MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra Fyziky, chemie a odborného vzdělávání
Programování CNC strojů s řídicím systémem Sinumerik Bakalářská práce
Brno 2016
Vedoucí práce: PhDr. Mgr. Jan Krejčí
Autor práce: Roman Scholz
Bibliografický záznam SCHOLZ, Roman. Programování CNC strojů s řídicím systémem Sinumerik: bakalářská práce. Brno: Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra Fyziky, chemie a odborného výcviku, 2016. 81 l. Vedoucí bakalářské práce Jan Krejčí.
Anotace Bakalářská práce je zaměřena na výuku programování číslicově řízených strojů a je rozdělena na dvě části – teoretickou a praktickou. Teoretická část se věnuje didaktice odborného výcviku oboru Mechanik seřizovač. Praktická část má podobu vyučovací opory pro druhý a třetí ročník oboru Mechanik seřizovač. Praktická část vysvětluje charakteristiku a všeobecné pojmy CNC soustruhů a jejich programování. Praktickou část uzavírá kapitola, která popisuje prostředí obsluhy a programování v řídicím systému Sinumerik.
Annotation Bachelor thesis is focused on teaching programming of numerically controlled machines and it is divided into two parts – theoretical and practical. The theoretical part deals with didactic training of branch mechanic setter. The practical part takes the form of teaching support for second and third grade of branch Mechanic setter. The practical part explains the characteristics and general terms of CNC lathes and their programming. The practical part concludes with a chapter, which describing the environment of the operation and the programming of the Sinumerik control system.
Klíčová slova Odborný výcvik, Souřadný systém, Dílenské programování, Sinutrain, ShopTurn.
Keywords Practical training, Correlated system, Shop floor programming, Sinutrain, ShopTurn.
2
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracoval samostatně pouze za podpory vedoucího této práce a s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.
V Brně dne 25. listopadu 2016
Roman Scholz
3
Poděkování Tímto děkuji vedoucímu práce, doktoru Janu Krejčímu, za odborné vedení a připomínky k mé bakalářské práci.
4
Obsah ÚVOD.......................................................................................................................................................... 7 1.
ODBORNÝ VÝCVIK .................................................................................................................. 8 1.1.
CÍLE VÝCHOVY A VZDĚLÁVÁNÍ V ODBORNÉM VÝCVIKU ............................................................ 8
1.2.
ORGANIZAČNÍ FORMY ............................................................................................................... 9
1.3.
VYUČOVACÍ METODY .............................................................................................................. 10
1.4.
PEDAGOGICKÉ PRINCIPY .......................................................................................................... 13
1.5.
UČEBNÍ POMŮCKY ................................................................................................................... 14
1.6.
HODNOCENÍ ŽÁKŮ ................................................................................................................... 14
1.7.
UČITEL ODBORNÉHO VÝCVIKU ................................................................................................ 16
2.
PEDAGOGICKÉ DOKUMENTY ........................................................................................... 17 2.1.
RÁMCOVÉ VZDĚLÁVACÍ PROGRAMY ........................................................................................ 17
2.2.
ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM .............................................................................................. 18
2.2.1.
Profil absolventa................................................................................................................. 18 ÚVOD K PRAKTICKÉ ČÁSTI ............................................................................................... 20
3. 3.1. 4.
OBSAH ..................................................................................................................................... 20 CNC STROJE A JEJICH PROGRAMOVÁNÍ ...................................................................... 22
4.1.
CHARAKTERISTIKA CNC STROJŮ ............................................................................................ 22
4.1.1.
Schéma stroje ...................................................................................................................... 24
4.1.2.
Souřadnicový systém stroje ................................................................................................. 26
4.1.3.
VZTAŽNÉ BODY ....................................................................................................................... 27
4.1.4.
Korekce nástroje ................................................................................................................. 28
4.1.5.
Nulový bod obrobku............................................................................................................ 29
4.2.
TECHNOLOGICKÉ ZÁKLADY ..................................................................................................... 29
4.2.1.
Řezná rychlost a otáčky ...................................................................................................... 29
4.2.2.
Posuv .................................................................................................................................. 31
4.3.
CHARAKTERISTIKA PROGRAMOVÁNÍ CNC STROJŮ .................................................................. 33
4.3.1.
Metodika programování ..................................................................................................... 33
4.3.2.
Struktura programu ............................................................................................................ 35
4.3.3.
Druhy programování .......................................................................................................... 38
4.3.4.
Test a simulace programu .................................................................................................. 39
4.3.5.
Rozdělení programování CNC strojů ................................................................................. 40 OBSLUHA A PROGRAMOVÁNÍ ŘÍDICÍHO SYSTÉMU SINUMERIK.......................... 42
5. 5.1.
ŘÍDICÍ SYSTÉM SINUMERIK .................................................................................................. 42
5.1.1.
Spuštění pracoviště ............................................................................................................. 43
5.2.
Ovládací prvky .................................................................................................................... 44
5
5.3.
Ovládací panel .................................................................................................................... 45
5.3.1.
Provozní režimy .................................................................................................................. 48
5.3.2.
Systémové oblasti ................................................................................................................ 49
5.4.
PROGRAMOVÁNÍ ...................................................................................................................... 53
5.4.1.
Hlavička programu ............................................................................................................. 54
5.4.2.
Programové bloky............................................................................................................... 56
5.4.3.
Simulace ............................................................................................................................. 62
5.4.4.
První program v systému ShopTurn ................................................................................... 64
6.
ZÁVĚR ....................................................................................................................................... 72
ZDROJE ................................................................................................................................................... 73 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 75 SEZNAM TABULEK .............................................................................................................................. 76 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK .................................................................................................... 77 POUŽITÝ SOFTWARE ......................................................................................................................... 78
6
Úvod Tato bakalářská práce „Programování CNC strojů s řídicím systémem Sinumerik“ se věnuje výuce programování číslicově řízených strojů. V této práci se snažím vytvořit výukovou oporu pro dílenské programování CNC soustruhů v řídicím systému Sinumerik. Výuková opora je určena pro učitele odborného výcviku a žáky druhého ročníku oboru mechanik seřizovač. Text má pomáhat při nácviku programování a k upevňování vědomostí, dovedností a návyků v odborném výcviku. Bakalářská práce je rozdělena na teoretickou a praktickou část. Teoretická část se věnuje didaktice odborného výcviku oboru. Vysvětluje charakteristiku odborného výcviku a jeho cíle, nemateriální a materiální didaktické prostředky, hodnocení a role učitele odborného výcviku. Teoretickou část uzavírá kapitola, vysvětlující základní pedagogické dokumenty, se zaměřením na vzdělávací programy. Praktická část má podobu vyučovací opory pro druhý a třetí ročník oboru Mechanik seřizovač. První kapitola vysvětluje charakteristiku a všeobecné pojmy CNC obráběcích strojů. Druhá kapitola je zaměřena na charakteristiku programovaní CNC strojů. Třetí kapitola čtenáře seznamuje s prostředím, obsluhou a programováním v řídicím systému Sinumerik. Výukovou oporu uzavírá komentovaný postup sestavování ukázkového programu. Absolvoval jsem strojírenskou školu a tomuto oboru se aktivně věnuji. Při samostudiu nových řídicích systémů z důvodu zvyšování kvalifikace, jsem narazil na moderní řídicí systém Sinumerik. Kromě složitého manuálu, se mi nikde nepodařilo dohledat, prakticky žádnou metodickou příručku pro programování soustruhů v systému ShopTurn. Vypracování metodické příručky v podobě výukové opory, je pro mě tedy namístě. Bakalářská práce je doplněna vlastními obrázky a screenshoty pro přehlednější orientaci. Hlavním cílem této bakalářské práce je vytvoření přehledné a srozumitelné výukové opory pro obsluhu a základní programování soustruhů v řídicím systémem Sinumerik.
7
1. Odborný výcvik Odborný výcvik je vyučovací předmět, který staví na vědomostech z teoretického vyučování a žáci na ně navazují při osvojování si senzomotorických dovedností. Obsahem odborného výcviku se rozumí didaktická soustava učiva neboli soustava poznatků a činností, kterou si má žák v průběhu učební doby, za působení didaktických prostředků, pod vedením učitele odborného výcviku, osvojit na požadovanou úroveň. V rámci odborné přípravy jde o systematicky realizované procesy zvládání konkrétních operací s dovednostmi nezbytnými pro zvládnutí určité kvalifikace. Jedná se například o zhotovení výrobků nebo vykonání prací, které mají materiální hodnotu (Kolář, 2012, s. 86). Výuka odborného výcviku obvykle probíhá pod dohledem učitele ve skupině žáků v dílnách, na smluvních pracovištích a na specializovaných dílnách. Vyučovací jednotkou odborného výcviku je vyučovací den, vyučovací hodina v odborném výcviku trvá 60 minut. Týdenní hodinová dotace na odborný výcvik v oboru Mechanik seřizovač, se na Střední škole strojírenské a elektrotechnické Brno v průběhu studia navyšuje. V prvním ročníku je to 6 hodin, druhý a třetí ročník 9 hodin a v maturitním ročníku 10,5 hodiny.
1.1.
Cíle výchovy a vzdělávání v odborném výcviku
„Smyslem učitelovy výchovné a vzdělávací práce je dosáhnout ve vědomí a v jednání žáků požadovaných změn. Směr a obsah těchto změn je vyjádřen v cílech, jimiž učitel svou pedagogickou činnost řídí.“ (Rys, 1979, s. 12). M. Čadílek definuje obecný cíl, kterého máme při výchově žáků dosáhnout, a sice vychovat vzdělaného kvalifikovaného dělníka. Z obecných cílů vychází cíle zvláštní. „Cílem odborného výcviku je, aby si žáci osvojili jednoduché úkony a přešli plynule k zvládnutí celého výrobního úkonu.“ (Čadílek, 2005, s. 34). Cílové oborné vědomosti, dovednosti, postoje a návyky jsou v rámcovém vzdělávacím programu shrnuté do klíčových odborných kompetencí. Absolvent oboru Mechanik seřizovač:
Umí číst technickou dokumentaci;
umí obsluhovat, seřizovat a obstarat údržbu konvenčních a CNC strojů;
8
umí navrhnout technologický postup výroby jednoduchých součástí;
umí sestavit jednoduché řídící programy pro CNC stroje;
umí měřit strojírenskými měřidly;
se řídí hygienickými předpisy a právními normami BOZP;
usiluje o nejvyšší kvalitu své práce, výrobků nebo služeb;
jedná ekonomicky a v souladu se strategií udržitelného rozvoje.
1.2.
Organizační formy
Organizační formou vyučovacího procesu rozumíme konkrétní organizační rámec, ve kterém se uskutečňuje vyučovací proces. Učitel odborného výcviku se rozhoduje pro nejvýhodnější organizační formu s ohledem na cíl, obsah a didaktické úlohy dané vyučovací jednotky. Hlavními
organizačními
formami
používanými
v
odborném
výcviku
jsou (Čadílek, 2005, s. 50):
Místo výuky, které učitel vybírá tak, aby odpovídalo cílům, obsahu učebních osnov a konkrétním požadavkům výuky: o Výuka ve škole (třída, laboratoř, dílna, specializovaná dílna apod.); o výuka v mimoškolním prostředí (exkurze, práce ve firmách apod.).
Způsob výuky, ovlivňuje počet vychovávaných žáků. Z tohoto hlediska rozdělujeme výuku odborného výcviku: o Vyučovaní individuální; o vyučovaní skupinové.
Způsob organizace učebního dne: o Vyučovací hodina; o odborný výcvik; o exkurze.
Výuka odborného výcviku druhého a třetího ročníku oboru Mechanik seřizovač probíhá ve skupinách, ve specializovaných dílnách. Specializované dílny jsou speciálně
9
vybavené prostory, určené k činnosti vyžadující speciální uspořádání a materiální vybavení. Specializovaná dílna pro výuku obsluhy, seřizování, programování a údržby CNC strojů spojuje počítačovou učebnu s dílnou vybavenou CNC strojem. Žáci si osvojují obsluhu a programování na simulátorech (PC stanicích) a až vyhotovené programy přenášejí do CNC stroje. Na smluvních pracovištích je zajišťován odborný výcvik žáků v reálných provozních podmínkách smluvní firmy. Nesmíme opomenout vhodnost zařazení exkurzí do výuky odborného výcviku. Exkurze má za cíl zprostředkovat
žákům
styk
s poznávanou realitou v přirozených souvislostech. Žáky na exkurzích seznamujeme s odborníky a navštěvujeme reálné provozní podmínky. Exkurze jako forma vyučování má vesměs dotvářet teoretické poznatky žáků a ti mohou o problematice debatovat s odborníky, ptát se jich na otázky v přímém styku s poznávanou skutečností. Tento bezprostřední kontakt s poznávanou realitou zesiluje emocionální zážitek z poznání a vyvolává u žáka citový vztah k předmětu poznání (Vališová, 2010, s. 180).
1.3.
Vyučovací metody
V publikaci Výukové metody autoři J. Maňák a V. Švec vymezují výukovou metodu jako uspořádaný systém vyučovacích činností učitele a učebních činností žáků směrující k dosažení výchovně-vzdělávacích cílů (J. Maňák a V. Švec, 2003, str. 23). Učitel odborného výcviku nevyužívá vyučovací metody izolovaně, ale v rámci celé edukační reality, s ostatními činiteli, kteří ovlivňují výuku. Vždy je důležitý správný výběr a kombinace různých výukových metod pro dosáhnutí vytyčených cílů. V odborném výcviku volbu vyučovacích metod ovlivňují zejména faktory (Čadílek, 2005, str. 67):
Didaktický cíl vyučovací jednotky (vyučovacího dne) a jednotlivých jejích částí;
konkrétní obsah učiva;
materiálně-technické vybavení učilištních dílen;
předpoklady žáků;
osobnost učitele odborného výcviku.
10
V odborném výcviku je potřeba využívat metody, které u žáků rozvíjí motorické dovednosti a kde dochází ke spojení s osvojenými poznatky z teoretické výuky. Používáme tyto výukové metody:
Instruktáž;
simulační metoda;
problémová metoda.
Instruktáž Jedná se o spojení slovního popisu činnosti, doprovázeného názorným předvedením popisované činnosti. M. Čadílek instruktáž řadí mezi kombinované výukové metody, protože využívá zdroje poznání metody slovní, metody pozorování a metody pracovní. Tato vyučovací metoda je v odborném výcviku velmi často využívána, avšak musí být užívána s obsahem přiměřeným úrovni žáků. Od žáků je vyžadována soustředěná pozornost, kterou jsou schopni udržet maximálně po dobu asi 30 minut. (M. Čadílek 2003 str. 69-71). Instruktáž dělíme na tři fáze (M. Čadílek 2003 str. 69-71):
Úvodní – zařazujeme ji na začátek tematického celku, učitel odborného výcviku stanoví cíle tematického celku, vhodně žáky motivuje, ověří základní teoretické znalosti tématu a po ověření úrovní žáků, následuje předvedení nové pracovní činnosti s odborným výkladem.
Průběžná – zařazujeme ji po určité době nácviku. Jejím primárním úkolem je upřesnění a sjednocení činnosti žáků.
Závěrečná – po samostatné práci žáků probíhá kontrola, hodnocení práce žáků a zopakování učiva pro fixaci.
Po zvládnuté instruktáži zahajujeme s žáky cvičení. To rozdělujme podle výsledného produktu na cvičné (slouží k osvojení praktické dovednosti), užitkové (cílem je bezchybný výrobek, který není určený k prodeji) a produktivní práce (kde je výsledkem výrobek vyrobený na zakázku). Pro žáky je jistě motivace, možnost vydělat si během navštěvování odborného výcviku peníze.
11
Simulační metody Simulační metoda je charakteristická tím, že je při výuce skutečné pracovní prostředí, pracovní prostředek či pomůcka nahrazená imitačním prvkem. Imitační prvky do výuky zařazujeme
například
z
důvodů:
provozních,
bezpečnostních,
metodických
a ekonomických. Učitel odborného výcviku žákům předkládá imitační prvky v podobě simulátorů a trenažérů. Trenažéry nemusí imitovat všechny parametry skutečného prostředí, prostředků nebo pomůcky. Podstatné je, aby dovednosti a návyky získané na simulátoru a trenažéru odpovídaly dovednostem a návykům potřebným při konání žákova povolání. Simulační metody dovolují uspořádat výuku podle didaktických zásad a ve výchovně-vzdělávacím procesu mají funkci přípravnou, podporující a doplňující. Za předpokladu, že žáci zvládli bezchybně práci na simulátoru či trenažéru, výuka pokračuje na reálném stroji za přirozených podmínek. Přirozené podmínky potom plní funkci závěrečnou, kde si žáci danou pracovní činnost osvojují k dokonalosti. V odborném výcviku používáme počítačové simulátory řídicích systémů podle CNC stroje na dané specializované dílně. V současné době není ekonomicky možné, aby škola nabídla tolik CNC strojů, kolik je žáků ve skupině. Simulátor je díky komptabilitě se strojem vhodným řešením pro odborný výcvik – osvojení obsluhy a vyhotovování programů. Žák hotový program zkopíruje do stroje. Na stroji žák po předchozí instruktáži provádí, za dodržení bezpečnostních pokynů a pravidel, vyhotovení součásti.
Problémová metoda V odborném výcviku, který zpravidla navazuje na probrané učivo v odborných předmětech, umožňuje využití zvýšené interakce učitele s žákem, který může samostatně řešit různé problémové situace v oboru. Problémové učení v odborném výcviku vede k rozvoji aktivní tvořivé práce, soustředění při pozorování, zvyšuje zájem o obor a vede žáka k samostatnosti. Problémové učení není univerzální metodou, vyžaduje více času než výuka tradičními metodami, a to jak při přípravě, tak při samotné výuce. Příprava problémových cvičení vyžaduje zvolení vhodné části učiva odborného výcviku, aby byla přiměřená vyspělosti žáků a tvořila modely typické pro řešení skutečných pracovních činností (Čadílek, 2005, s. 72-73).
12
Řešení problému při využití problémové metody by mělo být rozloženo na tři etapy (Čadílek, 2005, s. 73):
Vysvětlení problému učitelem a pochopení žáky toho, co mají dáno a co je nutno vyřešit.
Vlastní řešení problému, při kterém žáci pracují samostatně, za pomoci učitele.
Ověření správnosti řešení a zhodnocení dosažených výsledků.
Problémové učení je možné uplatnit za předpokladu, že žáci již mají osvojenou určitou látku. Z dané látky učitel vychází při zadávání problémové situace. Zjednodušený model použití problémové metody za dodržení systematičnosti a didaktických zásad je takový, že učitel žákům rozdá technické výkresy, žáci je samostatně přečtou, zvolí nástroje, přiřadí jim vhodné řezné podmínky ku obráběnému materiálu a na PC simulátoru vypracují program. Během několika jednotek odborného výcviku, se postupně všichni žáci ve skupině vystřídají na CNC stroji, kde vyhotoví svůj aktuálně vypracovaný program a výrobek přeměří. Cílem takového problémového učení je žákovo pochopení propojenosti všech poznatků napříč odbornými předměty a odborným výcvikem a v neposlední řadě výbornou přípravou na výkon budoucího povolání.
1.4.
Pedagogické principy
Didaktické zásady, jak také principy nazýváme, jsou obecné požadavky, které odrážejí zákonité, podstatné vztahy mezi činiteli vyučovacího procesu a vyjadřují jeho normativní základy v souladu s cíli výchovy a vzdělávání. Požadavky se vztahují na všechny stránky výuky, např. na nemateriální a materiální didaktické prostředky, na poznávací činnost žáka, na učivo atd. V odborném výcviku využíváme zejména pedagogické principy (Jůva, 1999):
Princip soustavnosti a systematičnosti – postup od jednoduchého ke složitému, od konkrétního k abstraktnímu, od zvláštního k obecnému;
Princip spojení teorie s praxí – vytváření optimálních mezipředmětových vztahů;
Princip uvědomělosti a aktivity – pochopení smyslu a podstaty prováděné činnosti i identifikace s vytyčenými výchovně-vzdělávacími cíli;
13
Princip přiměřenosti – respektuje, aby cíle, proces i prostředky vzdělávání byly přiměřené individuálním a věkovým zvláštnostem žáků;
Princip názornosti – vyjadřuje požadavek vytváření představ a pojmů na základě bezprostředního vnímání předmětů a jevů činností;
Princip trvalosti – sleduje osvojení si vědomostí a dovedností dosáhlo úrovně, která umožní v případě potřeby jejich vybavení a praktické použití.
Princip emocionálnosti – udržování pozitivního klimatu;
Princip jednotnosti výchovného působení – sleduje spolupráci a vzájemnou úctu mezi žáky, učiteli a rodiči.
1.5.
Učební pomůcky
V publikaci Pedagogický slovník autor Průcha a kolektiv vysvětluje učební pomůcky jako tradiční označení pro objekty, předměty zprostředkující nebo napodobující realitu, napomáhající větší názornosti nebo usnadňující výuku. V současnosti nabídka učebních pomůcek zahrnuje širokou škálu auditivních, vizuálních, obrazových a technických pomůcek, která jsou součástí vyučování (Průcha, 2003, s. 257). Při výuce využíváme učební pomůcky: původní předměty (např. soustružnický nůž pro ukázku výměny výměnné břitové destičky), počítačové programy (Sinutrain), výtisk této práce atp. a didaktickou techniku, která zprostředkovává učební pomůcky: tj. počítač, projektor a CNC stroj.
1.6.
Hodnocení žáků
Hodnocení je nedílnou součástí výchovně-vzdělávacího procesu a prostředkem, který ovlivňuje kvalitu osvojení vědomostí, dovedností a návyků. Učitel při hodnocení zjišťuje výsledky výuky, tj. skutečné vědomosti, dovednosti a návyky žáka ve vztahu s plánovaným cílem. Součástí hodnocení je formulace výsledků, které učitel vyjadřuje klasifikací dle klasifikačního řádu školy. Ve výchovně vzdělávacím procesu se uskutečňuje klasifikace průběžná a celková. Průběžná klasifikace se používá, když zakončujeme jednotlivé etapy odborného výcviku (např. tematický celek) během
14
jednoho klasifikačního období. Celková klasifikace hodnotí celé klasifikační období a uvádí se na vysvědčení. Hodnocení v odborném výcviku probíhá obvykle kontrolními pracemi, které komplexně zjišťují stav žákova osvojení dovedností a návyků. Při hodnocení žáka v odborném výcviku, se zaměřujeme na kritéria:
vztah k práci, pracovnímu kolektivu a praktickým činnostem;
osvojení praktických dovedností a návyků, zvládnutí účelných způsobů práce;
využití teoretických vědomostí v odborném výcviku;
kvalita výsledků činností;
organizování práce a pracoviště, určování pořádku na pracovišti;
dodržování předpisů o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a péče o životní prostředí;
hospodárné využívání surovin, materiálů, energie, překonávání překážek v práci;
obsluha a údržba zařízení, pomůcek, nářadí a měřidel.
Hodnocení má funkci dát žákům, učitelům a rodičům informace o okamžité úrovni žákových vědomostí a dovedností, a o jeho vývoji osobnosti pod vlivem výchovy. Úspěchy jakožto neúspěchy mají pro žáky motivační efekt. Hodnocení slouží jako zpětná vazba učiteli odborného výcviku, který podle aktuálních výsledků upravuje organizaci, řízení a regulaci vyučovacího procesu v odborném výcviku.
15
1.7.
Učitel odborného výcviku
Učitel odborného výcviku provádí vzdělávací a výchovnou činnost – předává žákům vědomosti a učí je dovednostem v daném oboru. Předpokladem je jeho vlastní odbornost v oboru a potřebné pedagogické kompetence, poznatky z organizace a řízení svěřeného kolektivu a pedagogický takt, které s kladnou hodnotovou orientací učitele vyúsťují v tvořivou pedagogickou činnost. Pedagogická činnost spočívá i v umu žáky ve výuce zaujmout, aby se soustředili výhradně na výuku a odnesli si z ní co nejvíce informací a poznatků. Učitel odborného výcviku má role (Pasch, 1998, s. 390):
Odborník a profesionál – předpokladem je odborné vzdělání ve vyučovaném oboru a spojení s praxí. V oblasti didaktiky musí zajištovat přípravu, realizaci a řízení výuky a třídy a proces hodnocení výsledků a činností. V oblasti pedagogické psychologie musí prosadit o vytvoření vhodného klimatu třídy a kázně.
Zvyšující trvale svou kvalifikaci – Učitel odborného výcviku si nevystačí se zkušenostmi, které si přinesl do výuky ze své předchozí praxe, ale je nutné takzvaně držet krok s dobou. Učitel se musí permanentně rozvíjet a zdokonalovat jak ve svém oboru (používání nových technologií atd.), tak v oblasti pedagogických dovedností (vyměňovat si zkušenosti s jinými učiteli atd.). To je cesta ke zvýšení úspešnosti pedagogické práce učitele odborného výcviku.
Nositel pozitivních změn ve školství – držet krok s dobou je nutné i z hlediska realizování nových pokrokových změn ve vzdělávání (vybavování moderními prostředky a pomůckami atd.). Toho se na škole bez aktivní účasti učitele nedosáhne.
Zvláštností odborného výcviku je skutečnost, že jsou žáci po celý vyučovací den s jedním a tím samým učitelem odborného výcviku. Ten na ně má tedy větší vliv než učitelé teoretických předmětů. Učitel musí vždy předstupovat před žáky stoprocentně připraven a vědom si zodpovědnosti. S učiteli odborných předmětů učitel odborného výcviku úzce spolupracuje a dohromady se podílí na vytváření optimálních mezipředmětových vztahů.
16
2. Pedagogické dokumenty V publikaci Pedagogický slovník autor Průcha a kolektiv definuje pedagogické dokumenty jako soubor legislativně předepsaných dokumentů, které stanovují podmínky a pravidla fungování vzdělávacích institucí a výchovných zařízení. Jejich funkce
jsou
vždy
koncepční,
projektová,
organizační,
hodnotící,
kontrolní
a zpětnovazební. Na centrální úrovni k nim patří rámcové a školní vzdělávací programy, učební programy, plány, aj. K povinné dokumentaci škol patří evidence žáků a personální dokumentace, třídní knihy, konání zkoušek a ukončovaní studia, aj. (Průcha, 2003, s. 154). V této kapitole se budu věnovat pedagogickým dokumentům na centrální úrovni, tj. rámcovým a školním vzdělávacím programům pro obor Mechanik seřizovač 23-45L/01.
2.1.
Rámcové vzdělávací programy
„Rámcové vzdělávací programy (RVP) jsou státem vydané pedagogické dokumenty, které vymezují závazné požadavky na vzdělávání v jednotlivých stupních a oborech vzdělání, tzn. zejména výsledky vzdělávání, kterých má žák v závěru vzdělávání dosáhnout, obsah vzdělávání, základní podmínky realizace vzdělávání a pravidla pro tvorbu školních vzdělávacích programů. Rámcové vzdělávací programy jsou závaznými dokumenty pro všechny školy poskytující střední odborné vzdělávání, které jsou povinny je respektovat a rozpracovat do svých školních vzdělávacích programů.“ (Rámcový vzdělávací program pro obor Mechanik seřizovač, 2009, str. 2) Rámcové vzdělávací programy jsou volně přístupné dokumenty, které usilují o zvýšení kvality a účinnosti středního odborného vzdělávání a s tím spojeným lepším uplatněním absolventů. Pro realizaci rámcových programů si jednotlivé školy vytváří vlastní školní vzdělávací programy.
17
2.2.
Školní vzdělávací program
Školní vzdělávací program (ŠVP) je učební dokument, který si škola vytváří, aby realizovala požadavky rámcového vzdělávacího programu pro daný obor vzdělávání. Školním vzdělávacím programem se zvyšuje autonomie škol, lze školu profilovat, tzn. lépe uplatnit její potenciál a odlišit od jiných škol stejného zaměření, pro vyšší konkurenceschopnost a efektivitu vzdělávání žáků. Podle Rámcového vzdělávacího programu musí mít Školní vzdělávací program závazně tyto části:
Úvodní identifikační údaje školy;
profil absolventa;
charakteristiku vzdělávacího programu;
učební plán.
2.2.1.
Profil absolventa
Absolvent oboru vzdělání Mechanik seřizovač 23-45-L/01 s maturitním vysvědčením se uplatní při výkonu tohoto povolání jako pracovník v oblasti obsluhy, ošetřování, seřizování a údržby obráběcích strojů, center a automatických linek případně seřizování a programování CNC strojů, zařízení, výrobních linek a automatizovaných systémů. Dále se uplatní jako technickohospodářský pracovník provozu obrábění, pracovník na střední úrovni v oblasti řízení nebo technologické přípravy výroby. Absolvent se může také uplatnit jako specializovaný pracovník obchodu a poradenství. Absolvent čte strojírenskou výkresovou dokumentaci. Využívá nekonvenční způsoby a aplikace nových metod obrábění. Obsluhuje základní druhy konvenčních a CNC strojů. Orientuje se uživatelsky v programování automatizovaných a robotizovaných pracovišť. Dovede sestavovat jednoduché řídící programy pro CNC stroje. Seřizuje, kontroluje, diagnostikuje, obsluhuje a udržuje konvenční a CNC stroje, obráběcí centra a linky prostřednictvím programovatelných automatů. Navrhuje technologický postup výroby jednoduchých součástí. Samostatně pracuje s měřidly a měřicími přístroji, seřizuje nástroje a sestavuje řídící programy. Zná základní pojmy elektrických, elektronických, mechanických, hydraulických a pneumatických systémů. Má přehled o vývoji
18
automatizace v oblasti obrábění. Řeší úkoly pomocí výpočetní techniky a ke své práci využívá prostředky Informačních a komunikačních technologií, včetně používání programů SurfCam, SolidWorks. Absolvent se může ucházet o další studium na vyšších odborných školách a vysokých školách v České republice i v zemích Evropské unie (Střední škola strojírenská a elektrotechnická Brno, 2012).
19
3. Úvod k praktické části V praktické části této bakalářské práce se budu zabývat již samotnou tvorbou výukové opory, která bude rozdělena na tři kapitoly. První kapitola vysvětluje charakteristiku a všeobecné pojmy CNC obráběcích strojů. Druhá kapitola je zaměřena na charakteristiku
programovaní
CNC
strojů.
Třetí
kapitola
čtenáře
seznamuje
s prostředím, obsluhou a programováním v řídicím systému Sinumerik. Součástí třetí kapitoly bude rozpracovaný postup sestavování ukázkového programu. Výuková opora bude určena žákům druhého a třetího ročníku vzdělávacího oboru mechanik seřizovač. U žáků se předpokládá znalost základů třískového obrábění, technologie obrábění a obrábění a základy obsluhy soustružnických a frézovacích strojů. Tuto výukovou oporu budou moci využívat učitelé odborného výcviku a žáci při výuce programování CNC strojů v odborném výcviku, doma při plnění domácích úkolů a domácí přípravě.
3.1. 4.
Obsah CNC STROJE A JEJICH PROGRAMOVÁNÍ ...................................................................... 22
4.1.
CHARAKTERISTIKA CNC STROJŮ ............................................................................................ 22
4.1.1.
Schéma stroje ...................................................................................................................... 24
4.1.2.
Souřadnicový systém stroje ................................................................................................. 26
4.1.3.
VZTAŽNÉ BODY ....................................................................................................................... 27
4.1.4.
Korekce nástroje ................................................................................................................. 28
4.1.5.
Nulový bod obrobku............................................................................................................ 29
4.2.
TECHNOLOGICKÉ ZÁKLADY ..................................................................................................... 29
4.2.1.
Řezná rychlost a otáčky ...................................................................................................... 29
4.2.2.
Posuv .................................................................................................................................. 31
4.3.
CHARAKTERISTIKA PROGRAMOVÁNÍ CNC STROJŮ .................................................................. 33
4.3.1.
Metodika programování ..................................................................................................... 33
4.3.2.
Struktura programu ............................................................................................................ 35
4.3.3.
Druhy programování .......................................................................................................... 38
4.3.4.
Test a simulace programu .................................................................................................. 39
4.3.5.
Rozdělení programování CNC strojů ................................................................................. 40 OBSLUHA A PROGRAMOVÁNÍ ŘÍDICÍHO SYSTÉMU SINUMERIK.......................... 42
5. 5.1.
ŘÍDICÍ SYSTÉM SINUMERIK .................................................................................................. 42
20
5.1.1.
Spuštění pracoviště ............................................................................................................. 43
5.2.
Ovládací prvky .................................................................................................................... 44
5.3.
Ovládací panel .................................................................................................................... 45
5.3.1.
Provozní režimy .................................................................................................................. 48
5.3.2.
Systémové oblasti ................................................................................................................ 49
5.4.
PROGRAMOVÁNÍ ...................................................................................................................... 53
5.4.1.
Hlavička programu ............................................................................................................. 54
5.4.2.
Programové bloky............................................................................................................... 56
5.4.3.
Simulace ............................................................................................................................. 62
5.4.4.
První program v systému ShopTurn ................................................................................... 64
21
4. CNC stroje a jejich programování
4.1. Charakteristika CNC strojů “Číslicově řízené výrobní stroje (CNC) jsou charakteristické tím, že ovládání pracovních funkcí stroje je prováděno řídicím systémem stroje pomocí vytvořeného programu.” (Štulpa, 2015, str. 9) Anglický pojem Computer Numerical Control (CNC) překládáme jako Číslicové (počítačové) řízení. Číslicově řídíme stroje, které jsou vybaveny průmyslovým počítačem s řídicím systémem. Pro řídicí systémy se vytváří programy dle standardizovaného DIN/ISO kódu. Program obsahuje informace o požadovaných činnostech stroje. Řídicí systém program dekóduje a dle pokynů jsou řízeny silové prvky stroje. Stroj program provádí v automatickém cyklu a v pořadí v kterém jsou zapsány. Ačkoliv CNC stroje postupně našly uplatnění napříč celým průmyslem, nejčastěji jsou spojovány s třískovým obráběním, tj. soustružením a frézováním, případně spojením obou technologií v podobě tzv. obráběcího centra. V oblasti třískového obrábění mají CNC stroje oproti automatům největší výhodu v tom, že podporují vysokou pružnost výroby. Stroj lze za krátký časový úsek seřídit na jinou práci, stejnou technologií, dle možností stroje. CNC stroje mají obvykle paměť na stovky programů, podle kterých, lze po seřízení stroje opakovat výrobu. Díky automatickému cyklu výroby není výrobní čas závislý na obsluze, ale je pevně dán programem. Výrobní časy jsou kratší, než dosahujeme u konvenčních strojů. CNC stroje nižšího času dosahují použitím odlišné konstrukce, rychloposuvy, lepšími řeznými podmínkami a omezují prostoje či únavu obsluhy. Automatický cyklus také snižuje nároky na obsluhu. Obsluha provádí “pouze” výměnu kusů, proměřování hotových výrobků a údržbu stroje. Při neshodnosti hotového výrobku s výkresem, mění korekce nástrojů v řídicím systému nebo dle potřeby mění výměnné břitové destičky na řezných nástrojích. Naopak vyšší kvalifikaci vyžadujeme u seřizovačů a programátorů. Programátor musí vytvořit po technologické stránce bezchybný program a pomocí
22
simulace ho ozkoušet. Ideální CNC program má nejnižší možný strojní čas a při tom je hospodárný k nástrojům a stroji. Seřizovač stroj uzpůsobí k automatizované výrobě. Upne a zaměří nástroje, bezpečně seřídí upínání polotovarů a provede nahrání programu do řídicího systému. Na prvním kusu ověřuje jeho upnutí, zvolené řezné podmínky, délky nástrojů či pomocné funkce. Při neshodě výrobku s výkresem, provede korekce a ověří správnost na dalším výrobku. Poté předá stroj obsluze, případně u stroje zůstává a stroj obsluhuje. Běžně se stává, že zaměstnavatel vyžaduje všechny tři odbornosti po jediném zaměstnanci.
Výhody a nevýhody Při kusové výrobě méně složitých součástí, se CNC stroj kvůli své pořizovací ceně stále nevyplatí. Naopak u velice složitých součástí se bez CNC stroje neobejdeme ani u kusové výroby. Lze říci, že jedinou nevýhody je vyšší pořizovací cena a vyšší odměny kvalifikované obsluze, seřizovačům a programátorům. Tuto nevýhodu lze snadno proměnit na výhodu, a sice pro absolventy oboru v oblasti CNC strojů na trhu práce. Výhody CNC strojů:
Vysoká přesnost a kvalita výrobků;
umožnují snadnější výrobu složitých součástí, jejichž tvar je zadán matematickými funkcemi;
pružnější výroba;
opakovatelnost;
snížení zmetkovitosti;
zkrácení výrobních časů a neproduktivních vedlejších časů;
zvýšení bezpečnosti výroby;
výrobní čas je přesně určen programem a nezávisí na obsluze;
minimalizace dopadů způsobené lidským faktorem;
zmenšují se požadavky na kvalifikaci pracovníků na obsluhu.
23
Nevýhody
Vysoké investiční náklady;
nutnost kvalifikovaného personálu: programátoři a seřizovači;
vyšší výdaje za údržbu a servis stroje.
Rozdělení obráběcích CNC strojů Podle vykonávané práce
CNC stroje pro obrábění – soustruhy, frézky, brusky, obráběcí centra, stroje pro dělení materiálu, stroje pro nekonvenční obrábění (drátové řezačky atd.);
Ostatní CNC stroje – lisy, ohýbačky, svařovací roboty atd.
Podle jejich specializace
Jedno profesní – stroje konstruované na jeden druh operací: soustružení, frézování, vrtání, řezání, broušení atd.;
Více profesní – tzv. obráběcí centra spojují různé provedení jedno profesních strojů do jednoho dokonalého celku. Stroje disponují mnohokrát větším počtem os a lze s nimi obrábět i velice složité výrobky.
4.1.1.
Schéma stroje
Řídicí obvody – v těchto obvodech se logické signály převádějí na silnoproudé elektrické signály, kterými se přímo ovládají jednotlivé části stroje – motory vřetene a posuvu, ventily atd.;
Interpolátor – zpracovává naprogramovanou dráhu nástroje, která je zadaná geometrií a výpočty délkových a rádiusových korekcí nástroje;
Porovnávací obvod – zpětná vazba, která přenáší informace o aktuálních geometrických hodnotách dráhy pohybu nástroje;
24
Počítač s ovládacím panelem
o
Počítač – slouží ke zpracování všech vstupních informací řídícího programu;
o
Obrazovka – slouží k vizuální kontrole informací programu a stroje;
o
Klávesnice – QWERTY a numerická klávesnice pro úpravu programů a zadávání korekcí;
o
Ovládací prvky – klávesy pro změny pracovních režimů a prvky pro
Obrázek 1: Ovládací panel (autor)
plynulé ovládání pohonů stroje; o
Čtecí zařízení – vstup pro médium s programem. Používáme speciální paměťové karty nebo USB port. Často je také provedeno přímým propojením s počítačem programátora pomocí místní sítě.
Obrázek 2: Blokové schéma CNC soustruhu (Štulpa, st. 10, 2015)
25
Souřadnicový systém stroje
4.1.2.
CNC stroje používají kartézský systém souřadnic, tj. pravoúhlý s osami X, Y, Z (Obrázek 3); pravotočivý u os rotačních (Obrázek 4). Systém je normalizován ČSN ISO 841 (Terminologie os a pohybů). Osa Z je vždy rovnoběžná s osou rotace pracovního vřetena, osa X leží v upínací rovině obrobku. Počátek kartézského souřadného systému je v Nulovém bodu stroje, respektive v jeho posunutí. S tímto systémem může být matematicky popsán každý konkrétní bod v pracovním prostoru stroje. Dále se používá polární systém. Centrální bod polárního systému je pól (střed) a rovina. Body jsou určeny vzdáleností od středu a úhlem, který odečítáme z roviny (Obrázek 5).
Obrázek 3: Definování kartézských
Obrázek 4: Souřadná soustava s
souřadnic v pravoúhlé soustavě – lze
pravotočivými a rovnoběžnými osami
použít pravou ruku (Štulpa, 2015, str. 14).
(Štulpa, 2015, str. 14).
Obrázek 5: Způsob sestavování nového bodu v Polárním souřadném systému (autor).
26
4.1.3.
Vztažné body
V pracovním prostoru stroje se nachází následující základní vztažné body. Soustruhy mají Nulový bod stroje „M“ tzn. absolutní počátek souřadného systému v dosedací ploše upínacího prvku v ose Z. Díky programovému posunutí (G54-G59) můžeme nulový bod stroje „M“ posunout, do námi zvoleného nulového bodu obrobku „W“. Programátor bod volí na počátku souřadnicového systému obrobku. Výsledkem je úspora času, díky snadnějšímu vyčítání kót z technické dokumentace. Polohu nulového bodu obrobku je možné měnit i během programu. Tabulka 1: Vztažné body u CNC strojů
Název Nulový bod stroje Nulový bod obroku Referenční bod Bod pro výměnu nástrojů Základní bod pro nosič nástroje Bod špičky nástroje
Označení M W R
F
Význam Absolutní počátek souřadného systému. Je dán výrobcem stroje a nelze ho měnit. Počátek souřadného systému programového posunutí (G54 – G59). Daný výrobcem a je realizován koncovými spínači. Najetím bodu dochází ke sjednocení odměřovacího systému stroje. Bod výměny nástroje je často bodem, kde se nástroj nachází na počátku a při ukončení programu.
T
Od tohoto bodu odměřujeme délkové korekce nástrojů.
P
Délkové a rádiusové korekční posunutí souřadného systému z bodu „T“.
nemá
Obrázek 6: Souřadnicový systém soustruhu a důležité body (Štulpa, 2015, str. 19).
27
Symbol
4.1.4.
Korekce nástroje
Udává individuální geometrickou charakteristiku nástroje. Jedná se o délkové posunutí špičky nástroje od bodu nosiče nástroje „T“ a informaci o rádiusové hodnotě špičky. Informace se řídicímu systému zadávají do Tabulky nástrojů. Korekci si řídicí systém načítá z tabulky při výměně nástroje.
Délková korekce Určuje v souřadném systému délkové posunutí špičky nástroje od bodu nosiče nástroje „T“ (Obrázek 9). Obvykle ji zjišťujeme při seřizování stroje, najetím na sondu. K tomu slouží automatický zaměřovací cyklus vyvolaný v ručním režimu řídicího systému.
Obrázek 7: Rádiusové a délkové korekční posunutí soustružnického nože (Štulpa, 2015, str. 19).
Rádiusová korekce U vyměnitelných břitových destiček je rádiusová hodnota špičky nástroje (Obrázek 7, rn) dohledatelná v podkladech výrobce, tj. krabička, katalog atp. Řídicí systém dle zadané hodnoty vypočítává požadovanou dráhu. Na obrázku 8 je zřejmé, že bez rádiusové korekce, by dráha nože byla v rozporu s naprogramovanou a docházelo by k výrobě zmetku.
Obrázek 8: Dráha soustružnického nože bez a s rádiusovou korekcí (Keller, 2005, str. 43).
28
4.1.5.
Nulový bod obrobku
Nulový bod obrobku identifikuje nulový bod programu s nulovým bodem polotovaru. Programátor ho nastavuje na vhodném místě, obyčejně je to na čele upínače nebo obrobku (Obrázek 6, bod „W“). V případě posunutí na čelo upínače se nástrojem pohybujeme v plusových hodnotách a směřujeme k nule. Při posunutí na čelo obrobku se nástrojem pohybujeme z nuly do mínusových hodnot. Definice počátku souřadného systému obrobku se provádí funkcí absolutním (G54-58) a inkrementálním (G59) posunutím souřadnicového systému z nulového bodu stroje. Hodnota G54 (…G59) je tedy součtem délky upínacího prvku v případě posunutí na čelo upínače a součtem délky upínacího prvku plus délky obrobku, v případě posunutí na čelo obrobku (Obrázek 6, délka ZMW). Délku Z zjišťujeme naškrábnutím zaměřeným nástrojem na čelo surového obrobku. Z aktuální souřadnice nástroje, vypočte řídicí systém posunutí a přiřadí je funkci G54. Funkci zadáváme do hlavičky programu a zůstává v platnosti po celou délku programu či do zrušení vyvoláním jiné funkce.
4.2.
Technologické základy
Podstatou soustružení je rotační (hlavní) pohyb obrobku a vedlejší přímočaré pohyby nástroje. Určování řezných podmínek je závislá na vlastnostech stroje (maximální tuhost a pevnost systému stroj – nástroj – upínač – obrobek), materiálu (pevnost, tvrdost), nástroje (vhodně zvolený k materiálu) a prostředí (odvádění třísky, chlazení). Rozhodující jsou i požadované vlastnosti obrobku (přesnost rozměrů a tvarů, drsnost obráběného povrchu, aj.). Do programu zadáváme řeznou rychlost (případně otáčky) a posuv.
4.2.1.
Řezná rychlost a otáčky
Řezná rychlost u soustružení udává obvodovou rychlost na povrchu plochy, kterou obráníme nástrojem. Při soustružení, tj. obrábění nahrubo, načisto a při soustružení zápichů se většinou do programu zadává přímo řezná rychlost. Při vrtání a při řezání závitů se programují otáčky.
29
Určovaní řezné rychlosti Optimální řezná rychlost (označuje se vc) se obvykle zjišťuje v katalogu výrobce nebo pomocí tabulek. Uvedeme si příklad, pokud je materiál břitu nástroje slinutý karbid a chceme obrábět obrobek z materiálu automatová ocel, bude obvykle řezná rychlost: vc = 180 m/min Konstantní řezná rychlost G96 Umožnuje, aby byla zvolená řezná rychlost vc (180 m/min) na každém průměru obrobku stejná, zatímco příslušné otáčky n, budou neustále upravovány (Obrázek 9). Řídicí systém upravuje otáčky samostatně a šetří práci programátorovi. Aby se u malých průměrů otáčky nezvyšovaly do nekonečna, programujeme omezení otáček například na 3000ot/min. Blok příkazů v DIN/ISO by vypadal: G96 S180 LIMS=3000
Obrázek 9: Vzájemný vztah mezi řeznou rychlostí a otáčkami při konstantní řezné rychlosti (autor).
Konstantní otáčky při vrtání a soustružení závitů U vrtání a soustružení závitů se setkáváme s konstantními otáčkami n (G97). Otáčky závisí na řezné rychlosti vc a na průměru nástroje d.
𝑛=
𝑣𝑐 . 1000 𝑑 .𝜋
30
Příklad
výpočtu
konstantních
otáček
n
pro
vrták
Ø20mm
s
řeznou
rychlostí vc = 120 m/min: Tabulka 2: Příklad výpočtu konstantních otáček n
𝑑 = 20mm 𝑣𝑐 = 120 m/min 120 . 1000 20 . 𝜋 . 𝑚𝑖𝑛 1 𝑛 = 1900 min
𝑛=
Blok příkazů v DIN/ISO by vypadal: G97 S1900
4.2.2.
Posuv
Vedle řezné rychlosti příp. otáčkám, musíme přiřadit pro daný nástroj vhodný posuv. Ten volíme tak, aby byl hospodárný z hlediska času i nástroje. Podle požadované jakosti obrobené plochy (Ra), tuhosti upnutí a velikosti obrobku volíme posuv f co možná největší.
Stanovení posuvu Hodnotu posuvu zjišťujeme z tabulek nebo podkladů od výrobce nástroje. Případně na základě zkušeností. Uvedeme si příklad, pokud je materiál břitu nástroje slinutý karbid a chceme obrábět obrobek z materiálu automatová ocel, posuv se bude pohybovat okolo f = 0,2 – 0,4 mm/ot. Zvolíme střední hodnotu a případně posuv zvyšujeme. Příkaz v DIN/ISO pro pracovní posuv G01 by vypadal: F0.3
31
Souvislost mezi posuvem a posuvovou rychlostí V případě konstantního posuvu f a příslušných otáček n lze vypočítat posuvovou rychlost vf: 𝑣f = 𝑓 . 𝑛
Příklady výpočtů posuvové rychlosti vf s proměnnými otáčkami n a průměry d: Tabulka 3: Příklady výpočtů posuvové rychlosti vf
𝑣𝑐 = 180
m min
𝑣𝑐 = 180
𝑑2 = 80mm 𝑛2 ≈ 710
𝑑1 = 20mm
1 min
𝑛1 ≈ 2800
1 . 0,3mm min mm ≈ 210 min
𝑣𝑓2 = 710 𝑣𝑓2
m min 1 min
1 . 0,3mm min mm ≈ 840 min
𝑣𝑓1 = 2800 𝑣𝑓1
Z vypočítaných příkladů posuvové rychlosti, je zřejmá nepřímá úměra mezi obráběným průměrem a otáčkami (Obrázek 10). Jestliže se mění otáčky, přímou úměrou k nim se mění posuvová rychlost (navzdory stejném posuvu), (Obrázek 11).
Obrázek 10: Vzájemný vztah mezi průměrem a
Obrázek 11: Vzájemný vztah mezi otáčkami a
otáčkami při posuvové rychlosti (autor)
posuvovou rychlostí (autor)
32
4.3.
Charakteristika programování CNC strojů
CNC stroje jsou v automatickém režimu řízeny programem, který je psán normalizovaně v DIN/ISO kódu (norma DIN 66025/ISO 6983). DIN/ISO (často označováno jako G-kód) je jazyk, ve kterém jsou definovány geometrické, technologické a pomocné informace, potřebné pro bezchybnou automatickou práci stroje. Informace vyčteme z technického výkresu a do programu pomocí alfanumerických znaků definujeme instrukce o tom kam, jak rychle a jakou dráhou se má nástroj pohybovat, spolu se všemi ostatními jako jsou například řezné podmínky a pomocné funkce (například chlazení, výměna nástroje atd.). Program můžeme vytvořit na stolním počítači v textovém editoru, simulátoru řídicího systému, vygenerovat z CAD/CAM nebo ho vytvořit na stroji. Z počítače lze hotové programy přenášet díky propojení sítě protokolem TCP/IP, USB flash diskem nebo pro starší CNC stroje charakteristickými PCMCIA paměťovými kartami.
4.3.1.
Metodika programování
Sestavovaní programu je složitý proces, kde vlastní programování čili převádění jednotlivých kroků pracovního plánu do DIN/ISO je většinou při vývoji programu jen menší část práce. Před vlastním programováním by měl programátor dát velký důraz na plánování a přípravu pracovního postupu. Čím přesněji si předem naplánuje strukturu a organizaci pracovního postupu, tím snadněji vyhotoví bez zbytečných chyb vlastní program. Z důvodu vysoké různorodosti opracovávaných obrobků na CNC strojích, se nelze držet vždy stejného postupu. Pro zevšeobecnění lze prezentovat následující postup uplatnitelný u většiny programování.
Příprava výrobního procesu o
Prostudování technického výkresu, volba technologie obrábění a upnutí obrobku;
o
stanovení souřadného systému obrobku;
o
stanovení druhu programování, dopočítání chybných kót.
33
Stanovení postupu opracování o
Určení nástrojů pro obrábění jednotlivých kontur a v jaké posloupnosti budou jednotlivé prvky obrobku obráběny.
o
Určení opakujících se prvků, které mohou být v samostatném podprogramu.
Stanovení pracovního plánu o
Výměna nástroje;
o
načtení parametrů nástroje;
o
Roztočení vřetena;
o
přijetí rychloposuvem před/nad obrobek;
o
zapnutí chladicí kapaliny;
o
korekce dráhy;
o
najíždění na konturu;
o
odjíždění z kontury atd.
Vytvoření programu o
Přenesení kroků pracovního plánu do DIN/ISO, kde se každý krok zapíše jako jeden blok;
o
sestavení všech jednotlivých bloků do CNC programu;
o
kontrola programu simulací.
Přenesení programu do stroje o
Ověření programu na stroji, kdy se ověřuje vhodnost naplánovaného výrobního postupu;
o
výroba součásti.
Výsledná kontrola o
Kontrola výsledné součásti měřením, porovnáním s kalibrem atp.;
o
dle potřeby změna hodnot v korekcích nebo v programu.
34
4.3.2.
Struktura programu
Strukturou programu rozumíme jednotný způsob uspořádání programů pro CNC stroje. Program se skládá ze tří částí:
Hlavička programu – parametry které zůstávají v platnosti po celý program;
Programové bloky – definují co má stroj vykonat;
Konec programu – informace o tom, že obrobek byl dokončen a zdali se má případně opakovat.
Ve větvení CNC programu se používají čtyři základní pojmy: Znak → Příkaz → Blok → Program Znak – Je to nejmenší jednotka CNC programu. Může mít jednu ze tří forem: číslice, písmena nebo symboly. Znaky jsou kombinovány do smysluplných příkazů srozumitelných pro řídící systémem. Kombinace číslic, písmen a symbolů se nazývají alfa-numerické vstupy programu.
Číslice – Zadáváme kombinace číslic skládající se z 0-9. Čísla mohou mít kladné nebo záporné hodnoty.
Písmena – K dispozici máme 26 písmen anglické klávesnice. Při programování příkazů používáme jen písmena, které řídicí systém zná.
Symboly – Kromě číslic a písmen se používá pro programování několik symbolů. Nejběžnější symboly jsou desetinná čárka, znaménko mínus, znak procenta, závorky a další, v závislosti na řídicím systému.
Příkaz – V programu takto označujeme kombinaci alfa-numerických znaků, které definují jednotný pokyn řídicímu systému. Každý příkaz začíná velkým písmenem (adresová část), za ním je číselný údaj představující programový kód nebo skutečné hodnoty (významová část). Příkazy jednotlivě definují vše, co má stroj vykonat. Jsou to například daný nástroj (T0101), otáčky (S500), rychlost posuvu (F0.1), roztočení vřetena (M03 nebo M04), zapnutí chlazení (M08), lineární pracovní posuv (G01), pozice v souřadném systému (Z10 X10) apod.
35
Blok – Je tvořen ze dvou či více příkazů. V řídicím systému má každý blok svůj očíslovaný řádek „N“. To umožnuje snadnější orientaci při pozdějších úpravách. Například: N10 G00 X100 Z150 Program – V řídicím systému se vždy skládá z jednotlivých řádků instrukcí, které jsou seřazeny v logickém pořadí. Program obvykle začíná názvem programu a končí příkazem M30 (konec programu). Program vždy před spuštěním ve stroji ověříme jeho testem a simulací. Podprogram – v terminologii se setkáváme také s pojmem podprogram. Jedná se o určitý před nachystaný (pod)program o několika blocích, který vyvoláváme do programu. Vytváří ho sám programátor a používáme ho tam, kde se opakují stejné dílčí úlohy. Každý CNC program vždy obsahuje: a)
Technologické informace – definují technologii obrábění (posuv, otáčky, řeznou rychlost apod.);
b) geometrické informace – G – definují způsob pohybu nástroje (lineární, kruhový, pracovním posuvem, rychloposuvem apod.); c)
pomocné informace – M – definují všechny zbývající informace potřebné k automatickému chodu CNC stroje (zapínaní a vypínaní otáček vřetene, výměnu nástroje, konec programu apod.).
Tabulka 4: Význam nejpoužívanějších adres (Štulpa, str. 33, 2015)
Písmeno
Význam
X, Y, Z
Základní osy souřadného systému
A, B, C
Rotace kolem základních os
I, J, K R U, V, W
Parametry kruhové interpolace Rádius Druhý pohyb paralelně se základními osami
T
Nástroj
G
Geometrická funkce
36
M
Pomocná funkce
N
Číslo bloku
F
Posuv
S
Otáčky vřetene. Konstantní řezná rychlost. Omezující otáčky
L
Volání podprogramu
Tabulka 5: Nejpoužívanější funkce G a M spolu s jejich významem
Základní
Základní
G kódy
M kódy
G00
Rychloposuv
M00
Programový stop
G01
Pracovní posuv
M01
Podmíněný programový stop
G02
G03
G04
G40
G41
G42
G54-G59
Kruhová interpolace ve
M02
směru hodinových ručiček Kruhová interpolace proti
M03
směru hodinových ručiček Časová prodleva
M04
Zrušení kompenzace poloměru nástroje Zapnutí kompenzace poloměru nástroje vlevo Zapnutí kompenzace poloměru nástroje vpravo Nastavitelné posunutí nulového bodu
Konec programu bez přelistování na začátek Zapnutí vřetene ve směru hodinových ručiček Zapnutí vřetene proti směru hodinových ručiček
M05
Zastavení vřetene
M06
Výměna nástroje
M08
Zapnutí chlazení
M09
Vypnutí chlazení
G90
Absolutní programování
M10
Zapnutí brzda vřetene
G91
Přírůstkové programování
M11
Zrušení brzdy vřetene
37
G94
Posuv v mm/minutu
G95
Posuv v mm/otáčku
G96
Konstantní řezná rychlost
G97
Zrušení konstantní řezné
M17, M99 M30
Konec podprogramu
Konec programu
rychlosti
4.3.3.
Druhy programování
Dle výkresové dokumentace programátor volí způsob programování a může ho během programu měnit. Pro snadnější orientaci v programu se doporučuje programování Absolutní. Naopak Inkrementální lze použít v podprogramech při programování opakovaných složitých tvarů v různých místech. Absolutní – Všechny hodnoty jsou vztaženy k počátku aktivní souřadné soustavy obrobku. Aktivujeme ho zadáním G90.
Obrázek 12: Absolutní kótování výkresu (autor).
38
Inkrementální (přírůstkové) – Při inkrementálním programování jsou hodnoty vztaženy k aktuální pozici, tj. zadaná hodnota odpovídá dráze, kterou je potřeba urazit. Aktivujeme ho zadáním G91.
Obrázek 13: Inkrementální kótování výkresu (autor).
4.3.4.
Test a simulace programu
Testem programu zkoušíme platnost všech příkazů v programu. Systém nás upozorní na chybné bloky a překlepy v programu. Moderní řídicí systémy kontrolují při vyhotovování programu zadávané parametry a upozorní na případné chybně zadané hodnoty Simulace je napodobení skutečného procesu obrábění. Probíhá grafickým zobrazením všech pohybů nástroje na monitoru počítače nebo na obrazovce CNC stroje, aniž by docházelo k pohybu os stroje. Programátor krok za krokem vizuálně kontroluje programový blok se simulovanou dráhou nástroje, spolu s kontrolou strategie obrábění. Dle řídicího systému můžeme obrobek otáčet do všech stran, provádět v něm řezy, kontrolovat využití materiál a reálný čas obrábění. Programátor simulací snižuje pravděpodobnost havárie stroje s obrobkem, riziko výroby zmetků, poškození nebo zničení nástroje či případné poškození stroje. Jestliže probíhá výroba, lze prostřednictvím grafické simulace sledovat proces obrábění namísto pohledu do pracovního prostoru, který je většinou znemožněn rozprašující se chladicí kapalinou.
39
4.3.5. Rozdělení programování CNC strojů Programování CNC strojů dělíme na manuální, dílenské a CAD/CAM. V dnešní době může být použit jakýkoliv počítač pro vytváření programu. Pomocí klávesnice můžeme zadávat příkazy od textového editoru až po velice složité a nákladné software programy. Platnost každého vyhotoveného programu ověřujeme testem a graficky zkontrolujeme také dráhu nástroje v simulaci.
Manuální – Nejznámějším a nejstarším způsobem programování CNC strojů, je ruční tvorba programu v DIN/ISO. Všechny příkazy stroji jsou ručně vypsány programátorem v programových blocích v textovém editoru. Tento způsob programování je používán pouze pro velmi jednoduché části, operace (lineární a kruhová interpolace, vrtání atd.) nebo úpravu programu vygenerovaného z CAM softwaru. Největším problémem je při manuálním programování vysoká pravděpodobnost lidské chyby. Ve složitém programu, který má i několik set bloků, je velmi snadné přehlédnout desetinnou čárku, zaměnit dvě čísla, nebo udělat překlep.
Dílenské – Bylo vyvinuto pro pohodlnější a přehlednější programování, než je manuální. Dílenské (nazývané také jako konverzační) programování provádí obsluha přímo na stroji pomocí programovacího systému, který je volitelná součást řídicího systému. Programovací systém je navržen jednoúčelově, aby bylo možné naprogramovat obrábění pro daný typ stroje. Například soustružnické operace na CNC soustruhu. Použitím obrazovky a klávesnice, obsluha interaktivně a bez složitého DIN/ISO kódu definuje: nástroje, dráhu nástroje, řezné podmínky apod. Programovací prvek obvykle zpracuje většinu matematických výpočtů sám. Programovací systém poskytuje interaktivní grafickou zpětnou vazbu při zadávání hodnot a ověření programu.
CAD/CAM – Využití výpočetní techniky pro vytváření výkresové dokumentace (CAD) a vygenerování CNC programu z výkresové dokumentace (CAM). Vyznačují se mnohokrát kratším strojním časem a vyšší životností řezných nástrojů než u ostatních druhů programování. Od dílenského programování se liší v tom, že v jednom programu lze obvykle programovat různé typy strojů (frézovací,
40
soustružnické atd.). Důležitým krokem je zpracování v Post-procesoru, který dekóduje pohyby CAM do DIN/ISO pro konkrétní CNC řídicí systém. Vygenerovaný kód lze se znalostí DIN/ISO upravovat na počítači nebo po zkopírování na stroji. Každý software CAD/CAM má simulaci vygenerovaného programu. Při výběru způsobu programování je vždy významným faktorem typ a složitost práce. Obvykle je způsob programování vybrán tak, aby to byl nejpohodlnější a nejdostupnější způsob. Podle publikace Machinery's Handbook od autorů E. Orberg a kolektiv, bude vždy výhodnější pro tvarově složité součásti vytvářet programy v počítačovém CAD/CAM programu. Jednoduché části, které lze naprogramovat do půl hodiny je pak vhodné vytvářet pomocí dílenského programování (Orberg, aj., 2012, str. 1282).
41
5. Obsluha a programování řídicího systému SINUMERIK
5.1.
Řídicí systém SINUMERIK
Jedná se produkt německé značky Siemens AG. Poprvé byl představen v roce 1964 na revolverovém NC soustruhu, spolu s prvními NC systémy na světě. Siemens dlouhodobě patří mezi inovátory nejen v oblasti obrábění a nastavuje trendy, které jsou kladně hodnoceny napříč celou odbornou společností. SINUMERIK Operate se používá pro automatický provoz zejména CNC soustruhů, frézek a obráběcích center. Nabízí jednoduché ovládání a programování stroje díky technologii HMI. Řídicí systém se však nachází pouze na ovládacím panelu CNC stroje, a tak je výuka, či zaškolování velice nákladné. Například v podniku se během zaučování, musí zastavit výroba. Společnost Siemens reagovala na poptávku a nabízí identický řídicí systém jako simulátor na stolní počítač. Program se jmenuje SinuTrain pro SINUMERIK Operate (dále SinuTrain). Poslední verze V4.5 Ed. 3, simulující Sinumerik 828D a 840D sl z roku 2009, umožňuje instalaci a používání pro nevýdělečné aktivity zdarma. Po zapnutí programu, si uživatel nakonfiguruje CNC stroj, který chce simulovat. Po spuštění se z počítačové obrazovky stane ovládací panel stroje, který umožňuje pohodlné a bezpečné programování, kontrolování a automatický proces výroby, aniž by byl počítač s nějakým strojem doopravdy propojen. Vypracované programy, tabulky nástrojů, parametry apod., mohou být následně přeneseny do skutečného stroje, kde se program ozkouší a zahájí se výroba. Mezi výhody můžeme zařadit možnost „osahat“ si identické prostředí, bezpečnost obsluhy a stroje a v neposlední řadě možnost mít SINUMERIK Operate kdykoliv a kdekoliv na PC nebo notebooku.
42
5.1.1.
Spuštění pracoviště
Programovací stanice je v počítači s operačním systémem Windows naistalován jako každý jiný program. Konfigurační prostředí je v angličtině, samotná programovací stanice je plně v češtině.
Programem spustíme dvojitým kliknutím na ikonu „SinuTrain“.
Při prvním spuštění si musíme nejprve nakonfigurovat stroj tlačítkem „Use template“. Na výběr máme soustruhy, frézky a obráběcí centra
Use
s různým počtem os. Nakonfigurované stroje můžeme importovat,
template
exportovat, měnit nakonfigurované nastavení, případně je mazat.
Označíme
příslušné
nakonfigurované
nastavení
(Obrázek
14)
a kulatým tlačítkem vpravo dole výběru spustíme simulátor programovací stanice.
Obrázek 14: Úvodní prostředí systému SinuTrain (autor)
Vzhled nakonfigurované programovací stanice je prakticky totožný s reálným provedením na stroji (Obrázek 15 a 16).
Obrázek 15: Vzhled ovládacího panelu
Obrázek 16: Vzhled programovací stanice
Sinumerik Operate na stroji (Krátký,
SinuTrain pro SINUMERIK Operate na
2014).
PC (autor).
43
5.2.
Ovládací prvky
Obrazovka Slouží obsluze k vizuální kontrole všech důležitých informací o stroji, nástrojích, programu a dalších (Obrázek 17). Uspořádání obrazovky
Obrázek 17: Uspořádání základní obrazovky programovací stanice SinuTrain (autor).
Hlavní rozdělení obrazovky: 1.
Aktivní provozní režim a systémová oblast (zobrazen systémová oblast „Základní obrazovka“ a „Manuální režim“);
2.
název programu spolu s úplnou adresou umístění souboru;
3.
svislý pruh programových tlačítek, tzv. pomocné funkce;
4.
stav a ovlivňování zpracování programu;
5.
výpis údajů o polohách os X, Z a natočení vřetena SP1 (osa C);
6.
informace o aktivním nástroji T, momentálním posuvu F, aktivním vřetenu, jeho otáčkách S a smyslu otáčení;
7.
zobrazování aktivních posunutí počátku a otočení (zobrazena aktivní funkce G54);
8.
pracovní okno;
9.
dialogový řádek pro předávání doplňkových informací pro uživatele;
10. vodorovný pruh programových tlačítek – hlavní funkce.
44
5.3.
Ovládací panel
Slouží ke komunikaci mezi obsluhou a řídicím systémem stroje. Klávesy dělíme podle základní a doplňující funkce. Všechny funkční klávesy jsou opatřeny určitou grafickou značkou. Ačkoliv jsou ovládací panely každého výrobce řešeny rozdílně, grafické symboly na klávesách jsou stanoveny normami (např. normou DIN 55003). To usnadňuje obsluze ovládání stroje a orientaci v řídicím systému. Programovací stanice SinuTrain na rozdíl od opravdového panelu postrádá numerickou a QWERTY klávesnici (Obrázek 18). Alfanumerické vstupy se vkládají standartní klávesnicí připojenou k našemu počítači. Uspořádání panelu v programu SinuTrain
Obrázek 18: Uspořádání a význam kláves na panelu SinuTrain (autor).
1.
Klávesy na vyvolání systémových oblastí Základní obrazovka
Manažer programů
Program
Hlášení a alarmy Vyvolání tlačítek systémových
Nástroje a posunutí počátku
oblastí na obrazovce
45
2.
Blok kláves pro orientaci a editaci v systémových oblastech Zrušení chybového hlášení
Listování v programu Vyroluje specifické
Aktivuje se režim vkládání
3.
možnosti pole
Dokončení zadávaní hodnoty do
Pohyb kurzorem, lze
vstupního pole
použít kliknutí myší
Nápověda
End
Nouzový vypínač
Toto tlačítko používáme v případě nouzové situace, tzn., jestliže je ohrožen lidský život nebo pokud existuje nebezpečí, že dojde k poškození stroje nebo obrobku. Všechny pohony budou s maximálně možným brzdným momentem zastaveny.
4.
Blok kláves pro změnu provozních režimů Ruční režim
Režim Manual Data Automatic Pomocný provozní režim
Automatický režim
5.
Teach In
Bloky kláves pro seřizování stroje v ručním režimu
Najetí referenčního bodu
Základní osy
,
Proměnná velikost kroku
provedení stroje ...
46
Přídavné osy dle
Zvolená osa se
...
Definovaní velikosti
bude pohybovat
kroku: 1…, 10000
v odpovídajícím
inkrementů
směru, zvolenou velikostí kroku
Přepínání mezi souřadným systémem obrobku (WCS) a
Rychloposuv
souřadným systémem stroje (MCS) Umožnuje při přerušení programu s odjetím z dráhy, návrat na původní pozici a pokračování programu
6.
Blok kláves pro řízení stroje v automatickém režimu Zastavení a spuštění
Zpracování programu po
programu
jednotlivých blocích
Momentálně zpracovávaný program bude přerušen a stroj bude připraven pro nové zpracování programu
7.
Klávesy a prvky pro spuštění a korekci otáček a posuvů Zastavení a spuštění
Zastavení a spuštění
otáček
posuvu
Plynulá regulace otáček
Plynulá regulace
vřetene
posuvu
47
5.3.1.
Provozní režimy
Funkce řídicího systému jsou dostupné v jednotlivých provozních režimech. Využíváme zejména Manuální režim pro seřizování stroje a Automatický režim pro plynulý běh programu. Režim lze nastavit na řídicím panelu příslušnou klávesou. Aktuální provozní režim je zobrazen v levém rohu obrazovky. Stroje s řídicím systémem SINUMERIK Operate mají tři provozní režimy:
Manuální režim „JOG“ Používá se při seřizování stroje pro bezchybný běh v automatickém
režimu.
V
manuálním
režimu
nastavujeme vztažné body, čistíme vnitřní prostor stroje atp. Při výrobě se snažíme časové prostoje v manuálním režimu snížit na minimum.
Manuální režim aktivujeme klávesou:
Automatický režim „AUTO“ Je určen pro zpracovávání programu nebo jeho části. Program je plynule prováděn probíhá přečtením a zpracováním bloku programu, po provedení pokračuje následujícím blokem. Dokud systém nepřečte blok s informací o konci programu nebo programovým stopem. Volitelně lze program spustit od kteréhokoliv bloku (obvykle výměna nástroje). Během automatického chodu lze přepnout například na souběžně probíhající simulaci, případně zahájit vyhotovování nového pracovního plánu. Automatický režim aktivujeme klávesou:
48
Režim MDA (Manual Data Automatic) „Manual Data Automatic“ lze volně přeložit jako „Ruční zadávání pro automatizované zpracování dat“. V režimu MDA, seřizovač zadává do pracovního okna blok příkazů v DIN/ISO nebo dílenském programování a daný blok následně zpracuje. Dle potřeby zadává další blok, který taktéž ihned zpracovává. Vykonané bloky lze volitelně uložit jako nový program. Režim MDA se využívá při provádění jednotlivých operací např. přesného polohování pro nastavení přípravků. MDA režim aktivujeme klávesou:
5.3.2.
Systémové oblasti
Pro snadnější orientaci je prostředí řídicího systému rozdělené do pěti systémových oblastí. Samotné prostředí řídicího systému nemá možnost ovládat stroj. Díky tomu se obsluha může v systémových oblastech volně pohybovat např. během automatického chodu stroje. Ikona aktuální systémové oblasti je zobrazena v levém rohu obrazovky.
Základní obrazovka Slouží ke kontrole zpracovávání výrobního programu a většině činností v manuálním a MDI provozním režimu stroje.
Oblast Základní obrazovka zobrazujeme klávesou:
49
Nástroje a posunutí počátku Obsahuje všechny potřebná data o upnutých nástrojích a hodnoty posunutí počátku. Systém si informace načítá data nástroje, vždy při výměně daného nástroje. Oblast Nástroje a posunutí počátku zobrazujeme klávesou: V tomto prostředí také přidáváme do systému nástroje, kterými chceme obrábět, ale na seznamu chybí. Vložení nástroje si demonstrujeme na příkladu: Vkládáme vnější hladící nůž s R0.4 Kurzorem vybereme prázdný řádek a ve svislém pruhu programových tlačítek zvolíme „Nový nástroj“. Ze čtyř podnabídek vybereme nástroj, dbáme přitom na správnou polohu břitu (Obrázek 19).
Obrázek 19: Nabídka při vkládání nového nástroje (autor).
Nástroji dáme jméno tak, aby nemohla vzniknout záměna. Seřizujeme-li na stroji, nástroji hned po zapsání do systému, zaměříme délkovou korekci. V Sinutrain tuto činnost provádět nemusíme a do řádku doplňujeme informace z krabičky nástroje, tj. rádiusovou korekci špičky, vztažný směr pro úhel držáku, úhel držáku, úhel a délku destičky, smysl otáčení vřetene a aktivujeme chlazení chladicí kapalinou (Obrázek 20).
50
Obrázek 20: Nástroj vložený v tabulce nástrojů (autor).
Poznámka: Název nástrojů zbytečně neměníme, protože v programu vytvořeném v ShopTurn, vyvoláváme název, nikoliv číslo nástroje.
Manažer programů Umožnuje přístup ke všem uloženým programům. Programy jsou v jednotlivých datových úložištích přehledně větveny do adresářů. Manažer také umožnuje základní práci se soubory jako je zakládání nových, přejmenování, přesunutí, mazání atp. Oblast Manažer programů zobrazujeme klávesou: Správa programů je v systémové oblasti Manažer programů velice snadná. Pro založení nového adresáře zvolíme ve svislém pruhu programových tlačítek „Nový“. Otevře se nám okno, kde zadáme název adresáře (Obrázek 21).
Obrázek 21: Pojmenování vytvořeného adresáře (autor)
Převzetím „OK“ ve svislém pruhu programových tlačítek nám vyskočí na první pohled totožné okno. Nyní zakládáme nový program. Pojmenujeme program (například podle výkresové dokumentace) a na svislém pruhu programových tlačítek zvolíme dílenský
51
způsob vyhotovování programu „ShopTurn“ (Obrázek 22). Převzetím se nám automaticky otevře hlavička vytvořeného programu. Ze systémové oblasti „Manažer programů“ se automaticky přesouváme do „Program“, kde bez zbytečného zdržování začínáme programovat (6.3.1 Hlavička programu).
Obrázek 22: Pojmenování vytvořeného dílenského programu v ShopTurn (autor)
Program Nabízí prostředí, které je přehledně uzpůsobeno pro sestavování
a
upravování
programů.
výrobních
Vyhotovený program se graficky kontroluje prostředím „Simulace“ ve vodorovném pruhu programových tlačítek, posléze nahrává k automatickému chodu tlačítkem „Zvolit“ na vodorovném pruhu.
Oblast Program zobrazujeme klávesou:
Hlášení a alarmy Obsluha zde nalezneme aktuální chybové hlášení. Slouží také k přístupu do servisních parametrů systému.
Oblast Základní obrazovka zobrazujeme klávesou:
52
5.4.
Programování
Sinumerik nabízí k programování na stroji hned dvě různá řešení. A sice vyšší úroveň manuálního Program GUIDE pro náročné uživatele a dílenské ShopTurn (soustružení) a ShopMill (frézování) pro nenáročné uživatele. Obě nabízí grafickou podporu, zatímco v Program GUIDE se bez výborné znalosti G-kódu neobejdeme, ShopTurn a ShopMill vyniká intuitivností a uživatel si vystačí s výbornou znalostí technologie obrábění. Dílenské programování volíme obvykle u jednodušších součástí a vždy máme na paměti, že není neomezené. U složitých součástí zvážíme možnost vyhotovení např. v CAD/CAM. Stručně shrneme výhody a nevýhody dílenského programování:
Výhody
Prvek dílenského programování pomáhá snižovat riziko lidské chyby, protože kontroluje většinu matematických výpočtů v programu a uživateli v reálném čase vypisuje možné nesrovnalosti;
na rozdíl od abstraktních G-kódů obsahují grafickou zpětnou vazbu pro ověření programu;
umožňuje uživateli snadno a opakovaně provést změny;
vhodné pro dělníky, kteří mají praxi s konvenčním obráběním a chtějí sestavovat jednoduché pracovní plány bez nauky G-kódu;
Nevýhody
Uprostřed hlučné dílny není nejpohodlnější místo na sestavování pracovního plánu;
ovládací prvky jsou navrženy k naprogramování jednoduché součásti, to znamená, že mají omezenou funkčnost a nejsou schopny dekódovat výsledný program, pro použití na jiném než totožném stroji;
nelze ovlivňovat tzv. vedlejší časy, tj. způsoby drah obráběcích nástrojů mimo řez. Takové možnosti ovšem poskytuje Program GUIDE.
53
My se dále z možností programování v řídicím systému Sinumerik budeme z důvodu nižší obtížnosti, věnovat dílenskému programování ShopTurn. Umožňuje programování CNC stroje pomocí interaktivních tabulek s dynamickou grafickou podporou, kterou postupně sestavujeme celý pracovní plán. Po vytvoření programu (3.2.4 Systémové oblasti, Manažer programů), vyplníme hlavičku programu a následně sestavujeme pracovní plán: určíme libovolnou konturu vymezení materiálu, který chceme odebrat, použijme pevné cykly, například na vrtání, závity apod., jimiž dosáhneme vyrobení obrobku. Všechny kroky obrábění jsou v pracovním plánu zobrazeny kompaktním a přehledným stromem operací, který se nachází v levé části každého řádku. Na řádcích je vždy přehledně vypsaná daná operace, spolu s informacemi o použitém nástroji, řezných podmínkách, návaznosti na následující/předchozí řádek apod. Struktura programů vyhotovených v ShopTurn je shodná s klasickou, popsanou v kapitole „2.2.2 Struktura programu“: Hlavička programu, Programové bloky a Konec programu. Podrobněji jsou rozepsány v následujících samostatných podkapitolách.
5.4.1.
Hlavička programu
Obsahuje jak informace pro bezpečnou orientaci nástrojů v obráběcím prostoru stroje, tak informace pro následnou simulaci programu. Založením nového programu (Kapitola 3.2.4 Systémové oblasti, Manažer programů), se automaticky vyvolá prostředí Hlavička programu (Obrázek 23), kam zadáváme parametry programované součásti. Jsou to například rozměry surového obrobku nebo návratové roviny. Po vyplnění všech parametrů potvrdíme klávesou „Převzít“ ve svislém pruhu programových tlačítek.
54
Obrázek 23: Hlavička programu v ShopTurn (autor).
Pos. počát. – posunutí nulového bodu obrobku (G54);
Popsat – zapnutý grafický pohled simuluje skutečný obrobek;
Surový kus – druh polotovaru (Válec, Trubka, Kvádr, N-úhelník):
XA – velikost průměru polotovaru;
ZA – přídavek na zarovnání čela;
ZI – délka polotovaru;
ZB – délka pracovní prostoru;
Návrat – Jednoduchý, Rozšířen, Všechny – dle technologie obrábění:
XRA, ZRA – roviny návratu nástroje v ose X a Z;
Bod výměny nástroje – MCS/WCS souřadný systém obrobku/nástroje;
XT, ZT – souřadnice pro výměnu nástrojů;
S1 – max. mezi otáček vřetene vyplňujeme dle tech. parametrů stroje;
SC – návrat nástroje nad materiálem;
Směr obrábění – sousledné, nesousledné. 55
5.4.2. Programové bloky Převzetím vyplněné tabulky Hlavička programu, se otevírá prázdný pracovní plán, který doplňujeme pevnými cykly a všemi dalšími operacemi. K dispozici máme základní technologické operace v nabídce na vodorovném pruhu programových tlačítek (obrázek 23): Vrtání, Soustružení, Konturové soustružení, Frézování jako pevné cykly; Různé pro vyvolání podprogramu a transformaci rovin a Přímka kruh pro jednoduché programování lineárních a kruhových pohybů. Pevné cykly využíváme pro usnadnění sestavování pracovního plánu. Výrazně nám zkracují jak čas strávený sestavováním, tak délku programu. Pevné cykly mají předdefinované dráhy, které začínají a končí ve stejném bodu, tj. návratové rovině. Z bodu návratové roviny se nástroj po nejkratší dráze pohybuje rychlým posuvem na bezpečnou vzdálenost. Následně vykoná opracování obrobku pracovním posuvem. Poté se vrací od bodu bezpečná vzdálenost rychlým posuvem na návratovou rovinu. Jestliže následující blok má být proveden jiným nástrojem, aktuální nástroj pokračuje po nejkratší dráze do bodu výměny nástroje. Vysvětlit si každý pevný cyklus systému ShopTurn, není v silách žádné příručky, proto si ukážeme jen zlomek toho, co ShopTurn dovede. Uživatel ve velké míře těží z propracované grafické podpory, díky které, je užití všech pevných cyklů intuitivní. Zároveň nehrozí žádné nebezpečí, když uživatel „něco špatně zmáčkne“.
Obrázek 24: Vzhled a uspořádání systémové oblasti „Program“ (autor).
56
VRTÁNÍ První v nabídce jsou vrtací pevné cykly. Umožňují nám provádět činnost, oddělování materiálu řezným točivým pohybem pomocí nástrojů navrtávák, vrták, závitník, výhrubník a výstružník. Více programových bloků podílející se na jedné konkrétní vrtací operaci, jsou pro přehlednost, spojeny hranatou závorkou. Příklad postupu při středovém vrtání Chceme vyvrtat slepou díru Ø8 mm do hloubky 15 mm. Sestavování plánu bude následující: Tlačítkem “Vrtání” na vodorovném pruhu a klávesou "Navrtání střed. důlků” na svislém pruhu programových tlačítek zvolíme cyklus. U každého cyklu vždy volíme nástroj. V našem případě je to “NAVRTÁVÁK_12", vyplníme tabulku řezných podmínek a určíme plochu obrábění. Nástroj navrtá na čele obrobku důlek o průměru 8.2 mm, s časovou prodlevou na konci řezu DT 0,5 sek (Obrázek 25).
Obrázek 25: Pevný cyklus pro programování středícího důlku (autor).
U ikony v programovém stromě se objeví otevřená závorka. Zřetězený cyklus uzavřeme zadáním souřadnice, v našem případě středu Z0, X0 (Obrázek 26).
Obrázek 26: Zadání polohy pro navrtání středícího důlku (autor).
57
Nyní zvolíme pevný cyklus středové vrtání tlačítkem “Vrtání” na vodorovném pruhu a klávesou “Vrtání soustřed.” na svislém pruhu programových tlačítek. Nástroj zvolíme “VRTAK_8”. Vyplníme tabulku řezných podmínek. U hodnoty Z0 definujeme odkud z nástroje, bude systém odpočítávat hloubku. Na výběr je špička nebo stopka vrtáku. Funkce DF každý přísun D zmenší o 10 % s minimálním přísunem, zdvihem "V1" 2 mm. Stopka vrtáku dosáhne hloubky 15, tzn., že díra bude o špičku vrtáku hlubší (Obrázek 27).
Obrázek 27: Pevný cyklus pro programování středového vrtání (autor)
Provedeme kontrolu simulací obrábění (Obrázek 28) a porovnáme s výkresovou dokumentací (Obrázek 29).
Obrázek 28: Zobrazení kontrolní simulace (autor).
Obrázek 29: Výchozí náčrt pro příklad vrtání (autor).
58
SOUSTRUŽENÍ Pevné cykly „Soustružení“ umožňují provádět
opracování
rohů,
symetrické
a asymetrické zápichy, odlehčovací zápichy dle normy DIN 509 tvaru E a F a DIN 76 odlehčovací závitový zápich, soustružení závitu a upichování. Obrábění se prování nejprve hrubováním s přídavkem, posléze začištěním či obráběním bez přídavku.
SOUSTRUŽENÍ KONTURY Soustružíme-li jednoduché nebo složitější obrysy, používáme funkci „Soustružení kontury". Kontura se skládá z jednotlivých obrysových prvků, mezi nimi můžeme naprogramovat fasety, rádiusy, odlehčovací zápichy nebo tangenciální přechody. ShopTurn díky výkonnému konturovému počítači umožňuje zadávání jen minima kót, které bezprostředně potřebuje, a to velmi usnadňuje práci. Konturu využíváme při soustružení vnějšího a vnitřního tvaru a uživatelských zápichů. Při obrábění námi zadané kontury obvykle vycházíme z kontury surového obrobku a chceme odstranit materiál mezi surovým materiálem a zadanou konturou. Programování probíhá např. pro oddělování třísky následujícím způsobem:
Zadávání kontury surového obrobku (využíváme při obrábění např. odlitků),
zadávání kontury hotového obrobku,
oddělovaní třísky proti kontuře: o
Obrábění nahrubo – kontura se opracovává podélně, příčně nebo rovnoběžně s konturou s přídavkem. Výběr provádíme zvolením:
o
Odstranění zbytkového materiálu – systém Shopturn rozezná zbytkový materiál (přídavek po hrubování). Díky skutečnosti, že se jedná o jiný cyklus než hrubování, můžeme zvolit jiný nástroj a s ním spojené řezné podmínky. Nástroj přídavek odstraní, aniž by znovu obráběl celou konturu. Výběr provádíme zvolením:
o
Obrábění načisto – V případě přídavku ho opracuje stejný nástroj, který hrubuje. Výběr provádíme zvolením:
59
Zadávání kontury K vytvoření nové kontury se dostaneme tlačítky “Soustr. kont.” na vodorovném pruhu, “Kontura” a “Nová kontura” na svislém pruhu programových tlačítek (Obrázek 30). Konturu pojmenujeme a otevře se nám vstupní okno pro definování počátečního bodu kontury. Na svislém pruhu programových tlačítek jsou přímky a oblouky, kterými vytváříme konturové prvky. Každý zvolený prvek má svoji vstupní obrazovku parametrů, doplněnou grafickou podporou. Jednotlivé prvky kontury jsou přehledně seřazeny do konturového stromu napravo vedle stromu programu.
Obrázek 30: Konturový počítač, prostředí pro programování kontur (autor).
Při programování prvku kruhu a kruhového oblouku se může stát, že ze zadaných hodnot zvládne konturový počítač vyhotovit dvě a více řešení (Obrázek 31). Potom je na programátorovi, aby vybral řešení odpovídající výkresové dokumentaci. Volbu provádíme na svislém pruhu programových tlačítek, tlačítkem „Dialog. volba“ pro přepínání mezi řešeními a „Převzít dialog“ pro převzetí volby.
60
Obrázek 31: Možnost Dialogové volby v prostředí konturového počítače (autor).
Po vyhotovení kontury na technologický řetězec navazuje volba obrábění. Tlačítky “Oddělování třísky”, posléze případně “Oddělování zbytku materiálu” na vodorovném pruhu programových tlačítek dokončíme technologický řetězec odebírání materiálu a provedeme kontrolu simulací obrábění.
FRÉZOVÁNÍ Jestliže je stroj vybaven naháněným nástrojem a polohovacím vřetenem, je v systému ShopTurn možné programovat frézování jednoduchých geometrických tvarů na čelní nebo plášťové ploše obrobku. Při frézování máme k dispozici následující geometrické tvary: kapsy, čepy, drážky, frézování závitu, gravírování a frézování kontury.
RŮZNÉ Funkce umožňují programátorovi použít napsanou dráhu nástroje pro více obrábění a to využitím: vyvolání podprogramu, posunutí počátku, natáčení jednotlivých rovin a vřetena (osy C), změnu měřítka, nebo zrcadlení. Jedná se o profesionální funkce, které při základním programování pomocí pevných cyklů používáme jen minimálně.
61
PŘÍMKA KRUH Funkce použijeme v případě, kdy chceme provádět lineární nebo kruhové pohyby po dráze nebo obrábění, bez programování celé kontury. Používáme funkce „Přímka” pro lineární nebo „Kruh” pro kruhové pohyby. Při programování jednoduchých obráběcích operací postupujeme podle schématu: Definujeme nástroje a otáčky vřetena, volíme rovinu, ve které má opracování probíhat, programujeme dráhy. Poznámka – Při programování kruhu nebo přímky v polárních souřadnicích, musíme předtím definovat pól.
Pozor Jestliže nástrojem zajíždíme lineárním nebo kruhovým pohybem po dráze do návratové oblasti, která byla definována v hlavičce programu, musíme nástrojem také opět vyjíždět. Jinak může na základě pohybů následně naprogramovaného cyklu ShopTurn dojít ke kolizi!
5.4.3.
Simulace
Simulace slouží k průběžné kontrole po každém zadaném cyklu a k závěrečné kontrole po zhotovení programu. Jedná se o prostředí, v němž se graficky zobrazuje definovaný polotovar z hlavičky programu a probíhá demonstrace opracování dle pracovního plánu. Simulace provede všechny naprogramované pohyby nástroje. Programátor krok za krokem vizuálně kontroluje simulovanou dráhu nástroje, spolu s výsledným výrobkem. Prostředí simulace vždy vyvoláváme tlačítkem ve vodorovném pruhu programových kláves. Klávesou „Simulace“ v systémové oblasti Program a tlačítkem „Simult. Výkres.“ na základní obrazovce v automatickém provozním režimu.
62
Propracovaná simulace Sinumerik nabízí hned několik pohledů. Ty volíme pomocí programových kláves ve svislém pruhu. Hned k dispozici máme „Boční pohled“ (Obrázek 32) a „3D Pohled“ (Obrázek 33). Pod klávesou „Další pohledy“ jsou k dispozici čelní pohled a pohled v řezu „Poloviční pohled“ (Obrázek 34). Pohled v řezu využíváme při kontrole zejména vnitřního obrábění. Velmi praktická funkce je také „Zobrazit dráhu nástr.“ a „Vymazat dráhu nástr.“. Vykreslováním stopy nástroje můžeme
opticky
kontrolovat
celkovou
dráhu
nástroje
včetně
nájezdových
a odjezdových drah. Pozornému programátorovi neunikne, jestliže se dráha kříží například s upínacími čelistmi. Dialogový vodorovný řádek zobrazuje doplňkové informací jako je aktuální nástroj a jeho řezné podmínky, pozice a čas obrábění. Ovládání simulace v systému SinuTrain ovládáme svislými klávesami a pomocí myši. Držením levého tlačítka myši, lze obrobek posouvat v osách X, Z a držením pravého tlačítka, lze ve 3D zobrazení roviny naklápět. Rolovací kolečko funguje pro přiblížení a oddálení obrazu.
Obrázek 32: Boční pohled bez
Obrázek 33: 3D pohled se zobrazenými
zobrazení drah nástrojů (autor).
drahami nástrojů (autor).
Obrázek 34: Poloviční pohled se zobrazenými drahami nástrojů (autor).
63
5.4.4.
První program v systému ShopTurn
V této kapitole budou podrobně vysvětleny všechny kroky při programování našeho prvního společného programu se systémem ShopTurn:
Založení nového programu;
volání nástroje a zadání dráhy posuvu;
vytváření libovolných kontur pomocí konturového počítače a obrábění kontury;
upíchnutí součásti.
Obrázek 35: Hřídel (autor)
Při programování této jednoduché součásti „Hřídel“ se budeme řídit metodikou programování vysvětlenou v kapitole „1.3.1. Metodika programování“. Ta říká, že čím přesněji si předem naplánujeme strukturu a organizaci pracovního postupu, tím snadněji vlastní program vyhotovíme, a to bez zbytečných chyb. Z absolutně kótovaného náčrtu, je zřejmé, že bude vhodné použít pro nadefinování tvaru vlastní konturu. V programu bude jako první krok provedeno začistění čela obrobku, následuje definování kontury a opracování materiálu na definovanou konturu. Upíchnutí hotové součásti je poslední krok programování. Následuje finální kontrola simulací.
64
Založení nového programu Vypracovávání pracovního plánu začneme založením programu. V Manažeru programů, ve vytvořeném adresáři, na svislém pruhu programových tlačítek, zvolíme „Nový“ a tamtéž vybereme způsob programování. Pojmenujeme program a vyplníme hlavičku programu. Nulový bod jsme si určili na čele obrobku a přidali 1 mm na začištění čela. Tabulka 6: Založení nového programu Tlačítka a hodnoty N.…
Obrazovka
Vysvětlivky Zadáme název programu a zvolíme způsob programování.
Zadáváme údaje o obrobku a všeobecné informace k programu.
40 1 -100 -70 10 10 500 500 2500
Tlačítkem lze přepínat tvar sur. obrobku a hladinami návratu. Stisknutím potvrdíme zadané hodnoty.
Hlavička je uložena. Stisknutím
ji
můžeme upravovat.
65
Volání nástroje a zadání dráhy posuvu První krok je zarovnání čela materiálu. K tomuto kroku využijeme cyklus Soustružení – Oddělování třísky. V tabulce jako první vybereme nástroj, v našem případě stranový hrubovací nůž. Potvrdíme výběr a zadáme řezné podmínky a geometrické hodnoty z výkresové dokumentace. Nožem při opracování zajíždíme pod osu X o rádius výměnné břitové destičky. Dále zadáváme hodnoty odebírané třísky a přídavky. Nechali jsme přídavek jednu desetinu o ose Z.
Tabulka 7: Volání nástroje a zadání dráhy posuvu Nejprve vybereme nástroj
Začištění čela se bude provádět s posuvem 0.2 mm/ot. a s řeznou rychlostí 240 m/min.
0.2 240 40 1 -1.6 -1 2.5 0 0.1
pomocí tlačítka vybíráme obrábění, pozici obráběné hrany a příčné obrábění.
66
Vytváření libovolných kontur pomocí konturového počítače a obrábění kontury Pro usnadnění obrábění tvarových ploch je systém ShopTurn vybaven konturovým počítačem. Zadáme název, dále pak počáteční body a pomocí programových kláves definujeme tvar kontury. Jednotlivé entity tvoří konturový strom. Všechny kroky obrábění kontury jsou potom v pracovním plánu spojeny hranatou závorkou. Tabulka 8: Vytváření libovolných kontur pomocí konturového počítače a obrábění kontury Zadáme název kontury
K.…
Zvolíme počáteční bod kontury
0 0
10 0.5
Následuje entita na X10 s přechodem na následující prvek zkosením 0.5.
10
Vodorovná entita Z-10. Pohybujeme se od nulového bodu do mínusových hodnot.
67
Následuje entita na X20 s přechodem na následující prvek R3.
20 3
Hlavní výhoda využití funkce přechodu na následující prvek je, že jako programátor nemusíme nic počítat.
Vodorovná entita Z-40.
-40
40 2
Následuje kolmá entita X40 s přechodem na následující prvek zkosením 2.
63
Vodorovná entita na Z-63, tj. včetně upichovacího nože.
68
Konturu převezmeme do pracovního plánu
Hrubování kontury se bude provádět s posuvem 0.2 mm/ot. a s řeznou rychlostí 200 m/min.
0.2 200 2 0.2 0.2 0 40 0
pomocí tlačítka volíme obrábění mezi hrubováním, opracováním přídavku a obráběním bez přídavku, dále pak podélné obrábění a další.
Vzhled pracovního
postupu po převzetí oddělování třísky. Kontura a Oddělování třísky jsou spojeny hranatou závorkou. Vykreslením simulace zkontrolujeme správnost hodnot.
69
Opracování přídavku kontury se bude provádět s posuvem 0.1 mm/ot. a s řeznou rychlostí 150 m/min.
0.1 150
pomocí tlačítka zvolíme obrábění tj. opracování přídavku.
Upíchnutí součásti Upíchnutím součásti ji oddělíme od zbytku materiálu. Zadáme nástroj, řezné podmínky, geometrické údaje, sražení hrany. Hodnotou X1 definujeme průměr, kdy dojde ke snížení otáček. To zabrání odlítnutí a potlučení součásti. Tabulka 9: Upíchnutí součásti Upichování kusu se bude provádět s posuvem 0.075 mm/ot. a s řeznou rychlostí 100 m/min. Na průměru X30 dojde ke snížení posuvu na 0.05 mm/ot. a otáček na 600 ot/min.
0.075 100 2500 40 -60 0.5 5 0.05 1000 -0.8
Zajedeme pod osu X o rádius upichovacího plátku R0.4.
Vzhled hotového pracovního plánu obsahuje hlavičku programu, sražení čela, tvarovou konturu spolu s obráběním kontury, upíchnutí kusu a konec programu.
70
Finální verzi programu pro kontrolu vykreslíme v simulaci.
Program máme hotový a zkontrolovaný simulací. Nyní můžeme přistoupit ke zkopírování programu do stroje, seřízení stroje a produkci v automatickém režimu. Toto už bude součástí výuky odborného výcviku u stroje.
71
6. Závěr Cílem této bakalářské práce bylo vytvořit výukovou oporu pro žáky mechanik seřizovač. Výuková opora je určena pro žáky druhého a třetího ročníku. Je zde kapitola Charakteristika CNC strojů obsahující podkapitoly Schéma stroje, Souřadnicový systém stroje, Vztažné body, Korekce nástroje, Nulový bod obrobku a Technologické základy. Druhá kapitola se věnuje charakteristice programování CNC strojů a obsahuje podkapitoly Metodika programování, Struktura programu, Druhy programování, Test a simulace programu a Rozdělení programování CNC strojů. Třetí kapitola se věnuje obsluze a programování v systému Sinumerik. Kapitolu uzavírá komentovaný postup sestavování ukázkového programu. Pro dosažení tohoto cíle byla vytvořena výuková opora, kterou budou moci využívat učitelé odborného výcviku a žáci při výuce programování CNC strojů v odborném výcviku, doma při plnění domácích úkolů a domácí přípravě. Tato práce zvýší úroveň vzdělávaní žáků v odborném výcviku a umožní jim větší konkurenceschopnost na trhu práce. Tato výuková opora nalezne uplatnění v odborném výcviku i v příbuzných oborech, jako je například obráběč kovů. První dvě kapitoly, pak i v teoretickém vyučování. Teoretická část bakalářská práce obsahuje podkapitoly Charakteristika odborného výcviku a jeho cíle, Organizační formy, Vyučovací metody, Pedagogické principy, Učební pomůcky, Hodnocení žáků, Role učitele odborného výcviku a Pedagogické dokumenty.
72
Zdroje Použitá literatura ČADÍLEK, M. a A. LOVEČEK. Didaktika odborných předmětů. Brno: Masarykova univerzita, 2005. 177 s. ISBN 80-210-1081-9. ČADÍLEK, M. Didaktika praktického vyučovaní I. Brno: Masarykova univerzita, 2005. 125 s. ISBN neuvedeno. ČADÍLEK, M. a P. STEJSKALOVÁ. Didaktika praktického vyučování II. Brno: CERM, 2001. 68 s. ISBN neuvedeno JŮVA, V. sen. a jun. Úvod do pedagogiky. Brno: Paido, 1999. 112 s. ISBN 80-8593178-8. KALHOUS, Z. a O., OBST a kol. Školní didaktika. Praha: Portál, 2002. 448 s. ISBN 80-7178-253-X. KOLÁŘ, Z. a kol. Výkladový slovník z pedagogiky. Praha: Grada, 2012. 192 s. ISBN 978-80-247-3710-2. MAŇÁK, J a V., ŠVEC. Výukové metody. Brno: Paido, 2003. 219 s. 148. ISBN 807315-039-5. NOVÁKOVÁ, J. Aktivizující metody výuky. Praha: Univerzita Karlova v Praze, 2014. 60 s. ISBN 978-80-7290-649-9. OBERG E., F., D., JONES, H., L., HORTON and H., H., RYFFEL. Machinery's Handbook. 29th Edition. New York: Industrial Press, 2012. 2800 p. ISBN 978-0-83112900-2. PASCH, M., G., T., GARDNER, M., G., SPARKS-LANGEROVÁ, J., A., STARKOVÁ a D., C., MOODYOVÁ. Od vzdělávacího programu k vyučovací hodině. Praha: Portál, 1998. 424 s. ISBN 80-7178-127-4. PRŮCHA, J., E. WALTEROVÁ a J., MAREŠ. Pedagogický slovník. 4. upravené vydání. Praha: Portál, 2003. 324 s. ISBN: 80-7178-772-8. RYBÍN, P. a J., RAFAJ. Obsluha a programování CNC strojů. Praha: ČVUT, 1995. 59 s. ISBN 80-01-01391-X. RYS, S. Příprava učitele na vyučování. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1979. 118 s. ISBN neuvedeno. ŠTULPA, M. CNC programování obráběcích strojů. Praha: Grada Publishing, 2015, 244 s. ISBN 978-80-247-5269-3.
73
VALIŠOVÁ, A. a H., KASÍKOVÁ a kol. Pedagogika pro učitele. Praha: Grada Publishing, 2007. 404 s. ISBN 978-80-247-1734-0.
Internetové zdroje KELLER, P. Programování a řízení CNC strojů [online]. Liberec: Technická univerzita, 2005. 100 s. [cit. 2015-09-26]. Dostupné na WWW: http://www.kvs.tul.cz/download/cnc_cadcam/pnc_2.pdf KRÁTKÝ, L. Řídicí systém Sinumerik 828D BASIC T [online]. 26. 11. 2014 [cit. 201601-15]. Dostupný na WWW: http://www.bow.cz/pagedata/ckfinder/images/Sinumerik828D.jpg Rámcový vzdělávací program pro obor Mechanik seřizovač [online]. Praha: MŠMT, 2010. 50 s. [cit. 2016-06-12]. Dostupné na: http://zpd.nuov.cz/RVP_4_vlna/RVP_2345L51_Mechanik_serizovac.pdf SIEMENS: SINUMERIK 840D sl/828D Soustružení – Příručka pro obsluhu [online]. Nürnberg: Siemens AG, c2011. 779 s. [cit. 2016-01-19]. Dostupné na WWW: https://www.uloz.to/!P3eXyqBn/sinumerik-828d-soustruzeni-prirucka-pro-obsluhu-pdf Školní vzdělávací program oboru Mechanik seřizovač [online]. Brno: Střední škola strojírenská a elektrotechnická. 1. 9. 2012 [cit. 2016-06-15]. Dostupné na: http://www.sssebrno.cz/files/prehled-oboru/23-45-L-01_Mechanik_serizovac2.doc
74
Seznam obrázků Obrázek 1: Ovládací panel (autor) .................................................................................. 25 Obrázek 2: Blokové schéma CNC soustruhu (Štulpa, st. 10, 2015) ............................... 25 Obrázek 3: Definování kartézských souřadnic v pravoúhlé soustavě – lze použít pravou ruku (Štulpa, 2015, str. 14). .................................................................................... 26 Obrázek 4: Souřadná soustava s pravotočivými a rovnoběžnými osami (Štulpa, 2015, str. 14). .................................................................................................................... 26 Obrázek 5: Způsob sestavování nového bodu v Polárním souřadném systému (autor). 26 Obrázek 6: Souřadnicový systém soustruhu a důležité body (Štulpa, 2015, str. 19). ..... 27 Obrázek 7: Rádiusové a délkové korekční posunutí soustružnického nože (Štulpa, 2015, str. 19). .................................................................................................................... 28 Obrázek 8: Dráha soustružnického nože bez a s rádiusovou korekcí (Keller, 2005, str. 43). .......................................................................................................................... 28 Obrázek 9: Vzájemný vztah mezi řeznou rychlostí a otáčkami při konstantní řezné rychlosti (autor). ...................................................................................................... 30 Obrázek 10: Vzájemný vztah mezi průměrem a otáčkami při posuvové rychlosti (autor) ................................................................................................................................. 32 Obrázek 11: Vzájemný vztah mezi otáčkami a posuvovou rychlostí (autor) ................. 32 Obrázek 12: Absolutní kótování výkresu (autor)............................................................ 38 Obrázek 13: Inkrementální kótování výkresu (autor). .................................................... 39 Obrázek 14: Úvodní prostředí systému SinuTrain (autor) .............................................. 43 Obrázek 15: Vzhled ovládacího panelu Sinumerik Operate na stroji (Krátký, 2014). ... 43 Obrázek 16: Vzhled programovací stanice SinuTrain pro SINUMERIK Operate na PC (autor). ..................................................................................................................... 43 Obrázek 17: Uspořádání základní obrazovky programovací stanice SinuTrain (autor). 44 Obrázek 18: Uspořádání a význam kláves na panelu SinuTrain (autor). ....................... 45 Obrázek 19: Nabídka při vkládání nového nástroje (autor). ........................................... 50 Obrázek 20: Nástroj vložený v tabulce nástrojů (autor). ................................................ 51 Obrázek 21: Pojmenování vytvořeného adresáře (autor)................................................ 51 Obrázek 22: Pojmenování vytvořeného dílenského programu v ShopTurn (autor) ....... 52 Obrázek 23: Hlavička programu v ShopTurn (autor). .................................................... 55 Obrázek 24: Vzhled a uspořádání systémové oblasti „Program“ (autor). ...................... 56 Obrázek 25: Pevný cyklus pro programování středícího důlku (autor). ......................... 57 75
Obrázek 26: Zadání polohy pro navrtání středícího důlku (autor). ................................ 57 Obrázek 27: Pevný cyklus pro programování středového vrtání (autor) ........................ 58 Obrázek 28: Zobrazení kontrolní simulace (autor). ........................................................ 58 Obrázek 29: Výchozí náčrt pro příklad vrtání (autor). ................................................... 58 Obrázek 30: Konturový počítač, prostředí pro programování kontur (autor). ................ 60 Obrázek 31: Možnost Dialogové volby v prostředí konturového počítače (autor). ....... 61 Obrázek 32: Boční pohled bez zobrazení drah nástrojů (autor). .................................... 63 Obrázek 33: 3D pohled se zobrazenými drahami nástrojů (autor). ................................ 63 Obrázek 34: Poloviční pohled se zobrazenými drahami nástrojů (autor). ...................... 63 Obrázek 35: Hřídel (autor) .............................................................................................. 64
Seznam tabulek Tabulka 1: Vztažné body u CNC strojů .......................................................................... 27 Tabulka 2: Příklad výpočtu konstantních otáček n ......................................................... 31 Tabulka 3: Příklady výpočtů posuvové rychlosti vf ........................................................ 32 Tabulka 4: Význam nejpoužívanějších adres (Štulpa, str. 33, 2015).............................. 36 Tabulka 5: Nejpoužívanější funkce G a M spolu s jejich významem............................. 37 Tabulka 6: Založení nového programu ........................................................................... 65 Tabulka 7: Volání nástroje a zadání dráhy posuvu ......................................................... 66 Tabulka 8: Vytváření libovolných kontur pomocí konturového počítače a obrábění kontury .................................................................................................................... 67 Tabulka 9: Upíchnutí součásti ........................................................................................ 70
76
Seznam použitých zkratek BOZP – Bezpečnost a ochrana zdraví při práci; CAD (Computer Aided Design) – Označuje software pro konstruování na počítači; CAM (Computer Aided Manufacturing) – Označuje software pro řízení či automatizaci výroby; CNC (Computer Numerical Control) – Počítačem řízené stroje; HMI (Human Machine Interface) – Interakce mezi operátorem (člověkem) a strojem na bázi grafického rozhraní; PC (Personal computer) – Osobní počítač; PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) – Standard pro výrobu paměťových karet pro připojování periferií bez vypínání počítače; Ra – Střední aritmetická úchylka profilu; TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet protocol) – Protokol umožňuje vzájemné propojení dvou počítačů; USB (Universal Serial bus) – Moderní způsob připojení periferií k počítači;
77
Použitý software SINUMERIK Operate V4.7 Ed.2 - Basic
78
