-IV, MISAN, 2002-2010 dostupnost z http://www.misan.cz/ 35

SEZNAM PŘÍLOH (obsah CD) 1) Model šachové figurky koně v formátu *.step, *.iges 2) Obráběcí strategie ve CAM systému EdgeCAM 3) NC kód pro obrábění na stroji MAZAK INTEGREX 100-IV 4) Video simulace obrábění 36