Příprava výroby může být často zdlouhavým procesem, který nepřiměřeně zatěžuje nákladovou stránku celého životního cyklu. Jedním z faktorů, který můžeme zásadně ovlivnit, je technologická část přípravy výroby, konkrétně CNC programování drah nástrojů pro obráběcí stroje. Na trhu existuje několik dobrých profesionálních řešení a každé je silné v některé oblasti. Z hlediska automatizace je předním řešením CAD/CAM systém pro frézování, soustružení a drátové řezání Autodesk FeatureCAM.

Rychlejší programování na úrovni prvku

Konstruktéři velmi dobře znají výraz „feature“, jedná se vlastně o technologický prvek, jakými jsou díra, kapsa, zahloubení, výstupek, profil, závit a další. FeatureCAM, jak už z názvu vyplývá, byl vyvinutý tak, aby programátor definoval technologii na úrovni celého prvku a ne jednotlivých operací. „Feature“, tedy prvek, je nadřazený a pod něj spadají operace vedoucí k výrobě prvku. Představme si prvek Kapsa; ten vyrobíme tak, že provedeme nejprve operaci hrubování, poté dohrubování rohů menším nástrojem a nakonec dokončení. Další operací může být např. i frézování sražení kapsy, nebo pouhé odjehlení. V tradičním CAM systému musíme zvlášť zdlouhavě definovat několik operací, abychom vyrobili jeden prvek. FeatureCAM naopak definuje celý prvek a operace jsou již jen výsledkem automatizačních nástrojů, které může uživatel samozřejmě plně ovlivnit, nebo je může sám kompletně definovat. Automatizace v Autodesk FeatureCAM je vysoce efektivní možností, nikoliv však nutností. Programátor může všechny části zadávat ručně, ale proč by to dělal, když má po ruce nástroje, které mu usnadní život. V dalších odstavcích se dočtete, jaké všechny nástroje nám šetří čas a peníze.

Co je automatizace v CAD/CAM systému?

Za co všechno považujeme automatizaci? Odpověď je snadná, pokud se rozhlédneme po hale a uvidíme výrobní linku s pracujícími roboty. V případě CAD/CAM softwaru bude lepší, když si možnosti automatizace pojmenujeme. V zásadě se jedná o zkrácení nebo vynechání stále se opakujících procesů a návrh některých vlastností samotným systémem. Jde také o použití simulačních mechanismů nebo funkcí pro zabránění výroby zmetků a zvyšování nákladů. Zní to jako klišé, ale např. Autodesk FeatureCAM dokáže zkrátit celý proces běžného CNC programování i o 90 %, v průměru je o 50 % rychlejší než CAM systém, který jeho pokročilými nástroji nedisponuje.

Rozpoznání tvarů z 3D modelu

Automaticky vybírat technologické prvky ze stromu součásti není problém v integrovaných CAD/CAM systémech (např. Autodesk HSM), ve kterých byl 3D model konstruován, nebo po importu tělesa kompletně rozpoznán. Z různých logických a oprávněných důvodů ale technologická pracoviště preferují samostatné CAM programy, které musí pracovat s různými CAD formáty. Nemáme tak k dispozici žádný strom součásti a nemůžeme prvky takto snadno vybírat. Některé systémy dokážou najít na modelu díry nebo pravidelné obdélníkové kapsy, to je ale pro opravdové zrychlení programování zoufale málo. FeatureCAM už dle svého názvu „Feature“ pracuje přímo s prvky a právě pro tyto úkony byl vyvinut. Ať už načteme do FeatureCAM jakýkoliv 3D formát, můžeme rozpoznávat kompletní sady děr se zahloubeními i sraženími, dále kapsy, výstupky, drážky, zápichy, soustružnické profily, sražení a otevřené profily. Navíc máme k dispozici různé metody rozpoznání pro případ, že jsou tyto prvky v geometrii porušené. FeatureCAM dokáže automaticky rozpoznat všechny prizmatické tvary na modelu. Další možností je vyhledání specifických prvků. Například můžeme v jednom kroku nechat najít všechny uzavřené kapsy, nebo všechny drážky. Vynikající funkcí je nalezení všech hran pro kompletní odjehlení nebo vytvoření sražení na celém modelu, nebo jeho části. Sražení můžeme vyrábět, ať bylo na modelu zkonstruované, nebo ne. Pokud z nějakého důvodu nelze data na modelu rozpoznat, můžeme prvek vždy vybrat dle obrysu, tedy stejnou metodou jako v CAM systému, který postrádá prvky automatizace.

Automatický výběr nástrojů a řezných podmínek

Ať už jsme prvky k obrábění nalezli na 3D modelu pomocí rozpoznání, nebo jsme je definovali manuálně, Autodesk FeatureCAM dosadí do vytvořených operací automaticky vhodné nástroje z databáze, kterou udržujeme aktuální, aby systém věděl, zda máme konkrétní nástroje na stroji k dispozici. Pro hrubování se aplikuje co největší nástroj, pro zbytkové hrubování takový, který se vejde do rádiusů na modelu a pro dokončení stejně tak. Samozřejmě inteligence programu nedovolí vybírat nesmyslně velké nebo malé nástroje. Pokud nelze některou část vyrobit dostupnými nástroji, systém nás o tom viditelně informuje a nabídne nám další možnosti řešení, včetně manuálního zásahu do operace. V databázi můžeme jednotlivým nástrojům přiřazovat omezení, například aby nebyly vybírány pro hrubovací operace, a také specifické řezné podmínky, maximální kroky a maximální úhly sjezdu, abychom nástroj nepoškodili. Řezné podmínky, tedy otáčky a posuvy, se také vypočítávají automaticky na základě materiálu polotovaru, materiálu nástroje, povlaku nástroje a počtu břitů. Globálním výpočtům se můžeme vyhnout tím, že zadáme konkrétní hodnoty přímo k nástroji, nebo přímo ke konkrétní operaci. Opět platí, že automatické výpočty jsou pouze naším pomocníkem a sami se můžeme rozhodnout, zda je využijeme, nebo zadáme vlastní hodnoty.

Definice kroků, nájezdů a přejezdů

Pro klasické dílenské frézování i soustružení používáme stále dokola pro stejné materiály na stejném stroji stejné podmínky, tedy kroky, přísuvy, styly nájezdů atd. Proto FeatureCAM používá při automatickém vytváření operací hodnoty z globální nebo uživatelem vytvořené šablony. V ní se zadávají téměř všechny podmínky obrábění a také chování celého systému. Díky tomu je možné v extrémním případě vytvořit z 3D modelu po jeho importu a definici polotovaru korektní NC kód pro obrábění celého dílce jen na 4 kliknutí. Uživatel může vytvořit libovolné množství šablon, např. podle typizovaných zakázek, možností konkrétního stroje nebo stylu práce programátora. Šablonu můžeme vytvořit i z již hotového projektu a použít ji při dalším programování. Stejně tak můžeme ukládat i jednotlivé prvky nebo celé sady prvků, včetně nastavení obrábění knihovny dílců, a používat je kdykoliv později. Při opětovném použití můžeme do nového projektu vložit buďto celý prvek, nebo jen z knihovny použít kompletní nastavení obrábění na jiný prvek v dokumentu.

Chceme díry vrtat, nebo frézovat?

Jeden ze speciálních a vysoce produktivních automatizačních prvků je výběr možnosti vrtání a frézování díry na 3D modelu při jejím rozpoznání. Jedná se o typický příklad přínosu automatizace v každodenní výrobě. Namísto vrtání děr musíme občas přistoupit k jejich frézování, jelikož nedisponujeme nástroji, které nám zajistí požadovanou geometrii nebo přesnost. Autodesk FeatureCAM obsahuje logické rozvětvení, které si programátor může nastavit zvlášť pro každý prvek v projektu. V zásadě systému říkáme, že např. pokud nemáme v databázi odpovídající průměr vrtáku, navrtáme navrtávákem, vrtáme díru menším průměrem a zbytek frézujeme. Anebo můžeme všechny takové díry nadefinovat přímo do cyklu vrtacího frézování (v systému Heidenhain se jedná o cyklus 208). Pokud se nám tedy dostane na stůl deska s desítkami až stovkami různých otvorů, FeatureCAM je schopný vytvořit validní kód obrábění během chvilky.

Makra a doplňky

Běžným uživatelům, kteří se nikdy nedostali do úzkých nebo se nechtěli posunout dál, zůstávají tyto nástroje často ukryty a bez povšimnutí. Makra a doplňky ale otevírají novou dimenzi CNC programování. Například při účelově zaměřené aplikaci, kde není potřeba vybírat různé funkce a proces je velmi přímočarý, můžeme pomocí doplňku vytvořit jednu jedinou tabulku pro zadání požadovaných hodnot a vytvořit NC kód bez nastavování dalších dat, která jsou neměnná. Stejně tak můžeme pomocí maker programovat příslušenství strojů, které nejsou nativně v CAD/CAM programu podporovány. Díky tomu můžeme např. posílat hlavu soustružnického centra do specifické polohy a tento pohyb vidíme nejen v NC kódu, ale také v samotné simulaci obrábění. Bez maker a doplňků může CAM systém existovat, ale je tím omezený pouze na funkce, které má implementované v základu, a nic dalšího nedokáže. Autodesk FeatureCAM může pomocí maker vytvářet i vlastní nové technologické prvky, jako např. dělové vrtání.

I malé funkce hrají roli

Součástí systému jsou desítky dalších funkcí, bez kterých by se příprava výroby výrazně prodražovala. Jedná se např. o možnost použití svěráků a upínek, včetně automatického vyhnutí se nástrojem pro zabránění kolize. Celý projekt také můžeme simulovat s kompletní kinematikou stroje a odhalit tak včas nejen případné kolize, ale také nemožnost výroby kvůli dosažení limitů stroje. FeatureCAM nám také umožňuje kontrolovat korektnost vyložení nástroje, hlídá obrábění řeznou částí a v případě kolize při 3D frézování i odstranění kolizní dráhy.