MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra didaktických technologií
Příprava učitele pro rekvalifikační kurz Obsluha CNC strojů Diplomová práce
Brno 2012
Vedoucí práce:
Autor práce:
Ing. Zdeněk Píša, Ph.D
Bc. Radomíra Lorencová
-5-
Bibliografický záznam LORENCOVÁ, Radomíra. Příprava učitele pro výuku rekvalifikačního kurzu Obsluha CNC strojů: diplomová práce. Brno: Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra didaktických technologií, 2012. 104 l., 16 l. příl. Vedoucí diplomové práce Zdeněk Píša.
Anotace Diplomová práce „Příprava učitele pro výuku rekvalifikačního kurzu Obsluha CNC strojů“ je zaměřena na vytvoření nového vzdělávacího profilu a tvorbou výukového materiálu. V teoretické části je krátká zmínka o rekvalifikaci proběhlých kurzů vzdělávání. V části praktické přestavuji nově vytvořený vzdělávací profil, který je sestavou nové koncepce výuky teorie a praxe a její vzájemné koordinace při realizaci kurzu. Na tuto úvodní praktickou část navazuje výukový materiál Příprava učitele, který tvoří ucelený učební materiál. Závěr práce je ukončen souborem pracovních listů, které budou využity nejen při výuce, ale mohou sloužit jako pomůcka při obsluze strojů CNC.
Annotation The main goal of the theses "Preparation of Teacher for Retraining CNC Machine Operator" is to create new educational profile and teaching material. In the theoretical part of the theses, there is a brief mention of already completed requalification courses. The practical part introduces the newly created educational profile coordinating the conception of theoretical education with the practical education conception during the course realization. This practical introduction is followed by learning material of teacher preparation which represents the integrated teaching material. Conclusion of the theses includes the file of work sheets which can be used either during the lectures or as a CNC operator's guide.
Klíčová slova rekvalifikace, obsluha CNC, účastník, program, tolerance, systém, body, obrábění, bezpečnost, osa, koncepce, realizace, rozměr, lícování
Key words requalification, CNC operator, participant, program, tolerance, system, points, metal cutting, safety, axis, conception, realization, extent, fit
-6-
Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou diplomovou práci vypracovala samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovi univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o úpravách souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů.
V Brně 12. 04. 2012 .... .......................................................... Bc. Radomíra Lorencová
-7-
Poděkování Tímto chci poděkovat panu Ing. Zdenku Píšovi, Ph.D. za jeho pomoc, odborné rady a metodické vedení při vypracování této diplomové práce.
-5-
Obsah ÚVOD ............................................................................................................................... 6 1
REKVALIFIKACE ................................................................................................ 7
2
KVALIFIKACE OBSLUHY CNC ........................................................................ 9
3
ROZSAH STÁVAJÍCÍHO KURZU OBSLUHA CNC STROJŮ – SŠOT ZLÍN ......................................................................................................... 10
PRAKTICKÁ ČÁST..................................................................................................... 12 4
NOVÝ VZDĚLÁVACÍ PROFIL KURZU – OBSLUHA CNC STROJŮ ....... 14
5
PRŮBĚH KURZU A VÝUKOVÉ PRACOVIŠTĚ ............................................ 17
6
BEZPEČNOSTNÍ PŘEDPISY ............................................................................ 19
6.1
Bezpečnostní pokyny ...................................................................................................................... 19
6.2
Provozní předpis obsluhy stroje .................................................................................................... 20
6.3
Bezpečnostní štítky na stroji .......................................................................................................... 21
7
ZÁKLADY TECHNICKÉHO KRESLENÍ ....................................................... 23
7.1
Technická normalizace ................................................................................................................... 23
7.2 Technologické podklady a orientace ve výkrese .......................................................................... 24 7.2.1 Technický výkres................................................................................................................... 24 7.2.2 Grafický software .................................................................................................................. 25 7.2.3 Čtení výkresů ......................................................................................................................... 26 7.3 Struktura povrchu a geometrická tolerance ................................................................................ 27 7.3.1 Struktura povrchu ................................................................................................................ 27 7.3.2 Geometrická tolerance .......................................................................................................... 28 7.4
Tolerování rozměrů ........................................................................................................................ 30
7.5
Lícování ........................................................................................................................................... 34
7.6 Tolerování závitu ............................................................................................................................ 38 7.6.1 Uloţení závitu ........................................................................................................................ 39 7.6.2 Příklad – rozboru uloţení závitu.......................................................................................... 41 7.6.3 Lícování závitu ...................................................................................................................... 43
8
MĚŘÍCÍ TECHNIKA........................................................................................... 45
-5-
8.1
Měření.............................................................................................................................................. 45
8.2
Měřidla ............................................................................................................................................ 45
8.3
Souřadnicové měření CMM........................................................................................................... 48
9
TECHNICKÉ MATERIÁLY .............................................................................. 50
9.1
Rozdělení technických materiálů .................................................................................................. 50
9.2
Třídy a značení oceli ....................................................................................................................... 51
9.3
Materiály řezných nástrojů ........................................................................................................... 53
9.4
Řezné kapaliny ................................................................................................................................ 55
10
TŘÍSKOVÉ OBRÁBĚNÍ ..................................................................................... 57
10.1
Geometrie nástroje..................................................................................................................... 57
10.2
Tvorba třísky .............................................................................................................................. 60
10.3
Řezné podmínky ......................................................................................................................... 61
10.4
HCS vysokorychlostní obrábění ............................................................................................... 63
11
ROZDÍL KONVENČNÍ A CNC OBRÁBĚNÍ ................................................... 65
12
VÝVOJ CNC OBRÁBĚNÍ ................................................................................... 68
12.1
NC stroje (Numerical control) .................................................................................................. 68
12.2
CNC stroje (Computer Numerical Control) ............................................................................ 68
12.3
DNC (Distributed Numerice Control) ...................................................................................... 70
12.4
Znaky CNC stroje ...................................................................................................................... 70
12.5
CNC stroje .................................................................................................................................. 70
12.6
Vývojové stupně CNC stroje ..................................................................................................... 71
13
KONSTRUKCE OBRÁBĚCÍHO STROJE CNC ............................................. 73
13.1
Části stroje .................................................................................................................................. 73
13.2
Příslušenství stroje ..................................................................................................................... 76
13.3
Řídicí panel ................................................................................................................................. 77
14 14.1
SOUŘADNÉ SYSTÉMY ...................................................................................... 79 Vztaţné body .............................................................................................................................. 82
-6-
14.2
15
Korekce nástroje ........................................................................................................................ 83
REŢIMY CNC STROJE ...................................................................................... 84
15.1
Provozní reţimy stroje ............................................................................................................... 84
15.2
Reţimy práce řídicích systémů ................................................................................................. 85
16
PROGRAMOVATELNÉ FUNKCE ................................................................... 87
16.1
Struktura věty ............................................................................................................................ 87
16.2
Struktura programu .................................................................................................................. 88
16.3
Způsoby programování ............................................................................................................. 90
17 17.1
ŘÍDICÍ SYSTÉMY PROGRAMOVÁNÍ ............................................................ 93 Řídicí systémy pouţívané na CNC strojích .............................................................................. 94
ZÁVĚR ........................................................................................................................... 96 RESUMÉ........................................................................................................................ 98 SUMMARY ................................................................................................................... 98 LITERATURA A POUŢITÉ ZDROJE ...................................................................... 99 SEZNAM OBRÁZKŮ ................................................................................................ 101 SEZNAM TABULEK ................................................................................................. 103 SEZNAM PRACOVNÍCH LISTŮ ............................................................................ 104
-7-
Úvod Proč jsem si zvolila téma diplomové práce „Příprava učitele pro výuku rekvalifikačního kurzu Obsluha CNC strojů“? V minulých dvou letech jsem učila v hodinách teorii tohoto kurzu. Skladba témat byla nedostatečně uspořádaná, a jelikož v kurzu teorii učili dva učitelé, nebylo možné se vždy dohodnout na skladbě tak, aby navazovala na již probraná témata. Dostupnost materiálů k výuce byla hodně omezena jen na starší učebnice, témata výuky byla obsahem několika učebních materiálů a nebylo možné předat účastníkům kurzu sjednocený učební materiál. Při výběru tématu na diplomovou práci jsem právě v tomto problému viděla velkou moţnost uplatnění a vytvoření nové koncepce výuky kurzu, ale i nového výukového materiálu, který bude přínosem pro učitele, lektory a samotné účastníky kurzu. O rekvalifikační kurzy se ucházejí převážně lidé jiného profesního zaměření a je třeba sestavit skladbu výuky a témat kurzu tak, aby zahrnovala základy strojírenství. Nelze začít přímo obráběním na CNC, protože malíř, zedník, kuchař apod. bez základů problematiky strojírenství náplň kurzu nezvládne. Doba trvání kurzu je vymezena časovou délkou, která není tak dlouhá, a proto je třeba dobře zvolit obsah jednotlivých témat a zaměřit se na věci podstatné, které budou hlavním přínosem praktické části kurzu. Hlavní částí diplomové práce bude tvorba výukového materiálu, který bude vytvořen podle dosud získaných zkušeností ve výuce tohoto kurzu a zkušeností získaných při práci na CNC strojích. Při praktické výuce bude možné výukový materiál využít jako návod pro seznámení s touto technologií obrábění. Předpokládám, že práce bude vyuţita nejen v rámci tohoto rekvalifikačního kurzu, ale mnohá témata bude možné uplatnit při výuce odborných předmětů v oblasti strojírenství a rovněž i při kurzech jiného strojírenského zaměření jako například zámečník nebo obráběč kovů. Cílem mé diplomové práce je vytvoření nové koncepce rekvalifikačního kurzu Obsluha CNC strojů, včetně nového a uceleného výukového materiálu, který bude slouţit učitelům a lektorům k jejich přípravě na výuku.
-6-
1
Rekvalifikace
Vzdělávání dospělých vytváří identitu člověka a dává jeho životu zcela jiný význam. Uspokojuje své vlastní potřeby a potřeby společnosti do které patří. Školy a vzdělávací instituce se zapojují do různých vzdělávacích programů reagující na potřebu trhu práce. Ekonomická úspěšnost závisí na tom, jak se v populaci podaří vyhledat, rozvinout a využít nadání všech lidí bez ohledu na jejich původ. Vzdělávání je nezbytné i pro podporu soudržnosti společnosti, pro aktivní roli občana a osobní i profesní realizaci. Rekvalifikace je významnou součástí aktivní politiky zaměstnanosti. Význam rekvalifikace spočívá především ve snaze předcházet ztrátě zaměstnání a jednak vytváří uchazečům o zaměstnání lepší podmínky při jejich dalším uplatnění na trhu práce. Z hlediska zákona o zaměstnanosti se rekvalifikací rozumí udržení, obnova nebo získání nových kvalifikačních předpokladů uchazeče o zaměstnání pro výkon vhodného zaměstnání. Rekvalifikace vzdělávání je nejvýznamnější způsob vzdělávání uchazečů o zaměstnání registrovaných na úřadech práce, i když se ho mohou účastnit i osoby zaměstnané. Rekvalifikace významně přispívá ke zvyšování zaměstnanosti, protože asi 70 % absolventů nachází zaměstnání. Škola, na které působím již několik let spolupracuje s Úřadem práce ve Zlíně, Vsetíně a Kroměříži. V rámci daných projektů zabezpečuje rekvalifikační kurzy v oblasti strojírenství a stavebnictví. Rekvalifikační kurz obsluha CNC strojů patří mezi žádanou rekvalifikaci, a to jak uchazečů o zaměstnání, tak rovněž firmami, které projevují o absolventy kurzu zájem. Více než polovina absolventů najde v této profesi uplatnění. Střední škola obchodně technická ročně proškolí 15 až 25 absolventů v kurzu „Obsluha CNC strojů“. Rekvalifikačního kurzu se účastní lidé, kteří mají jiné profesní zaměření než je strojírenství. Absolvováním kurzu a jeho úspěšným ukončením získají certifikát jenž je opravňuje vykonávat tuto profesi. Rekvalifikační kurzy jsou realizovány na základě různých projektů, které jsou ve větší míře financovány evropským sociálním fondem.
-7-
Posledním realizovaným projektem Úřadu práce Zlín je Operační program Lidské zdroje a zaměstnanost 2007–2013 (OPLZZ). Operační program Lidské zdroje a zaměstnanost 2007–2013 (OPLZZ) OPLZZ tvoří základ pro realizaci podpory z Evropského sociálního fondu v oblasti rozvoje lidských zdrojů. Pro realizaci tohoto operačního programu je plně konzistentní se strategii zaměstnanosti EU. Projekt je zaměřen na snižování nezaměstnanosti prostřednictvím aktivní politiky na trhu práce, profesního vzdělávání, na začlenění sociálně vyloučených obyvatel zpět do společnosti, zvyšování kvality veřejné správy a mezinárodní spolupráci v uvedených oblastech. Projekty jsou spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. „Globálním cílem OP LZZ je Zvýšit zaměstnanost a zaměstnatelnost lidí v ČR na úroveň průměru 15 nejlepších zemí EU. Tento cíl zajišťuje realizaci Strategických cílů Národního strategického referenčního rámce 2007–2013 „Otevřená, flexibilní a soudržná společnost“ a „Konkurenceschopná česká ekonomika“ a je plně v souladu se třetí obecnou zásadou Politiky soudržnosti pro podporu růstu a zaměstnanosti (Strategické obecné zásady Společenství, 2007–2013) – Více a lepších pracovních míst a se Strategií hospodářského růstu ČR“. (http://www.esfcr.cz/file/4976/)
-8-
2 Kvalifikace obsluhy CNC Kvalifikace se odvíjí od tipu výroby, počtu kusů, náročnosti a opakovatelnosti součástí. Při vysoké sériovosti neboli opakovatelnosti výroby odebírá pracovník hotové kusy, provádí dozor nad pracovním strojem a je schopen zvládnout drobnou údržbu spojenou s výrobou. Mezi základní operace obsluhy řadíme výměnu opotřebovaného nástroje, průběžnou kontrolu zhotovujícího výrobku, přesnost obrábění. Při krátkém čase výroby, malých sériích je přítomnost obsluhy nutná, jestliže není zavedena automatizace výroby, a to jak výměna nástroje, nebo výměna obrobku za nový. Obsluha odebírá hotové obrobky a provádí jejich kontrolu obrábění jak do přesnosti měřených ploch, tak i do kvality opracování. Je nutné, aby obsluha uměla zacházet s potřebnými měřidly a včas odchylku měření upravila v korekcích nástroje. Rovněž musí rozpoznat opotřebovaný nástroj a vyměnit břitovou destičku v nástroji. Při relativně dlouhém čase obrábění stroje lze ovládat dva stroje současně, samozřejmě za podmínek vhodně zvoleného rozložení strojů a aby i sluchem bylo možné sledovat chod stroje. Při velké sériovosti, opakovatelnosti a automatizaci výroby obsluha vykonává dozor nad prací stroje, odebírá hotové výrobky ze zásobníků a připravuje nové palety k obrábění. Je schopna odstranit drobné poruchy strojů a nástrojů. Krátké výrobní časy vedou k neustálé přítomnosti a pozornosti obsluhy, dlouhé časy lze využít pro obsluhu více strojů. Po získání základních zkušeností a seznámení se s funkcí a programem stroje, je obsluha schopna zvládnout úpravu programů a programování nenáročných výrobků. Požadavky na kvalifikace jsou značně rozdílné, a při dnešním nedostatku kvalifikovaných pracovníků realizují úřady práce v rámci rekvalifikačních programů kurz „Obsluha CNC strojů“. Kurz navštěvují jak mladí lidé, kteří nenašli uplatnění ve svém vystudovaném oboru, tak lidé středního a staršího věku dlouhodobě vedení na úřadě práce. V kurzu jsem se již setkala s kuchaři, malíři, zedníky, gymnazisty, ale i s lidmi vysokoškolského vzdělání. Kurz je určen i pro strojní zámečníky, údržbáře, obráběče kovů, kteří si rozšíří své profesní zaměření o nové poznatky a technologie.
-9-
3 Rozsah stávajícího kurzu Obsluha CNC strojů - SŠOT Zlín Délka kurzu: 316 hodin Výuka teorie: 28 hodin Výuka na provozním pracovišti: 280 hodin Závěrečné přezkoušení: 8 hodin TEMATICKÝ PLÁN – TEORIE
28 hodin
Technické materiály
4
Technické kreslení
3
Technologie
7
Základní pojmy automatizace
7
Zařízení CNC
7 TEMATICKÝ PLÁN – PRAXE
280 hodin
Technologie výroby
40
Obsluha stroje
240 ZÁVĚREČNÉ HODNOCENÍ
8 hodin
Praxe
7
Teorie
1
(Interní dokumenty SŠOT Zlín)
Rekvalifikační kurzy obsluha CNC strojů jsou v rozsahu 316 hodin včetně závěrečného ukončení. Dosavadní kurz obsahuje čtyřicet pracovních dnů, z toho jsou čtyři dny teoretické výuky, třicet pět dnů praktické výuky a jeden den závěrečného hodnocení. Teoretická část je realizována v první fázi kurzu a probíhá v prostorách realizační školy a je vedena učitelem odborných předmětů zaměřeným na problematiku strojírenství. Praktická výuka následně navazuje na teorii a její realizace probíhá ve firmách, které mají s realizační školou uzavřenou smlouvu. V praktické výuce jsou rekvalifikanti pod dohledem zkušeného pracovníka a firma je zaučuje ve své koncepci a rozsahu obrábění CNC. Ne vždy jsou osnovy kurzu plněny tak, aby byly přínosem pro účastníka a ten po absolvování kurzu našel uplatnění v tomto oboru. Firmy využijí levné pracovní síly a po ukončení kurzu nemají vždy o absolventa zájem. Závěrečné hodnocení se skládá z části praktické, kde je třeba předvést získané zkušenosti, dovednosti, umět se orientovat v základech řídícího panelu, najet do
- 10 -
programu a upravit korekci opotřebení nástroje, znát bezpečnostní předpisy a dodržovat je při práci. Z teoretických znalostí je třeba prokázat vědomosti a znalosti technického výkresu a znát problematiku CNC. Zkušební komise se skládá ze třech členů, kterou tvoří zástupce pro praktické vyučování a dva učitelé odborných předmětů oboru strojírenství. Harmonogram teoretické výuky – Interní dokumenty SŠOT Zlín den 1
2
3
Téma hodiny Základy měření, měřidla, druhy a použití. Chyby při měření,
Čas hodiny
Počet hod.
přesnost, tolerance,
7.00–9.15
3
Čtení technických výkresů. Rotační a nerotační výkres.
9.30–11.00
2
Obráběcí stroje – rozdělení, vývojové stupně obrábění.
11.30–13.00
2
Vývojové stupně, přesnost obrábění.
7.00–9.15
3
Řízení CNC – vývojové stupně, druhy CNC.
9.30–11.00
2
Porovnání konvenční a CNC stroje, ukázka.
11.30–13.00
2
Rozdělení CNC strojů, definice.
Úvod do programování, funkce, význam a použití funkcí, struktura programu.
2 7.00–9.15
Režimy a kódy užívané při programování.
4
Zápis věty programu a význam části věty.
9.30–11.00
2
Tvorba jednoduchého programu – technologický postup.
11.30–13.00
3
Tvorba postupů.
7.00–8.30
2
Stavění souřadnic, režimy, kódy CNC. Odměřovací zařízení.
8.35–10.05
2
10.15–11.45
2
12.15–13.00
1
Technická a technologická příprava výroby.
Lícování vnějších a vnitřních rotačních ploch, lícovací soustava uložení. Soustava jednotné díry a jednotného hřídele. Tolerance, úchylky
- 11 -
PRAKTICKÁ ČÁST
Obrázek 1. Ilustrační fotografie
- 12 -
V praktické části se zabývám vytvořením nového a efektivnějšího vzdělávacího kurzu, a to nejen po stránce obsahové, ale i realizační. Hlavní část je věnována učebnímu textu, který je vytvořen dle výše uvedeného tematického plánu teoretické výuky. Očekávám, že učební text bude sloužit nejen učitelům a lektorům v kurzu Obsluha CNC, ale bude rovněž učebním materiálem pro účastníky kurzu Obsluha CNC strojů.
Hlavní cíl Cílem je vytvořit přehledný a srozumitelný výukový materiál pro učitele, lektory, ale i účastníky kurzu Obsluha CNC strojů. Mnohá témata bude možné využít při výuce jiného rekvalifikačního kurzu zaměřeného na strojírenství. Své uplatnění si najde i ve výuce odborných předmětů strojírenských oborů. Dílčí cíle: 1) Vytvořit nový plán rekvalifikačního kurzu – Obsluha CNC. 2) Provést změnu koncepce výuky. 3) Vytvořit pracovní listy pro práci na CNC stroji.
- 13 -
4 Nový vzdělávací profil kurzu – Obsluha CNC strojů Kurz: Obsluha CNC strojů. Cíl: Seznámení s obráběním na CNC strojích. Absolventi kurzu se seznámí s teoretickými znalostmi v oblasti Obsluha CNC strojů a získají praktické dovednosti z tohoto oboru. Budou schopni samostatně pracovat na CNC strojích. Uplatnění: Obsluha CNC strojů. Profil absolventa: Absolvent čte a orientuje se v technické dokumentaci, zná základy kótování, používá nástroje dle výrobního výkresu. Pracuje s měřidly, využívá nekonvenční způsoby a aplikace nových metod obrábění. Obsluhuje základní druhy konvenčních a CNC strojů a má přehled o vývoji automatizace v oblasti obrábění. Zná základní řídicí systémy CNC obrábění. Zná bezpečnost práce na obráběcích strojích. Dodržuje normy, orientuje se ve strojírenských tabulkách. Ukončení: Po úspěšném absolvování praktické a teoretické části, bude účastníkovi kurzu předán certifikát vzdělávacího programu, který vystaví realizátor kurzu, a to buď dotyčná škola, nebo úřad práce. Vstupní poţadavky uchazeče: Minimálně střední vzdělání s výučním listem. Počet účastníků: Od 1 účastníka po max. 8 v jednom běhu.
Rozsah vzdělávacího kurzu Rozsah kurzu
320 hodin
Teoretická část
32 hodin
Praktická část
280 hodin
Závěrečná zkouška
8 hodin
- 14 -
Vzdělávací plán Teoretická část
Celkem
1. Bezpečnost práce
2 hodiny
2. Orientace a čtení technických výkresů
2 hodiny
3. Obráběcí materiály, norma, značení
2 hodiny
4. Základy technologie obrábění - geometrie nástroje - činitelé ovlivňující obrábění - volba řezných podmínek - materiály nástrojů - obráběné plochy
4 hodin
32 hodin
5. Základy konstrukce CNC strojů - odlišnost od konvenčních strojů - konstrukční části CNC strojů - typy nástrojů a způsoby upínání - souřadnicový systém a struktura programu - základní funkce programování 16 hodin 6. Přesnost, měření, normy - normalizace - měřidla používaná u CNC strojů - tolerované rozměry - práce se ST tabulkami
6 hodin
Praktická část
Celkem
1. Seznámení s obráběcím stroje - základy bezpečnosti při obrábění - seznámení s manuálem stroje - seznámení s řídicím systémem stroje
12 hodin
2. Obsluha a údržba CNC stroje
8 hodin
3. Výměna a seřízení nástrojů a obrobků
12 hodin
4. Kontrola měření, přesnost
8 hodin
5. Základy obrábění na CNC strojích
224 hodin
6. Úprava programu – změna korekce
16 hodin
Závěrečná zkouška
Celkem
- 15 -
280 hodin
8 hodin
Zadání samostatné práce k obhajobě závěrečné zkoušky 1) Řezné podmínky pro obrábění, označení hlavních řezných úhlů. Základní osy obrábění na CNC strojích. 2) Nástrojové materiály – druhy, složení, vlastnosti a použití. 3) Rozbor lícovacích značek pro lícování vnějších a vnitřních válcových ploch. Mezní rozměry pro zhotovení závitu M12 – 6H/6g. 4) Základy programování – programovatelné funkce, praktický příklad jednoduchého programu.
Otázky závěrečného zkoušení 1) Základy měření, význam, požadavky, chyby při měření. 2) Měřidla používaná při CNC obrábění a jejich přesnost. 3) Orientace v technické dokumentaci a v technologických podkladech. 4) Lícování vnějších a vnitřních rotačních a nerotačních ploch, značení na výkrese. 5) Lícování závitů, značení na výkrese. Uveďte příklad. 6) Definice číslicově řízeného obráběcího stroje, význam a použití. 7) Vývojové stupně CNC stroje s porovnáním se strojem konvenčním. 8) Materiály řezných nástrojů, vlastnosti a použití (příklad). 9) Konstrukce CNC stroje. 10) Geometrie nástroje a řezné podmínky pro obrábění. 11) Provozní režimy CNC strojů. 12) Souřadnicový systém a vztažné body u CNC. 13) Struktura programu – uveďte příklad. 14) Stavba programu. 15) Řídicí systémy, způsoby programování. 16) Režimy a kódy užívané u CNC strojů. 17) Korekce, druhy význam použití. 18) Příklad programování. 19) Soubor nástrojů, popis, kódování geometrie, značení. 20) Technická a technologická příprava výroby, etapy a popis.
- 16 -
5 Průběh kurzu a výukové pracoviště Nová koncepce výuky bude v první části zaměřena na výuku teoretickou s návazností na praktickou část. Účastníci kurzu si budou moci teorii ověřit a porovnat s praxí. Výuka bude efektivnější s využitím získaných vědomostí a dovedností v dalším profesním uplatnění. Teoretická a rovněž i praktická výuka bude probíhat pod vedením kvalifikovaných odborníků, lektorů nebo učitelů se znalostí CNC obrábění. Druhá fáze výuky se zaměří na práci ve vybrané firmě, a pokud to bude možné, tak ve firmě, která má zájem účastníkovi po ukončení kurzu nabídnout zaměstnání. Práce ve firmě bude plněna v rámci písemně vypracovaného plánu, který bude součástí vzájemné dohody s firmou a realizátorem kurzu. Firma si v průběhu této doby ověří znalosti a schopnosti pracovníka a má možnost jej orientovat na svou koncepci výroby. Ve třetí fázi je kurz ukončen a následuje prověření praktických dovedností a teoretických znalostí. Po úspěšném vykonání obou částí zkoušky bude absolventům předán kvalifikační doklad (certifikát). Účastníci, kteří nebudou úspěšní, obdrží potvrzení o absolvování kurzu. Závěrečná zkouška se koná poslední den kurzu a je rozdělena na část praktickou v rozsahu 7 hodin a 1 hodina části teoretické. Zkouška je vykonána před zkušební komisí, která se skládá ze tří členů. Délka kurzu včetně ukončení je v rozsahu 40 dnů při 8hodinové pracovní době (8 týdnů). Délka vyučovací hodiny v teoretické výuce je 45 minut a praktická příprava v délce 60 minut. Dle zákoníku práce je nutno dodržovat stanovenou dobu odpočinku, která není započítána do pracovní doby.
- 17 -
Časový plán kurzu Fáze I.
Teorie
Praxe
Pracoviště
1 týden
2 hodiny denně
6 hodin denně
Učebna
Po–Pá
7.00–8.30
8.30–14.30
Praktická dílna
2 týden
2 hodiny denně
6 hodin denně
Učebna
Po–Pá
7.00–8.30
8.30–14.30
Praktická dílna
3 týden
1 hodina denně
7 hodin denně
Učebna
Po–Pá
7.00–7.45
7.45–14.45
Praktická dílna
Fáze II
Teorie
Praxe
Pracoviště
4 týden
8 hodin denně
Po–Pá
7.00–15.00
5 týden
8 hodin denně
Po–Pá
7.00–15.00
6 týden
8 hodin denně
Po–Pá
7.00–15.00
Práce ve firmě Učebna a praktická dílna
7 týden
7 hodin
1hodina
Po
7.00–12.15
12.15–13.15
Práce ve firmě Práce ve firmě
7 týden
8 hodin denně
Út–Pá
7.00–15.00
8 týden
8 hodin denně
Po–Čt
7.00–15.00
Práce ve firmě
Práce ve firmě
Fáze III
Teorie
Praxe
Pracoviště
8 týden
1 hodina
7 hodin
Učebna a praktická dílna
Pá
Závěrečné zkoušení
Ověření dovedností
Doporučuji vytvořit učebnu jako součást výukového provozního pracoviště. V jedné části vznikne prostor pro lavice a didaktické vybavení jako je data projektor, počítač a tabule. V části druhé bude menší CNC soustruh, který je určen pro první fázi kurzu k výuce a k základním poznatkům o ovládání stroje. Účastníci tak mají možnost vzápětí po teoretické výuce navázat na výuku praktickou. Je třeba vybavit pracoviště základním souborem nástrojů, měřidly, normami apod. Vybavit učebnu moderními didaktickými modely a názornými pomůckami, které vedou k lepšímu zapamatování probraných témat. Ve výuce tyto pomůcky plně využívat.
- 18 -
6 Bezpečnostní předpisy Cíl tématu: Seznámit a ověřit základy bezpečnosti práce na CNC obráběcích strojích. Obráběcí stroje mají vysoký výkon, ostré řezné hrany, pohybující se rotační součásti. Vysoké napětí a automatické funkce nezbytné k zajištění požadavků stroje. Při procesu obrábění se vyskytují odlétávající třísky, vysoká teplota jak zařízení, tak obráběné součásti, ostré hrany nástroje a obrobků. To jsou potencionální rizika při použití stroje. Lidé, kteří pracují a používají obráběcí stroje musí projít školením a musí mít nezbytné znalosti a dovednosti v oblasti strojírenství.
6.1 Bezpečnostní pokyny U stroje pracuje jen osoba řádně proškolena a seznámena s operačním manuálem stroje (programátor, údržbář, vedoucí, obsluha stroje). Nesmí se odstraňovat žádné bezpečnostní kryty, spojovací zařízení, tlačítka nouzového vypnutí, kabel uzemnění a další. Neodstraňovat žádná varovná zařízení jako je alarm a varovný indikátor. Je třeba pravidelně provádět bezpečnostní kontroly a údržbu dle manuálu stroje. Obsluha stroje musí znát funkce tlačítek stroje a správně je používat. Při práci na stroji neotvírat bezpečnostní dvířka. Při doběhu posuvu a rotujících částí neodstraňujeme třísky, nedotýkáme se dobíhajících částí a nijak se strojem nemanipulujeme. Při chlazení obrobku a nástroje se nepoužívají oleje s nižším bodem teploty vznícení. Než zapneme program automatického obrábění je třeba nejdříve spustit testovací chod (simulaci) zvoleného programu. Při vkládání nového kusu je zapotřebí se přesvědčit, zda je vzdálenost mezi nástrojem a obráběným kusem dostatečně velká. Špatnou znalostí ovládacího panelu může dojít k nežádoucímu vypnutí nebo zapnutí stroje (opření se částí těla o panel), spuštění nežádoucích funkcí (práce v rukavicích).
- 19 -
Pracoviště musí být řádně osvětleno, prostor zařízení čistý a uklizený, tím zajistíme bezpečný provoz stroje. Při manipulaci s elektrickým zařízením dodržovat předepsané bezpečnostní zásady v manuálu stroje.
6.2 Provozní předpis obsluhy stroje Pracovník pověřen obsluhou obráběcího stroje musí respektovat příkazy a předpisy vydané nadřízenou osobou, dodržovat provozní předpisy a provozní řád zaměstnavatele. Na stroji pracuje svědomitě, dle bezpečnostních předpisů vydaných výrobcem. Respektuje výstražná opatření a bezpečnostní tabule. Nevyřazuje z provozu bezpečnostní zařízení (koncové spínače, kryty dveří). Údržbu stroje provádí při vypnutém hlavním vypínači. Při výměně nástroje, kontrole obrobku a jiné manipulaci v prostoru obrábění je nutné zastavit vřeteno a s nástrojovou hlavou odjet do bezpečné vzdálenosti. Obrobky upínat čisté, nepoškozené a jen ty, které konstrukčním tvarem odpovídají dokonalému upnutí. Neodcházet od spuštěného stroje. Na pracovišti kolem stroje udržujeme pořádek a stroj udržujeme v provozní čistotě. Obsluha pracující na obráběcím stroji musí nosit nepoškozený přiléhavý oblek, není dovoleno pracovat v otevřené obuvi, nosit prstýnky, řetízky, hodinky apod. Poloha pojízdného krytu je kontrolována koncovým spínačem a při nedostatečném uzavření stroj nevykonává zadané povely. Pracovní cyklus je zastaven vždy, když dojde k otevření krytu stroje, které je ovládáno řídicím režimem systému. Koncový spínač se smí z provozu vyřadit jen pro seřízení stroje a po ukončení musí být opět uveden do provozu. Za havarijní situace, vyvolané jakoukoliv příčinou je třeba co nejrychleji uvést stroj do klidu pomocí tlačítka CENTRAL STOP. Obsluha stroje nesmí závadu sama odstranit, ale ihned ji nahlásit nadřízenému. Kontrolní otázky: 1) Kdo může na stroji pracovat? 2) Na které bezpečnostní předpisy musí dbát obsluha stroje? 3) Která bezpečnostní upozornění znáte?
- 20 -
6.3 Bezpečnostní štítky na stroji Tabulka 1: Štítek bezpečnosti
SAFETY PRECAUTIONS BEZPEČNOSTNÍ UPOZORNĚNÍ 1. Před instalací a obsluhou je nutno důkladně prostudovat návod k obsluze. 2. Pozorně přečíst všechny výstražné štítky. 3. Stroj je zkonstruován a vyroben pro dobře zaškolenou obsluhu, která má základní znalosti obrábění. 4. Nikdy neprovozujte stroj bez ochrany krytů, zámků a ostatních bezpečnostních zařízení. 5. Neměnit PMC parametry bez konzultace s výrobcem. 6. Stroj se spouští a pohybuje automaticky, nikdy se nedotýkejte otáčejících se nebo pohybujících se součástí. 7. Vždy odpojte přívod napájení před opravou nebo údržbou stroje. 8. Výstražné štítky nesmí být nikdy odstraněny nebo zakryty. NEDODRŽENÍ TĚCHTO ZÁSAD MŮŽE ZPŮSOBIT ZRANĚNÍ NEBO POŠKOZENÍ STROJE !!!
Tabulka 2: Štítek výstrahy 1
!!!
WARNING
!!!
!! VAROVÁNÍ !! 1. Rychlost vřetena nesmí nikdy překročit maximální povolené otáčky pro použitý upínač. Při nedodržení tohoto varování může dojít k vážnému zranění nebo poškození stroje. 2. Upínací sklíčidlo je nutno denně promazat, aby bylo vyvážené.
- 21 -
Tabulka 3: Štítek výstrahy 2
!!! WARNING !!! !! VAROVÁNÍ !! Nikdy neobrábějte při otevřených dveřích!
Tabulka 4: Štítek výstrahy 3
!!! WARNING !!!
!! VAROVÁNÍ !! Během obrábění nestrkejte ruce do stroje otvorem pro lopatky. Porušení varování může způsobit vážná zranění!
Tabulka 5: Štítek výstrahy 4
!!!
WARNING
!!!
!! VAROVÁNÍ !! 1. Před přestavbou koníku se ujistěte, že nedojde ke kolizi s nástrojovou hlavou. 2. Vrcholový úhel navrtání dílce musí být stejný jako vrcholový úhel podpěrného hrotu. 3. Ujistěte se, že hrot dosedl do středícího důlku. 4. Zkontrolujte přítlačnou sílu pinoly. 5. Maximální otáčky a přítlačná síla jsou dány výrobcem.
- 22 -
7 Základy technického kreslení Cíl tématu: Umět používat strojírenské tabulky, znát potřebné normy, tolerance a orientovat se v technických výkresech a technických dokumentech. Naučit se dohledat a určit mezní rozměry a vzájemný vztah uložení hřídele a díry, šroubu a matice.
7.1 Technická normalizace Přechodem kusové výroby na sériovou byla zavedena normalizace výrobků, výrobních technologií a výrobní techniky. Technickou normalizací rozumíme proces, jehož výsledkem je dosaženo takového stavu ve výrobě, aby se stejná opakující úloha řešila stejným způsobem. Na normalizaci navazuje lícování, které se zavedlo v 90. letech 19. století. Začalo se používat mezních rozměrů, které byly založeny nikoliv na požadavku dosažení přesného rozměru, nýbrž dovolené nepřesnosti. To nám zajistilo dokonalou vyměnitelnost součásti. Zvláštní případ typizace a vyměnitelnosti byla normalizace závitů zahájená Angličanem J. Whitworthem. Vzájemná vyměnitelnost dílů není zaručena samovolně, ale při stanovení určitých pravidel a předpisů, která jsou budována a tvořena oborem nazývaným normalizace. Výsledkem normalizace jsou normy, předpisy a pravidla definující určité standardy: – usnadňují sériovou a hromadnou výrobu, – urychlují vývoj a zrychlují práci konstruktéra, – zlevňují výrobu a tím snižují ceny výrobků, – umožňují vzájemnou vyměnitelnost normalizovaných dílů, – umožňují na mezinárodní úrovni budovat vzájemné vztahy v oblasti vývoje, výroby a kontroly. Pro prodej výrobků v zahraničí, ale i u nás je vyžadována certifikace kvality výrobku. K získání certifikace je třeba dodržet normalizační pravidla. Pravidla mají platnost státní (ČSN), celoevropskou (EN) a mezinárodní (ISO).
- 23 -
Státní normy ČSN – platí na celém území státu, podléhají normalizaci, metrologii a státní zkušebně. Statní normy mohou být rozpracovány na oborové normy a podnikové normy, ale nesmí být v rozporu s platnými normami ČSN. Celoevropské normy EN – mají platnost na území států EU a vydavatelem je Evropská komise pro normalizaci CEN. Mezinárodní normy ISO – mají celosvětovou platnost a vydavatelem je Mezinárodní organizace pro normalizaci ISO. Harmonizací jsou normy zpracovány a převzaty v podobě ČSN EN nebo ČSN ISO.
7.2 Technologické podklady a orientace ve výkrese 7.2.1
Technický výkres
Technický výkres informuje o tvaru, funkci a velikosti konstrukční součástky. Podle obsahu dělíme technické výkresy na nákresy, výkresy součástí, výkresy sestavení a výkresy celků. Nákres je kreslen od ruky a není vyhotoven v měřítku. Kreslí se pro jednoduché zakázky a drobné opravy. Nákresy vznikají při ústním řešení se zákazníkem nebo při výrobě nového kusu dle vzorku. Na jejich základě vzniká originál výkresu součásti, skupiny nebo celku. Výkres součásti, obsahuje všechny důležité údaje k výrobě nakreslené součásti: např. tvar polohy, materiál, toleranční rozměry, rozměr polotovaru, opracování, tepelné zpracování, název aj. Výkresy sestav a celků nám zobrazují jednotlivé součásti v konstrukční skupině nebo celku. Z těchto sestav jsou vytvářeny jednotlivé výkresy součástí. Výkres sestavení slouží při montáži skupin, podskupin a celků. Soubor výkresů musí obsahovat kusovník nebo rozpisku jednotlivých pozic celku. Rozloţené pohledy slouží pro lepší orientaci v montážních výkresech a sestavách skupin, k vyhledávání v katalogových listech a pro návody oprav. Kusovníky a rozpisky jsou nedílnou částí výkresů sestav. Obsahují všechny součástky a normované díly zobrazené konstrukční sestavy. Pozice jsou řazeny vzestupně nebo sestupně. Najdeme zde normy, čísla pozic, rozměry polotovaru, jakost polotovaru a jiné.
- 24 -
7.2.2
Grafický software
Pro zobrazování objektů používáme 2D a 3D zobrazení, které vychází z orientace souřadného systému X,Y a Z. 2D je plošné zobrazení, kdy náhled na těleso je v určitém směru s výsledkem promítnutí na danou rovinu. Prostorové zobrazení 3D je obtížnější, ale v poslední době více využívané. Prostorové modelování je spojeno s moderní výpočetní technikou pro zobrazení složitých tvarových součástí. Jednotlivé pohledy jsou automaticky generovány a nazýváme jej parametrické zobrazování.
Obrázek 2: Prostorové zobrazování
CAM (Computer Aires Manufaktur) – počítačová podpora výroby, slouží ke zpracování dat konstrukční databáze. CAD (Computer Aires Design) – počítačová podpora konstruování slouží k tvorbě geometrických výrobků a jejich snadné editace. Moderní tvorba výkresové dokumentace a možnost tvorby prostorových modelů. Program je plně samostatný pracuje v operačním programu Windows a příslušným grafickým softwarem. Bez použití CAD/CAM systémů si dnes už nedovedeme představit práci konstruktérů v průmyslové výrobě. Na kvalitu, rychlost a přesnost jsou kladeny velké a náročné požadavky.
- 25 -
7.2.3
Čtení výkresů
Kótování – kóta je číslo požadovaného rozměru, nebo polohy obrobku. Na výkrese se uvádějí v měřících jednotkách, a to v milimetrech bez uvedení mm. Veškeré informace o rozměrech předmětu musí být uvedeny na výkrese nebo v souvisejících dokumentech. Provedení a uspořádání kót odpovídá stanoveným pravidlům přehlednosti a jednoznačnosti celé soustavy. Kótovací čáry jsou rovnoběžné s kótovaným rozměrem a ukončují se hraniční šipkou.
Obrázek 3: Provedení kót
Příklady kótování
Obrázek 4: Řetězcové kótování
Obrázek 5: Kótování od společné základny
- 26 -
Obrázek 6: Smíšené kótování
7.3 Struktura povrchu a geometrická tolerance 7.3.1
Struktura povrchu
Při výrobě součástí je třeba dbát na vzniklé nerovnosti povrchu, které vznikají při obrábění řezným nástrojem, nebo zachování původního povrchu po zpracování polotovaru (nerovnosti forem, válcování, lití). Struktura povrchu je závislá na metodě výroby povrchu a proto ji volíme vždy optimálně s ohledem na její funkci. Na výrobním výkrese se předepisuje pomocí značek, které označují povrch obrobený i neobrobený. U neobrobeného povrchu neodebíráme žádný materiál a povrch ponecháme ve stavu původního zpracování. Plochy obrobené mají předepsanou drsnost obrobitelnosti.
Obrázek 7: Značka struktury povrchu a) povrch obrobený i neobrobený; b) obrobený povrch; c) neobrobený povrch
Hodnota struktury povrchu závisí na metodě obrábění a při jejím předepisování rozlišujeme plochy funkční a volné. Struktura povrchu se dělí dle velikosti rozteče nerovnosti. Drsnost povrchu je nejmenší dovolená nerovnost. Označujeme ji parametrem Ra.
- 27 -
Tabulka 6: Používané hodnoty drsnosti
Hodnoty úchylky profilu 0,012
0,025
0,05
0,1
1,6
3,2
6,3
12,5
25
50
100
200
0,2
Metoda výroby povrchu 0,4
0,8
Dokončovací metody Běžné obrábění
400
Povrch polotovarů
Obrázek 8: Poloha značky struktury povrchu na výkrese
7.3.2
Geometrická tolerance
Na správné funkci součásti se podílí rovněž i geometricky přesný tvar funkčních ploch, jako jsou válcové plochy, kruhovitost, kolmost, souměrnost a jiné. Geometrické tolerance definují přípustné odchylky skutečných tvarů a předepisují se tehdy, jsou-li pro funkci součásti podstatné. Všeobecné geometrické tolerance jsou dány tolerancemi ČSN ISO 2768 a jsou zapsány v popisovém poli. Předepsané stupně přesnosti: Nejpřesnější
H
Příklad:
Střední
K
ISO 2768 - mK
Nejméně přesný
L
Geometrická tolerance je definována tolerančním polem nebo tolerančním prostorem.
- 28 -
Obrázek 9: Rozdělení geometrických tolerancí
Kontrolní otázky: 1) Co nám určuje normalizace? 2) Vysvětlete, co představuje kóta na výkrese. 3) Jak se značí nerovnost povrchu?
- 29 -
7.4 Tolerování rozměrů Výkresem předepsané rozměry jsou ve skutečnosti teoretické. Při výrobě součásti vznikají nepřesnosti způsobené zvolenou technologií výroby, procesem výroby a lidským faktorem. Rozměr naměřený (skutečný rozměr) se od ideálního rozměru odlišuje v určitých mezích. Tolerování je předepisování mezí a přesností s jakou má být výrobek zhotoven. Tolerování klade zvýšené nároky na výrobu, a proto se tolerují pouze rozměry funkční. Rozměr, který není tolerován, musí být rovněž zhotoven v daných mezích. Znalost tolerancí je základem pro tvorbu technologické dokumentace a technologie výroby. Netolerované rozměry u nichž není předepsaná tolerance, se rozdělují dle normy ČSN 2768 -1 do čtyř tříd přesnosti.
+
f
0
m
c
v
-
Obrázek 10: Relativní velikost všeobecných tolerancí Tabulka 7: Délkové rozměry
Třída přesnosti
Mezní úchylky pro základní rozsah rozměrů v mm
označení
název
0,5 - 3
3-6
6 - 30
30 - 120
120 - 400
400 - 1000
f
jemná
+/- 0,05
+/- 0,05
+/- 0,1
+/- 0,15
+/- 0,2
+/- 0,3
m
střední
+/- 0,1
+/-0,1
+/- 0,2
+/- 0,3
+/- 0,5
+/- 0,8
c
hrubá
+/- 0,2
+/- 0,3
+/- 0,5
+/- 0,8
+/- 1,2
+/- 2
v
velmi hrubá
+/-0,5
+/- 1
+/- 1,5
+/- 2,5
+/- 4
Příklad: ISO
2768 - m
m – neobecná tolerance délkových a úhlových rozměrů
- 30 -
Označování tolerance na výkrese se skládá z čísla normy ISO, značky třídy přesnosti a nepřesnosti mezních rozměrů a dále ze značky třídy přesnosti geometrických rozměrů. Označení tolerance najdeme v popisovém poli výkresu. Tolerance se na výkrese zapisují pomocí: Mezních úchylek – číselné vyjádření hodnoty těsně za jmenovitým rozměrem (maximální dovolená nepřesnost). 0 23 -0,1
+0,10 23 - 0,05
23 0,1
Mezních rozměrů – definují maximální a minimální rozměr součásti a předepisují se vzestupně. Možnost omezení rozměru v jednom směru. 23,1 22,8
23,2 23,00
Tolerančních značek – zapisují se za jmenovitým rozměrem a toleranční značkou, ke které lze zapisovat toleranční pole mezních rozměrů. 34 f6
-0,025 34 f6 (-0,041)
33,975 34 f6 (33,959)
Toleranční pole: Poloha 28 tolerančních polí ve vztahu k nulové čáře se zapisuje písmeny latinské abecedy. Nepoužívají se písmena I, L, O, Q, W, i, l, o, q, w. Vnitřní rozměry (díra) – A, B,…G, H, K…..Z Vnější rozměry (hřídel) – a, b,….g, h, j, k …..z Toleranční značka určuje polohu tolerančního pole vůči nulové čáře jmenovitého rozměru. Polohu tolerančního pole doplňuje toleranční stupeň přesnosti IT
- 31 -
Tolerovaný rozměr příklad :
Ø 20 H7 20 – jmenovitý rozměr H7 – toleranční značka
H – toleranční pole
7 – toleranční stupeň
IT - toleranční stupně přesnosti: Jednotná soustava tolerancí nám udává 20 stupňů přesnosti IT. Na stupni přesnosti závisí velikost tolerance rozměru. Rostoucím stupněm přesnosti se zvětšuje tolerance.
Tabulka 8: Toleranční stupně přesnosti
01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Vysoce přesná výroba
Výroba v přesném
Výroba polotovaru
měřidel
všeobecném strojírenství
Odlitky, výkovky
Strojní součásti Poloha tolerančního pole hřídelů a děr: Poloha tolerančního pole vzhledem k nulové čáře je přesně určena základnou, která je blíže k nulové čáře. Výška tolerančního pole je závislá na tolerančním stupni IT a jmenovitému rozměru součásti.
Obrázek 11: Značení díry a hřídele na výkrese
Základní pojmy: Při grafickém znázornění se zakresluje pro jednoduchost jen toleranční pole ve vztahu k nulové čáře. Předepisované úchylky v jednotkách µ jsou nad nulovou čárou kladné,
- 32 -
pod nulovou čárou záporné. Toleranční pole může v zásadě zaujímat pět různých poloh ve vztahu k nulové čáře.
hřídel
+ hřídel
DÍRA DÍRA
0
DÍRA
hřídel
hřídel DÍRA
hřídel
DÍRA
_ Obrázek 12: Toleranční pole ve vztahu k nulové čáře
Tabulka 9: Přehled pojmů
Pojmy Horní mezní rozměr
Největší možný rozměr
DÍRA
hřídel
HMR
hmr
DMR
dmr
Dmax., dmax. Dolní mezní rozměr
Nejmenší možný rozměr Dmin., dmin.
Horní mezní úchylka
Hodnota v ST tabulkách
ES
es
Dolní mezní úchylka
Hodnota v ST tabulkách
EI
ei
Jmenovitý rozměr – Jr
Údaj daný na výkrese Rozdíl mezi horním mezním rozměrem a dolním
Tolerance – T
mezním rozměrem. Nebo rozdíl mezi mezními úchylkami Tolerance je vždy číslo kladné a udává se bez znaménka. Vyjadřuje velikost dovolené nepřesnosti vyrobené součásti.
Nulová čára Skutečný rozměr
V grafu představuje hodnotu jmenovitého rozměru Rozměr naměřený
- 33 -
7.5 Lícování Lícování je všeobecné označení pro přesnost obrobení navzájem spojovaných součástí a pro jejich vzájemný vztah daný vůlí nebo přesahem. Lícování nám udává, jak těsně nebo jak volně se k sobě hodí dva do sebe vložené obrobky. Význam lícování: Dnešní výroba a vyměnitelnost náhradních dílů vyžaduje přesnost a vzájemnou vyměnitelnost opotřebovaného dílu za nový, bez dodatečné úpravy tak, aby si funkčně vzájemně díly vyhovovaly. Hřídel zhotovený v továrně A musí rozměrově vyhovovat ložisku vyrobenému v továrně B při dosažení stanovené funkce montážní sestavy. Pro tento účel je vytvořena lícovací soustava ISO. Druhy lícování: Lícovací soustavy jsou jednotný hřídel a jednotná díra. Jejich volba závisí na tom, jak mají lícované části účelně společně působit a jak mají být hospodárně vyrobeny. V soustavě jednotné díry – pro všechna uložení téhož stupně lícování se zhotovuje díra stejných rozměrů a podle uložení se mění rozměr hřídele. Tato soustava je u nás nejvíce používána. V soustavě jednotné díry jsou všechny tolerance hřídelů vztaženy k poloze tolerančního pole díry H.
hřídel
+ hřídel
DÍRA
hřídel hřídel
0 hřídel
_ Obrázek 13: Polohy tolerančního pole hřídele v soustavě jednotné díry
- 34 -
V soustavě jednotného hřídele – pro všechna uložení téhož stupně lícování se zhotovuje hřídel stejných rozměrů a podle uložení se mění rozměr díry V soustavě jednotného hřídele jsou všechny tolerance děr vztaženy k poloze tolerančního pole hřídele h.
+ DÍRA DÍRA
0 hřídel
DÍRA DÍRA
_
DÍRA
Obrázek 14: Poloha tolerančního pole díry v soustavě jednotného hřídele
Díra a hřídel musí mít stejný jmenovitý rozměr, odlišují se polohou tolerančního pole k nulové čáře a tedy i skutečným rozměrem. Uložení: Uložení je vzájemný vztah skutečných rozměrů díry a hřídele. Podle polohy tolerančního pole, rozměru tolerance o stejném jmenovitém rozměru rozlišujeme tři základní druhy uložení. A – uloţení s vůlí –zaručuje určitou vůli mezi vzájemně uloženými součástmi. Umožňuje nám vzájemný pohyb součástí a hřídel je vždy menší než díra. Jedná se o točné uložení (H/g; H/f). V případě shodnosti dolního mezního rozměru díry s horním mezním rozměrem hřídele, jde stále o uložení s vůlí a nazýváme ho uložení smykové (H/h). B – uloţení přechodné – mezi vzájemně uloženými díly nastává vůle nebo přesah, a to podle toho, ke kterému meznímu rozměru se přiblíží skutečné rozměry vyrobených součástek (H/k; H/n). Toleranční pole hřídele a díry se částečně nebo zcela překrývají.
- 35 -
C – uloţení s přesahem – při dosažení přesahu vyrobených součástí je zajištěna jejich nehybnost při spojení (H/r). Hřídel je vždy větší než díra a spojení vzniká nalisováním za tepla nebo za studena.
Obrázek 15: Vzájemné uložení díry a hřídele A – uložení s vůlí, B – uložení přechodné, C – uložení s přesahem
Dle uložení určujeme minimální a maximální vůli, minimální a maximální přesah. Tabulka 10: Výpočet vůle a přesahu
vůle, přesah
uloţení
výpočet
minimální vůle
s vůle
rozdíl mezi DMR a hmr
s vůlí maximální vůle
přechodné
rozdíl mezi HMR a dmr
minimální přesah
s přesahem
rozdíl mezi dmr a HMR
s přesahem maximální přesah
přechodné
rozdíl mezi hmr a DMR
Obrázek 16: Základní pojmy rozboru uložení
- 36 -
Příklad – rozbor toleranční značky 20H7/ k6 Tabulka 11: Rozbor uložení 20H7/k6
20H7/k6 Jr
20 DÍRA – H7
Hřídel – k6
ES, es
+0,021
+0,015
EI, ei
0,000
+0,002
HMR, hmr
20,021
20,015
DMR, dmr
20,000
20,002
Tolerance
0,021
0,013
Hodnota mezní úchylky v tabulkách je v m, pro výpočet je třeba m převést na mm 0,5 m = 0,0005 mm 1 m = 0,001 mm 10 m = 0,01 mm 100 m = 0,100 mm 1,5 m = 0,0015 mm Vzájemný vztah 20H7/k6 Uložení
přechodné
Maximální (vůle, přesah)
max. vůle = 0,019 mm
Minimální (vůle, přesah)
max. přesah = 0,015 mm
+ DÍRA H7
hřídel k6
20,0
_ Obrázek 17: Grafické znázornění uložení 20H7/k6
- 37 -
7.6 Tolerování závitu Požadované funkce závitového spojení a zaručené vyměnitelnosti šroubů a matic se dosáhne tolerováním závitů. Tolerování metrického závitu – hybné uložení Tolerujeme
– střední průměr (shodný s maticí a šroubem) – malý průměr závitu matice – velký průměr závitu šroubu
D – d – velký průměr závitu matice a šroubu D2 – d2 – střední průměr závitu matice a šroubu D1 – d3 – malý průměr závitu matice a šroubu
Obrázek 18: Profil metrického závitu, matice a šroubu
Značení závitu na výkrese Závit se základní roztečí: M příklad značení – M8; M16; M36 Závit s jemnou roztečí: M x P (P – rozteč v mm) příklad značení – M8x1; M12 x 1 MATICE: Toleranční značka závitu matice se skládá: –
střední průměr závitu matice (5H),
–
malý průměr závitu matice (6H).
příklad: M24 – 5H 6H
- 38 -
Pro matice se předepisuje základní úchylka H nebo G V případě shodnosti toleranční značky středního (6H) a malého průměru (6H) se matice zapisuje se jednou značkou. příklad: M24 – 6H Šroub: Toleranční značka závitu šroubu se skládá: –
střední průměr závitu šroubu (6g)
–
velký průměr závitu matice (8g)
příklad: M24 – 6g V případě shodnosti toleranční značky středního a malého průměru šroubu zapisuje se jednou značkou. příklad: M24 – 6g Vzájemný vztah šroubu a matice je určen mezními úchylkami středního průměru závitu a polohou tolerančního pole šroubu a matice vzhledem k jmenovitému profilu závitu. Za vzájemný vztah šroubu a matice považujeme:
7.6.1
–
závitovou vůli
–
závitový přesah
Uloţení závitu
Soustavu tolerance a vzájemného uložení určuje řada vůlí a přesahů mezi šroubem a maticí. Uložení předepisujeme v soustavě jednotné matice. 1) Hybné uložení – závitová vůle 2) Nehybné uložení – závitový přesah (před sešroubováním) 3) Přechodné – závitová vůle a závitový přesah Uložení se předepíše spojením tolerančních značek pro závit matice a šroubu. Označuje se zlomkem. příklad: M24 – 6H/6g; M20 – 5H/6g
- 39 -
Tolerování pro uložení s vůlí Mezní úchylky ISO metrického závitu a doporučené tolerance a stupně přesnosti pro uložení jsou uvedeny v tabulce 7. Tabulka 12: Uložení matice a šroubu
matice G
H 4H
6G
šrouby e
g
5H
6H, 5H 6H
6e
7H
6g 8g
použití h 4h
pro přesné závity
6h
všeobecné použití pro méně přesnou výrobu
Příklad uložení s vůlí: M24 – 6H/6g Tolerování pro uložení přechodné Toleranční pole jsou stanovena normou (ST tabulky). Přechodných uložení metrického závitu se používá u vnějších závitů zašroubovaných konců, závrtných šroubů a ve vnitřních závitech součástí konstrukčních prvků pro dotažení spoje. příklad: M16 – 3H6H/2m
Tolerování pro uložení s přesahem Toleranční pole stanovena normou (ST tabulky). příklad: M36 – 2H5D/2r
Obrázek 19: Toleranční značka na kótovací čáře
- 40 -
7.6.2
Příklad rozboru uloţení závitu M36 – 6H/6g
Rozbor matice Hodnotu hledáme pod průměr D36 mm; matice M36 – 6H střední a malý průměr. Tabulka 13: Rozbor matice – D2
Střední ø závitu matice 6H
33,402 mm
horní úchylka ( ES)
+300 μm = 0,300 mm 33,402 + 0,300
horní mezní rozměr ( HMR)
Střední průměr + ES
33,702 mm
dolní úchylka (EI)
0
0
dolní mezní rozměr ( DMR)
33,402 + 0,00 Střední průměr + EI
tolerance (T)
33,402 mm
0,300 mm
Toleranční pole H má dolní úchylku shodnou s nulovou čárou, v tomto případě s jmenovitým rozměrem středního průměru závitu Tabulka 14: Rozbor matice – D1
Malý ø závitu matice 6H
31,670 mm
horní úchylka ( ES)
+600 μm = 0,600 mm 31,670 + 0,600
horní mezní rozměr ( HMR)
malý průměr + ES
32,270 mm
dolní úchylka (EI)
0
0
dolní mezní rozměr ( DMR)
31,670 + 0,00 malý průměr + EI
tolerance (T)
31,670 mm
0,600 mm
Toleranční pole H má dolní úchylku shodnou s nulovou čárou, v tomto případě s jmenovitým rozměrem malého průměru závitu Z tabulky malého průměru závitu vyplývá, že zhotovená díra musí mít nejmenší rozměr ø 31,670 mm a největší ø 32,270 mm. Rozměry mimo tyto hranice nevedou k zhotovení závitu M36 – 6H. Pro zhotovení bude vhodné použít vrták průměru 32 mm.
- 41 -
Rozbor šroubu Hodnotu hledáme pod průměr D36 mm; šroub M36 – 6g střední a velký průměr. Tabulka 15: Rozbor šroubu – d2
Střední ø šroubu 6g
33,402 mm
horní úchylka (es)
-60 μm = 0,060 mm 33,402 - 0,060
horní mezní rozměr (hmr)
Střední průměr + es
33,342 mm
dolní úchylka (ei)
-284 μm = 0,284 mm
0
dolní mezní rozměr (dmr)
33,402 - 0,284 Střední průměr + ei
tolerance (t)
33,118 mm
0,224 mm
Tabulka 16: Rozbor šroubu – d
velký ø šroubu 6g
36,000 mm
horní úchylka (es)
-60 μm = 0,060 mm 36,0 - 0,060
horní mezní rozměr (hmr)
velký průměr + es
35,940 mm
dolní úchylka (ei)
-535 μm = 0,535 mm
0
dolní mezní rozměr (dmr)
36,0 - 0,284 velký průměr + ei
tolerance (t)
35,465 mm
0,475 mm
Z tabulky velkého průměru závitu vyplývá, že zhotovený průměr dříku musí mít nejmenší rozměr ø 35,465 mm a největší ø 35,940 mm. Rozměry mimo tyto hranice nevedou k zhotovení závitu M36 – 6g.
- 42 -
7.6.3
Lícování závitu
Lícování je přesné obrobení styčných ploch boků závitů dvou spojovacích součástí, šroubu a matice. Vzájemný vztah jejich rozměrů a geometrických tvarů. Vyznačuje se vůlí nebo přesahem mezi závity. Pro určení uložení porovnáváme vztah středního průměru matice a středního průměru šroubu. Nulová čára má hodnotu středního průměru (JR). V soustavě jednotné matice se toleranční pole matice nachází od nulové čáry směrem k plusové hodnotě. Dolní mezní úchylka v soustavě jednotné matice je 0. Dolní mezní rozměr je shodný s rozměrem jmenovitým, tedy s nulovou čárou. Šroub se podle uložení může nacházet jak v hladině kladné, tak i v záporné. V případě uložení s vůlí se mezní úchylky nachází pod nulovou čarou. Uložení M36 – 6H/6g
+ MATICE 33,402
šroub
_ Obrázek 20: Grafické znázornění – D2/d2
Dle grafického schématu jde o uložení s vůlí V max je dáno rozdílem HMR matice a dmr šroubu V min je dáno rozdílem DMR matice a hmr šroubu V max = 33,702 – 33,118 = 0,584 mm V min = 33,402 – 33,342 = 0,060 mm
- 43 -
Kontrolní otázky: 1) Kterou lícovací soustavu používáme častěji. Charakterizujte ji. 2) Pomocí strojnických tabulek určete mezní rozměry – 132k7; 34H7; 16f8. 3) Popište složení toleranční značky lícovaného závitu M24 5H 6H/6g. 4) Proveďte rozbor tolerance závitu a jeho uložení M18 6H/6g. 5) Proveďte rozbor uložení díry a hřídele 32H8/s7, plus grafické vyjádření. Rozbor uložení závitu – cvičení
JR matice
šroub
ES, es HMR, hmr EI, ei DMR, dmr tolerance Vzájemný vztah ……. Uložení Maximální (vůle, přesah) Minimální (vůle, přesah) Rozbor uložení díry a hřídele – cvičení
Jr DÍRA – ……
hřídel – ……
ES, es EI, ei HMR, hmr DMR, dmr Tolerance Vzájemný vztah …… Uložení Maximální (vůle, přesah) Minimální (vůle, přesah)
- 44 -
8 Měřicí technika Cíl tématu: Význam měření, měřidla, rozdělení a jejich použití. Seznámit se s odměřovacím zařízením pro přesnou strojírenskou výrobu.
8.1 Měření Měřená veličina jako je délka, hloubka, průměr se na technických výkresech udává v mm a úhly značíme ve stupních a minutách. Naměřenou hodnotu čteme na stupnici příslušného měřidla, a to v analogovém nebo digitálním provedení. Jednotlivé díly stupnice mají hodnotu měřené veličiny a výsledek měření je dán naměřenou hodnotou v daném rozsahu a nepřekročení dané meze přesnosti. Rozsah měření je rozdíl mezi koncovou a počáteční hodnotou měření. Nespolehlivost měření se projeví náhodnou a nekorigovanou chybou, špatným měřícím přístrojem, kontrolující osobou a různými vlivy okolí. Ideální podmínky měření jsou dány referenční teplotou 20 °C, a to jak na měřidle, tak i na měřených dílech. Systematické chyby jsou způsobeny chybami stupnic a převodů měřidla, konstantní odchylkou od referenční teploty a opotřebením měřicího přístroje. Měřené díly mají za stejných podmínek měření stejnou naměřenou veličinu. Mezi náhodné chyby řadíme vůli v měřidle, otřep, nečistoty na měřeném dílu, tlak na působící měřidlo a nepřesné dotyky měřidla. Tyto nedostatky vedou k nespolehlivosti měření naměřených hodnot a jeho rozptylu. Systematické chyby měření se zjistí srovnávacím měřením. Náhodné chyby lze zjistit opakovaným měřením stejného obrobku za stejných podmínek měření.
8.2 Měřidla Měřidla dělíme na přesná a méně přesná měřidla a dále na porovnávací a pevná. Mezi méně přesná měřidla řadíme: ocelové pravítko – přesnost měření 0,3 až 0,5 mm ocelový úhelník – vizuální kontrola roviny a kolmost
- 45 -
ocelové šablony – vizuální kontrola obrobeného tvaru závitové tvarové měrky – vizuální kontrola stoupání a geometrického tvaru. Přesná měřidla dělíme na posuvná, mikrometrická a kontrolní. Posuvné měřidlo Posuvné měřidlo je nejpoužívanější měřítko ve strojírenství, určeno pro měření délek vnitřních a vnějších rozměrů a měření hloubek. U analogového posuvného měřidla vyplývá čtení nonia z rozdílu mezi dělením hlavní stupnice a dělením nonia. Diference nejčastěji používáme desetinové, dvacetinové, padesátinové. Dvacetinová diference noniové stupnice představuje, že vzdálenost 19 mm je rozdělena na 20 dílků. vzdálenost rysek nonia 19/20 = 0,95 mm vzdálenost rysek na hlavní stupnici 1 - 0,95 = 0,05 mm přesnost měření dvacetinohého posuvného měřítka je 0,05 mm Posuvné měřítko s digitálním ukazatelem nám na digitálním displeji zobrazuje nejen desetiny, ale i setiny naměřené hodnoty. U těchto měřidel odpadá chyba způsobená odečítáním. Výstupní data měřícího přístroje lze propojit s počítačem, který zpracuje a vyhodnotí naměřené hodnoty. Možnosti měření s digitálním měřítkem udává obrázek.
Obrázek 21: Možnosti měření s digitálním posuvným měřidlem
- 46 -
Mikrometrická měřidla Mikrometrické měřidlo je velmi přesné setinové měřidlo používáme ho na měření rozměru v setinách, při přesném obrábění na CNC strojích. Základní část mikrometru tvoří mikrometrický broušený šroub s přesnou roztečí závitu. Hodnota dělení stupnice na bubínku je 0,01 mm, jedno otočení bubínku na mikrometrickém šroubu dá hodnotu 0,5 mm. Hodnoty celých milimetrů a polovin milimetrů jsou vyznačeny na pevné milimetrové stupnici. Mikrometry dělíme: třmenový mikrometr – měření vnějších rozměrů, dutinový mikrometr, tříbodové dutinové měřidlo – měření vnějších válcových průměrů, mikrometrický hloubkoměr – měření hloubek.
Obrázek 22: Třmenový mikrometr a jeho části: 1– dotyky; 2 – třmen; 3 – matice se stupnicí; 4 – mikrometrický šroub; 5 – brzda; 6 – řehtačka.
Obrázek 23: Odečítání rozměru na mikrometru
- 47 -
Kontrolní měřidla Základní měrky (koncové měrky) – jsou vyrobeny z kalené oceli a jejich rovinné rovnoběžné plochy jsou velmi přesně opracovány. Používají se ke kontrole a nastavení měřících přístrojů, měřidel a kalibrů. Vyrábějí se v různě velkých sadách, které nám umožňují sestavení libovolného přesného rozměru v tisícinách mm. Koncové měrky jsou důležitým primárním etanolem rozměrové kontroly kvality při výrobě dílů. Vysoce chromová ocel s vysokým obsahem uhlíku splňuje nároky potřebné pro tyto měřidla. Novou technologií jsou měrky keramické, které jsou velmi tvrdé, odolné proti poškrábání a broušení. Odolnost proti otěru je 10krát větší než u měrek ocelových. Válečkové a třmenové mezní kalibry představují minimální a maximální rozměr měření. Mezní kalibry představují rozměr a tvar měřené součástky a skládají se z dobré a zmetkové strany. Zmetková strana je délkově kratší, rozměrově nad mezní rozměry, označena červenou barvou a nesmí projít měřenou součástí. válečkové kalibry – jsou určeny k měření průměrů děr a drážek třmenové kalibry – kontrola průměrů a tloušťky součástí závitové kalibry – kontrola závitů
8.3 Souřadnicové měření CMM Souřadnicové měřící stroje mají velké využití při výrobě malých a středních dávek výrobků. Používají se k měření komplikovaných tvarů obrobků, ale rovněž i pro běžné měření délek, kruhovitosti apod. Měřící stroj řízen CMM nám umožňuje opakované měření a naměřené hodnoty jsou ukládány do paměti stroje pro další zpracování a výpočty naměřených hodnot. Měřené délky jsou číselně indikovány s kroky měření 0,5 . Postup měření se naprogramuje dle daného obrobku a program nám zaručí přesnost opakovaně měřících výrobků. Jednotlivá měření jsou zaznamenána a mezi sebou vyhodnocena. Obrobek je vždy měřen při stejné teplotě, za stejného tlaku na měřidlo, ve stejných výchozích bodech. Výhodou CMM je rovněž měření libovolně zakřivených ploch, měření boků zubů tvarových fréz apod. Měřící rozsah měření je dán velikostí os X,Y a Z.
- 48 -
Sonda snímače CMM umožňuje automatické měření povrchu drsnosti, kterou lze měřit drsnost povrchu od 6,3 až do 0,5 Ra. Pětiosá hlava tohoto systému zajišťuje až trojnásobné zvýšení výkonnosti měření, zkracuje čas pro celkové měření a vyhodnocení měřeného výrobku. Měření na souřadnicových měřících strojích umožňuje výrobnímu odvětví zvýšit měřící výkon a dosáhnou podstatných úspor nákladů.
Obrázek 24: Tříosý souřadnicový měřící stroj
Kontrolní otázky: 1) Uveďte příklady a přesnost měření posuvného měřidla. 2) Jakých chyb se můžeme dopustit při měření? 3) Co je to senzorové měření?
- 49 -
9 Technické materiály Cíl tématu: Znát dělení technických materiálů, jejich význam a použití ve strojírenství. Umět rozpoznat značení železných kovů a jejich dělení. Řezné materiály na nástroje a jejich vlastnosti. Technické materiály posuzujeme podle fyzikálních, chemických, mechanických a technologických vlastností, které nám určují hustotu, tepelnou roztažnost, strukturu látek, látkovou přeměnu, pevnost tažnost a chování při přetváření.
9.1 Rozdělení technických materiálů
Technické materiály
Nekovové materiály
Kovy
Ţelezné kovy
Neţelezné kovy
ocel litina
lehké kovy těžké kovy
Přírodní látky organické anorganické
Plastické hmoty termoplasty reaktoplasty eleastomery
Pomocné materiály
Spojovací materiály
chladící a mazací paliva, plyny brusiva ostatní
slinovací vrstvené zesílené vlákna zesílené čáatečky
Obrázek 25: Diagram rozdělení železných kovů
Ţelezné kovy Čisté železo se v přírodě nevyskytuje, ale je chemicky vázané ve formě železné rudy, která se zpracovává ve vysoké peci a po jejím přetavení je přeměněno na surové železo. Surové železo podle obsahu uhlíku a dalších prvků dělíme na surové železo pro výrobu oceli a na surové železo slévárenské. Přeměna surového železa na ocel dochází ke snížení % uhlíku a tento proces nazýváme zkujňování. Slévárenské surové železo dále zpracováváme v kuplovnách, které slouží pro tavení litin.
- 50 -
Ocel obsahuje 0,05 až 2,14 % uhlíku a litina od 2,14 až 6,67 % uhlíku. Vyšší obsah uhlíku v oceli způsobuje větší tvrdost. Neţelezné kovy Neželezné kovy rozlišujeme podle hustoty: lehké kovy – hustota 5kg/dm3, např. titan, hliník; těžké kovy – hustota 5kg/dm3, např. měď, olovo, cín, zinek.
9.2 Třídy a značení oceli Ţelezné kovy
k tváření ocel
na odlitky litina
konstrukční
obvyklých jakostí
uhlíkové 4226….
nástrojová
ušlechtilá
tř. 10;,11
uhlíkové
slitinové
tř. 12
tř.13,14,15 16.17
uhlíkové
slitinové
tř.19
tř.19
Obrázek 26: Diagram rozdělení železných kovů
- 51 -
slitinové 4227…. 4228…. 4229….
Číselné značení oceli Podle ČSN normy rozdělujeme ocel do tříd. Tabulka 17: Rozdělení tříd oceli Třída oceli 10
Význam Konstrukční nelegovaná ocel s předepsanými mechanickými vlastnostmi Konstrukční nelegovaná ocel s předepsanými mechanickými vlastnostmi předepsaným
11
obsahem C, P,S
12
Ocel ušlechtilá uhlíková předepsaným obsahem C, Mn, Si, P, S
13
Ocel ušlechtilá slitinová, obsahuje nízko legované prvky Mn, Si, V
14
Ocel ušlechtilá slitinová , obsahuje nízkolegované prvky Cr, Al, Mn, Si
15
Ocel ušlechtilá slitinová s nízko legovanými prvky Mo, Cr, V, W …
16
Ocel ušlechtilá slitinová s nízko a středně legujícími prvky Ni, Cr, V … Ocel ušlechtilá slitinová , středně a vysoce legovaná s prvky Cr, Ti, Ni …
17
Je to ocel korozivzdorná, žáruvzdorná a žáropevná
19
Nástrojová ocel uhlíková, slitinová a rychlořezná s obsahem legujících prvků Mn, S, W
Základní číselné značení oceli je pětimístné. Někdy bývá za tečkou udána doplňková číslice. 1X XXX . XX První číslo 1 značí ocel k tváření, druhé číslo ve spojení s prvním číslem označuje třídu oceli. 1X XXX .XX Třetí, čtvrté a páté číslo udává informace pro třídu oceli. Příklady značení oceli a pouţití: 10 500 – ocel pro důlní kolejnice, obtížná svařitelnost 11 373 – ocel pro zhotovení konstrukcí, dobrá svařitelnost 12 050 – ocel na strojní díly, vhodná k zušlechťování a povrchovému kalení 13 270 – ocel s obsahem křemíku vhodná na pružiny a lamely spojek 14 220 – ocel na hřídelové čepy, pouzdra, vhodná k cementování 15 230 – na namáhané strojní součástky, vhodná zušlechťování 17 042 – chromová ocel, chirurgické nástroje, ložiska 19 733 – slitinová ocel, vhodná na strojní nástroje – vrtáky, frézy 19 830 – rychlořezná ocel na nástroje pro vysokorychlostní obrábění, kalitelná ve vakuu
- 52 -
9.3 Materiály řezných nástrojů Řezné materiály, aby vzdorovaly možnosti lomu následkem mechanických a tepelných šoků a omezilo se opotřebení, musí mít vysokou houževnatost, tvrdost, odolnost proti opotřebení. Břit nástroje je vystaven vysokému zatížení, které vzniká souvislými nebo nárazovými řeznými silami, vysokými teplotami, jejich výkyvy, tření a opotřebení. Řezné materiály musí těmto vlivům odolávat. Vlastnosti řezných materiálů: dobrá řezivost – tvrdost řezného materiálu musí převyšovat tvrdost obráběného materiálu a ostrý břit; odolnost proti opotřebení; odolnost proti popuštění a tvrdosti při vyšších teplotách; pevnost v ohybu a houţevnatost – břit nástroje je vystaven střídavému zatížení v ohybu, který vede ke křehkému lomu; odolnost proti změnám teploty – zamezení trhlin při výrazně měnících teplotách. Nástrojová ocel Nástrojové oceli dle složení rozdělujeme na nelegované a legované. Legující prvky určují její použitelnost při výrobě nástrojů. Nelegovanou nástrojovou ocel používáme pro výrobu ručních nástrojů a nářadí jako jsou sekáče, nůžky, sekery apod. Legované nástrojové oceli jsou vhodné na řezné nástroje, střižníky formy pro tlakové lití. Vysoce legovaná nástrojová ocel neboli rychlořezná ocel (HSS) je houževnatá, málo citlivá na kolísající teploty. Používají se pro vyšší pracovní teploty 600 °C a vyšší řeznou rychlost, jsou vhodné na řezné nástroje pro třískové obrábění. Řezná ocel je houževnatá vyrábí se z ní odvalovací frézy, závitníky, vrtáky a protahovací trny. Pro nástroje k opracování termoplastů a lehkých kovů bývají povlakovány vrstvou nitridu titanu. Povlakovaná vrstva je o síle 2 až 4 m (0,002 – 0,004 mm).
- 53 -
Slinuté karbidy Slinuté karbidy jsou složeny z metalicky tvrdých látek a pojiva. Jsou to především karbidy wolframu, titanu, tantalu a pojivo tvoří nízko tavitelný kobalt . Materiály mají vysokou odolnost proti opotřebení a dostatečnou tvrdost při teplotách až 1 000 °C. Tvrdost a houževnatost je ovlivněna % složením již zmíněných legujících prvků a zvýšené % kobaltu zvyšuje houževnatost. U CNC obráběcích strojů jsou kladeny vysoké požadavky na životnost řezného břitu nástroje. Výkon řezné části nástroje je ovlivněn odolností proti plastické deformaci, tvrdosti ostří, obráběným materiálem apod. Pomocí práškové metalurgie jsou dnes řezné břity vyráběny ve tvaru destiček normalizovaných tvarů a rozměrů. Břitové destičky jsou na nástroj pájeny nebo mechanicky upnuty. Pro lepší trvanlivost se povrch nástroje povlakuje. Povlakované slinuté karbidy se skládají ze základního materiálu s houževnatým jádrem, který se váže s vrstvou tvrdého materiálu (karbid titanu, nitrid titanu, aj,). Povlakováním zvyšujeme odolnost proti opotřebení. Slinuté karbidy se používají na břitové destičky pro vrtáky, lisovací nástroje, břity soustružnických nožů a fréz. Povlakované slinuté karbidy mají využití pro břitové destičky s vysokou odolností proti opotřebení a trvanlivostí řezného nástroje. Keramické materiály Řezná keramika je směs oxidu hlinitého a karbidu kovů. Keramika je tvrdší než slinuté karbidy. Nástroje s břitovými destičkami z řezné keramiky jsou vhodné pro velkosériovou výrobu, hromadnou výrobu a tam kde chceme dosáhnout efektivnosti při obrábění oproti slinutým karbidům. Výhodou keramiky je zachování tvrdosti ostří i při vysoké teplotě 1 200 °C. Keramiku používáme na obrábění materiálů, které nelze obrobit slinutým karbidem. Obráběcí stroje pro obrábění keramikou musí mít dostatečný výkon, rozsah otáček, vysokou tuhost a přesnost chodu vřetene. Obrobky nesmí mít sklon k chvění a musí umožnit tuhé upnutí. Při obrábění může dojít k jiskření až hoření třísek, což je způsobeno vysokými řeznými podmínkami, které je nutno eliminovat. Nástroj z řezné keramiky se chladí jen výjimečně, téměř vůbec, protože by mohlo dojít k prasknutí břitové destičky.
- 54 -
Řezná keramika: Čistá keramika – čistý oxid hlinitý s přísadou mineralizátorů. Neobsahuje kovové pojivo a používá se k obrábění litiny a oceli slitinové s vyšší pevností. Směsná keramika – oxid hlinitý a metalicky tvrdé látky (karbid titanu), vhodná k soustružení šedé litiny, frézování oceli a obrábění tvrzených ocelových materiálů. CARMETY – směs keramiky a kovů (Mo, Co), použití pro obrábění s vysokou řeznou rychlostí a s přerušeným řezem. V průběhu řezného procesu a vlivem fyzikálních a chemických jevů dochází k postupnému opotřebení řezné části nástroje. Trvanlivost nástroje je dána vhodným výběrem materiálu používaného pro obrábění. Provozní čas břitu nástroje je doba, po kterou je nástroj schopen plnit požadavky výroby od naostření do otupení. Vzhledem k rostoucím nárokům na obrábění je kladen stále větší důraz na kvalitu obráběcích nástrojů. Význam a výběr řezného materiálu stejně tak jako strojů, přípravků a prostředí, má za následek zvětšující se možnosti výběru nářadí a nástrojů od různých dodavatelů a výrobců. Vlastnosti nástrojů nelze posuzovat odděleně, nýbrž ve spojitosti se soustavou, ve které působí. STROJ NÁSTROJ OBROBEK
9.4 Řezné kapaliny Při obrábění řeznými nástroji vzniká mezi obrobkem a nástrojem tření a teplo. Malá část tepla odchází s třískou, ale zbývající teplo přechází do obrobku a na nástroj. Chlazením při obrábění snižujeme tření, odvádíme teplo a bráníme jeho zvyšování. Používané chladící kapaliny mají strukturu na bázi minerálních olejů a obsahují odpovídající aditiva dle účelu použití. Řezná kapalina má rovněž i mazací schopnosti a za její pomoci dosahujeme lepší jakosti povrchu obráběné plochy. Nejpoužívanější chladící kapalinou je emulgační olej a rozpuštěním ve vodě nám vznikne kapalina, které se říká emulze. Emulze je směs vody a oleje v poměru doporučeném výrobcem. Poměr je odvislý i od obráběného materiálu. Pro zlepšení vlastností kapaliny přidáváme do oleje přísady (aditiva), které zabraňují stárnutí
- 55 -
kapaliny, tvoření koroze na obrobku jsou odolné proti opotřebení aj. Přísady musí mít dobrou rozpustnost a chemickou stálost. Olej v emulzi má mazací účinek a rovněž i konzervační, voda účinek chladící. Chlazení a mazání prodlužuje trvanlivost břitu a zvyšuje řeznou rychlost. Emulze namíchána ve špatném poměru s větším množství vody má za následek korozi obrobku. K hlavním problémům strojírenské výroby z hlediska ekologie patří používání značného množství pomocných technologických kapalin pro obrábění, které zlepšují průběh nebo výsledky technologických procesů – obrábění, tváření, nekonvenční metody obrábění. Řezné kapaliny na bázi ropy; emulze, které obsahují celou řadu přísad další řezné a chladící kapaliny se musí regenerovat nebo likvidovat, což přináší ekologické i ekonomické problémy, to nás vede k rozvoji nových prostředků, ke zkracování časů a rozvoji nových technologií.
Obrázek 27: Diagram obrábění s mazáním a bez mazání
Kontrolní otázky: 1) Jak se značí ocel, vysvětlete číselné značení oceli. 2) Jak rozdělujeme technické materiály? 3) Co jsou to slinuté karbidy? 4) Jakou funkci plní řezná kapalina při obrábění?
- 56 -
10
Třískové obrábění
Cíl tématu: Pochopit podstatu třískového obrábění, naučit se rozpoznat význam základních ploch a znát hlavní úhly břitu nástroje. Umět vysvětlit a použít vzorec pro výpočet řezné rychlosti. Seznámit se HSC obráběním. „Pod pojmem obrábění rozumíme technologický proces, při kterém řezná síla vtlačuje nástroj ve tvaru klínu do povrchu polotovaru a odebírá z něj při vzájemném pohybu polotovaru a nástroje materiál v podobě třísky. Účelem je dosažení požadovaného tvaru, rozměru i drsnosti povrchu výrobku.“ (DRINSKÝ, D., a kol. 1998, s. 61). Vnikáním břitu nástroje do obráběného materiálu vznikají plochy na obrobku: obráběná plocha – je část obrobku, z které se obráběním odstraňuje přebytečný materiál, řezná plocha – tvoří přechod mezi obráběnou a obrobenou plochou, tvoří ji břit nástroje, obrobená plocha – je plocha, která vznikne obráběním obráběné plochy po odstranění nadbytečného materiálu. Způsob obrábění je určen druhem nástroje a pracovními pohyby při obrábění, které dělíme na hlavní řezný pohyb, posuv, přísuv a najíždění. Pracovní pohyby u obráběcích strojů CNC jsou stanoveny souřadnicovými osami X, Y a Z.
10.1 Geometrie nástroje Obráběcí nástroj se skládá z řezné části tělesa a upínací části. Řezná část je tvořena určitým počtem břitů a dělí se na jednobřité, dvoubřité, vícebřité a vícebřité nepravidelné. Do styku s obráběnou plochou přichází pouze řezná část nástroje, těleso nástroje se nesmí obrobku dotýkat. Geometrie nástroje je charakterizována celou řadou ploch, hran a úhlů. Základní plochy: břit – řezná část obráběcího nástroje,
- 57 -
hřbet – plocha nebo více ploch obráběcího nástroje, přikloněny k řezné nebo obráběné ploše, čelo – plocha nástroje, po které se odvádí tříska, řezná hrana (ostří) – průsečnice plochy čela a plochy hřbetu vyskytující se v přímém tvaru, zakřiveném a lomeném.
Obrázek 28: Označení ploch nástroje
Hlavní nástrojové řezné úhly: Úhel hřbetu (alfa) – snižuje tření mezi obrobkem a břitem nástroje, dle vlastností materiálu se úhel mění v rozsahu 5 až 12°, má vliv na drsnost obrobené plochy (velký úhel – drsná poloha). Úhel břitu (beta) – volí se dle materiálu, na měkké kovy se doporučuje úhel 40°–50°, na houževnatější materiál 55–75°, tvrdé a křehké materiály 75–85° (malý úhel břitu vniká snadno do materiálu, ale snadno se láme). Úhel čela (gama) – má vliv na tvorbu třísky a řeznou sílu, velikost úhlu je odvislá na materiálu obrobku a nástroje, ° úhlu má kladnou a zápornou hodnotu od +30 do -5°; kladným velkým úhlem dosáhneme dobrého odchodu třísky při malé řezné síle, kladným malým až záporným úhel velké odolnosti břitu. Má-li nástroj správně řezat, musí mít optimální řezné úhly. Závislosti mezi úhly v nástrojové souřadnicové soustavě je + + = 90°. Vedlejší řezné úhly: Úhel špičky (epsilon) – u vyměnitelných břitových destiček se pohybuje kolem 35–90°, čím větší je úhel špičky, tím menší je poškození nástroje.
- 58 -
Úhel nastavení (kappa) – tvoří hranice mezi hlavním a vedlejším ostřím. Úhel sklonu ostří (lambda) – je to úhel mezi hlavním ostří a kolmicí ke směru řezu.
Obrázek 29: Úhly nástroje
Obrázek 30: Úhel nastavení a úhel špičky nástroje
- 59 -
Velikost úhlu je závislá hlavně na: druhu obráběného materiálu, způsobu a druhu obrábění, materiálu nástroje, na konstrukci nástroje.
10.2 Tvorba třísky Tříska vzniká břitem nástroje, který při obrábění odděluje materiál od obrobku. Břit nástroje vniká do materiálu značnou silou a odřezávaný materiál je značně namáhán a deformován. Charakter řezání je závislý na obráběném materiálu, řezném nástroji, geometrii nástroje a nepochybně i na řezných podmínkách a prostředí. Vznik třísky a její oddělování rozdělujeme do třech fází. 1. fáze – počáteční dotyk nástroje s obráběným materiálem 2. fáze – smyk částic třísky 3. fáze – deformační proces, který vznikne vlivem napětí v rovině střihu. Napětí vyvolané v rovině střihu má vliv na vznik a tvar třísky. Elementární tříska (tvářená, vytrhávaná) – tvrdý materiál; velký průřez třísek; malá řezná rychlost; malý kladný a záporný úhel čela . Obráběná plocha je drsná. Plynulá tříska tvářená – měkký a houževnatý materiál; štíhlý průřez třísky, vysoká řezná rychlost; velký kladný úhel čela . Tvoří přímé pásy nebo je stáčena do šroubovic a spirál.
Obrázek 31: Druhy třísek
- 60 -
Tvorbu třísky lze ovlivnit změnou geometrií nástroje a řeznými podmínkami. Nebo urážečem třísek na břitu nástroje. U nástrojů s vyměnitelnými destičkami se utvářeč řeší pomocí žlábků a předlisovaných výstupků přímo na břitové destičce. Třením třísky a obráběním měkkých a houževnatých materiálů se na břitu nástroje tvoří nežádoucí nárůstek třísek, který způsobuje drsný povrch. Nárůstek se vyznačuje vysokou pevností a tvrdostí, která může být až 5x tvrdší než tvrdost třísky. Část nárůstku chrání břit před otěrem, ale zapříčiňuje vylamování ostří. Na kvalitu obrobené plochy má nárůstek jednoznačně negativní vliv. Jednotlivé části rozrušeného nárůstku ulpí na obrobené ploše a zhorší její drsnost. Nárůstek na břitu rozrušíme zvýšením řezné rychlosti a hloubkou řezu.
Obrázek 32: Nárůstek na břitu nože
10.3 Řezné podmínky Třískové obrábění a jeho proces je ovlivněn řeznou rychlostí, hloubkou řezu a posuvem. Pohyb nástroje nebo obrobku určený řeznou rychlostí nazýváme hlavním řezným pohybem. Řezný pohyb je vzájemný pohyb mezi obrobkem a nástrojem a je tvořen z hlavního a vedlejšího řezného pohybu. Řezné podmínky určíme výpočtem, pomocí strojních tabulek a tabulek výrobců nástrojů. Hlavní řezný pohyb koná nástroj, obrobek nebo současně nástroj a obrobek. Řezná rychlost je rychlost hlavního pohybu. Výsledný řezný pohyb je geometrický součin hlavního pohybu a posuvu.
- 61 -
Řeznou rychlost otáčivého pohybu určujeme podle vztahu:
v = D n/1000
m.min-1
v = řezná rychlost (m.min-1) n = otáčky (min-1) D = průměr nástroje nebo obrobku (mm) Ze vzorce pro výpočet řezné rychlosti lze odvodit vzorec pro otáčky.
n = v.1000/ .D
min-1
Otáčky v programu CNC stroje značíme S. Zadáváme je v závislosti na velikosti průměru obrobku a zvolené řezné rychlosti. Určí se výpočtem v programu stroje. U přímočarého pohybu je řezná rychlost dána rychlostí pracovního stolu. Velikost řezné rychlosti se řídí materiálem obrobku, materiálem nástroje, velikostí posuvu, trvanlivostí břitu nástroje a požadovanou drsností opracování. Vedlejší pohyby: Posuv je část výsledného řezného pohybu a je dán pohybem nástroje nebo obrobku. Spolu s hlavním řezným pohybem umožňuje obrábění. Posuv může být podélný, příčný, složený nebo přerušovaný a plynulý. Velikost posuvu se vyjadřuje: délkou dráhy s v mm na jednu otáčku pracovního vřetena, délkou dráhy sz v mm na jeden zub více břitového nástroje, rychlost posuvu vf v mm. 1/min, je-li posuv nezávislý na hlavním pohybu. Posuv F u CNC zadáváme funkcí G94; G95; G96. Přísuv je pohyb, kterým nastavujeme nástroj na požadovanou hloubku řezu. Je to vzájemný pohyb mezi nástrojem a obrobkem, zpravidla je kolmý na obráběnou plochu. Hloubka řezu h je měřená vzdálenost mezi obráběnou a obrobenou plochou. Udává se v mm.
- 62 -
Řezné podmínky u CNC strojů se určují v podstatě stejným způsobem jako u strojů konvenčních. Vedle řezných podmínek má na obrábění vliv: geometrie břitu nástroje, stupeň otupení obráběcího nástroje, požadovaná drsnost povrchu, obrobitelnost materiálu povrchu, tuhost soustavy SPID (stroj, přípravek, nástroj, obrobek).
10.4 HCS vysokorychlostní obrábění Mezi základní HSC technologie patří obrábění vysokými rychlostmi, suché a tvrdé obrábění. Tyto technologie mají společný základ vyplývající z řezného procesu při zvyšování řezné rychlosti. Jednou z definic vysokorychlostního obrábění je, že řezná rychlost dosahuje 5 až 10x větších hodnot než při konvenčním obrábění pro určitou řeznou rychlost. Při HSC se teplota třísky blíží tavné teplotě obráběcího materiálu což je přibližně:
600 °C – hliník
1 000 °C – bronz
1 300 °C – šedá litina
1 500 °C – ocel
Při určité hodnotě řezné rychlosti, dojde ke změně chemických, metalurgických a mechanických vlastností třísky. Vlivem vysoké odchozí rychlosti nestačí tříska předat teplo nástroji ani obrobku a minimalizuje se přenos tepla do nástroje i obrobku. Přes celkově značný nárůst tepla se omezí opotřebení nástroje a důsledkem poklesu řezných sil, snížením tepelného toku do obrobku stoupne i přesnost obrábění. Vysoká teplota třísky je tady pozitivním faktorem i principiálním zdrojem efektů HSC. Výhody HSC obrábění
Zvyšujícími se otáčkami vřetena je možné vyšší rychlosti posuvu při stejné tloušťce třísky jako při konvenčním obrábění. Je dosaženo významného snížení strojního času.
- 63 -
Vzhledem k omezení času záběru řezného břitu je vytvářená tříska obvykle krátká, kompletně segmentovaná.
Redukovaný tepelný účinek, rychlost odchodu třísky nedovolí vedení tepla do nástroje obrobku.
Podle schopností tepelné vodivosti a použití tepelně rezistentních nástrojů může být obrábění suché nebo blízké suchému zahrnuto do HSC technologií.
Zlepšení kvality (drsnost) obrobené plochy, může vést ke zrušení následných dokončovacích operací jako je broušení apod.
Nevýhody HSC obrábění
Technologická data pro HSC nejsou dostatečně odzkoušena pro všechny druhy materiálů.
Na zajištění bezpečnosti obsluhující osoby je třeba vynaložit zvýšené náklady.
Nejpoužívanějšími aplikacemi v HSC je v současnosti hlavně frézování malými průměry fréz a soustružení. Jde zejména o obrábění prostorově složitých povrchů, jako jsou například formy, zápustky i jiné obrobky. Prováděné operace jsou jak dokončovací, tak i hrubovací, přičemž obojí mají své specifické řezné podmínky. Rozsahy parametrů HSC strojů jsou uváděny:
Otáčky vřetena pro frézování – 10 000 až 80 000 ot/min
Otáčky vřetena pro soustružení – 5000 až 15 000 ot/min
Max. výkon frézovacího a soustružnického vřetena – 15 až 60 kW
Rychlost pracovních posuvů – 10 až 40m/min, rychloposuvu – 90 až 120m/min
Kontrolní otázky: 1) Jaký vliv má nárůstek na obrábění? 2) Vysvětlete pojem řezná rychlost. 3) Vyjmenujte základní nástrojové úhly a jejich značení.
- 64 -
11 Rozdíl konvenční a CNC obrábění Cíl tématu: Rozpoznat základní rozdíly obráběcích strojů. Základní rozdíly CNC
Univerzální hrotový soustruh
Systém výměny nástrojů – zásobník
Nástroje upnuty v nožové hlavě pro
řízen programem, automatické najetí
maximálně 4 nástroje a jeden osový
nástroje, obsluha pouze vyměňuje
nástroj v pinole koníku. Na revolverové
břitovou destičku při otupení. Možnost
soustruhy upínáme více osových
upnutí 12 a více nástrojů dle typu stroje.
nástrojů.
Systém výměny obrobků u tyčového
Výměnu obrobků vykonává soustružník
materiálu pomocí podavače nebo
sám. Manuálním upnutí materiálu do
potahováku stroje. Manuální výměna jen
vřetene nebo polotovaru do příslušného
při opracování polotovarů.
upínače.
CNC stroj je napojen na hydraulický
Převodovka a další hybná příslušenství
systém a současně je mazání a chlazení
jsou mazány rozběhem stroje. Při
řízeno programem. Chlazení při obrábění
chlazení obrobku je chladící emulze
je nastaveno v programu. Chladící
regulována pracovníkem dochází
emulze nemá takovou ztrátu, protože
k rychlejší ztrátě kapaliny.
zůstává v uzavřeném prostoru stroje. Upínání polotovaru a materiálu je
Upínání obrobku je náročnější na
hydraulické, výhodou je nastavení tlaku
mechanickou sílu pracovníka, jak při
při upínání, a tím nedochází k deformaci
upnutí tak odepnutí, při silném upnutí
materiálu. Obsluha upne a odepne
může dojít k deformaci materiálu.
obrobek stiskem daného tlačítka na řídícím panelu. Odvod třísek je pomocí dopravníku
Třísky volně padají do vany a pracovník
třísek, který je ovládán programem
je musí z vany odstranit ručně. Mnohdy
stroje. Třísky padají na příslušný
musí i vícekrát za den. Záleží na
dopravník, který je odvede od stroje.
množství třísky při obrábění.
- 65 -
Obrázek 33: CNC soustruh
Obrázek 34: Univerzální hrotový soustruh
a)
b)
Obrázek 35: Upínání nástrojů a) nožová hlava a koník b) zásobník nástrojů
- 66 -
Rozdíl v pracovním postupu CNC
Konvenční soustruh
Postup práce při obrábění na CNC je
Pracovník, který bude obrábět obrobek na
vyhotoven před vlastním obráběním. Na
konvenčním stroji si musí nejprve zvolit
postupu a přípravě k obrábění se podílí:
pracovní postup, výkres dle kterého bude
postupář – určí operace a zvolí typ CNC, programátor – nastaví program, zálohuje jej.
obrábět čte i během obrábění. Geometrické úhly musí dopočítávat a seřizovat. manuálně nastavuje otáčky a posuv, jednotlivé kroky operace provádí
Obsluha – provede seřízení stroje
v daném sledu. Po provedeném úkonu,
a zahájí výrobu.
plánuje další úkon, dokud nedosáhne požadovaného výsledku.
Obrázek 36: Vývojový diagram užitečnosti soustruhu a soustružnických automatů
Kontrolní otázky: 1) Jaké výhody mají CNC stroje v porovnání se strojem konvenčním? 2) Uveďte rozdíly v technologii výroby na CNC stroji a konvenčním.
- 67 -
12 Vývoj CNC obrábění Cíl tématu: Objasnit historii, vznik a vývoj CNC strojů.
12.1 NC stroje (Numerical Control) První stroje byly vyvinuty na počátku padesátých let v Americe. Program je zaznamenán ve formě písmen a čísel na děrnou pásku, z které jsou snímány pomocí čtečky řídící údaje pro řízení stroje v jednom pracovním kroku. Každý takový krok představuje jednu větu neboli blok programu. Přečtené údaje jsou systémem uloženy a zpracovány buď na řízení pohybů, nebo k vyvolání technologických funkcí. Po vykonání jednoho kroku se přečte další věta a původní údaje se zapomenou. Program ukončí informace o konci programu. Při opakovaném obrábění součástek se musí vždy děrná páska snímačem přepnout zpět, nebo u nekonečné pásky nastavit na počátek programu. Nevýhodou je, že při změně nového programu je nutné vyděrovat novou děrnou pásku. Nelze úpravu provádět přímo na stroji. Děrování se neprovádí přímo na stroji, ale na externím programovacím pracovišti. Tento způsob je jedním z nejstarších způsobů záznamu. Později byly nahrazeny magnetickými médii jako je disketa, externí harddisky aj.
CNC řízení
Příkaz Zpětný signál
Obráběcí stroj
Obrázek 37: Jednoduché NC řízení
12.2 CNC stroje (Computer Numerical Control) Další vývoj NC strojů je počátkem 70. let, kdy NC stroje přechází ve vývojový stupeň CNC. Řídicí systémy těchto strojů jsou na rozdíl od NC strojů vybaveny volně programovatelným mikropočítačem, který provádí se zadanými daty výpočty a řídí
- 68 -
stroj. Zadávání programů je prostřednictvím tlačítkové klávesnice, a to přímo na řídicím panelu, nebo přes příslušný počítač napojený na systém stroje. Současné počítačem řízené číslicové CNC obráběcí stroje jsou natolik automatizované, že většina činností, které u konvenčního stroje vykonává obsluha, je řízena automaticky počítačovým programem. Obrábění na CNC strojích není jiným výrobním postupem, nýbrž pouze jiným druhem programování a programovacího řízení. Řídicí systém CNC je oproti systému NC pružnější a vlastní řízení probíhá v reálném čase. Počítač načte všechny vstupní informace řídicího systému a vloží program do vnitřní paměti. Číslicově řídicí systém je sestaven z bloků, které nazýváme vstupy, paměti, operační jednotky, řadiče a výstupy. Použití CNC obráběcích strojů má několik výhod:
automatizaci,
přesnost každého výrobku,
pružnost.
Základem CNC je řídicí systém, který zpracovává informace o pohybech nástrojů a obrobků, o jejich rychlosti. Spuštění či zastavení pomocných funkcí apod.
Displej pro dialog a úpravu programu
Informace o vytížení a stavu stroje
Paměť Řídicí systém
obráběcí stroj Příkaz Zpětný signál
volný výběr nástrojů monitorování prostoru
Výstupy – disk, paměťová karta
Kompenzace
sledování trvanlivosti břitu nástroje
Diagnostika
spínače omezení programu
Volitelný
korekce ustavení upínače makrofunkce
Obrázek 38: CNC řízení
- 69 -
Rozdíl mezi NC a dnešním CNC NC řízení vykonává povely zakódované na médiu, kde nelze program upravit oproti řídicímu programu CNC. Proto je řídicí systém CNC pružnější a umožňuje okamžité úpravy a zásahy v programu i v průběhu jeho používání.
12.3 DNC (Distributed Numerice Control) DNC je bezdrátová sít pro CNC stroje. DNC představuje provozní režim v podniku, kde jsou výrobní zařízení napojena na hlavní počítač, na kterém jsou archivovány a kompletně zpracovány jejich programy. Tyto programy jsou zasílány programátorem na příslušné obráběcí stroje provozního pracoviště. DNC a CNC jsou propojeny prostřednictvím digitálního signálu na frekvenci 1,8 GHz, který zaručuje velmi vysokou odolnost proti rušení.
12.4 Znaky CNC stroje Na základě vysoké pružnosti přechodu na jinou výrobu je užití CNC strojů hospodárnější a efektivnější. Při CNC obrábění dosáhneme lepšího opracování a jsme schopni docílit přesnějších rozměrů než při konvenčním obrábění. Příklad: Hřídel o průměru 20k6 (nebude se kalit) lze na CNC stroji zhotovit na hotovo, a to jak do přesnosti tolerance, tak i do drsnosti opracování Ra 0,8. Při obrábění na konvenčním stroji by postup výroby byl poněkud pracnější a po obrábění na soustruhu by následovalo broušení na kulato.
12.5 CNC stroje Trvalým dlouhodobým směrem rozvoje ve všech výrobních odvětvích je automatizace výrobního procesu. Automatizace přispívá ke zvyšování produktivity práce a současně ke snižování výrobních nákladů. Číslicově řízené obráběcí stroje jsou stroje, které opracovávají součásti některou z technologií obrábění a jejich činnosti jsou řízeny automaticky zadáváním povelů v číselné podobě z počítačového programu. Vlastní program je dán posloupností
- 70 -
oddělených skupin znaků, které se nazývají bloky nebo věty. Program musí být zaznamenán na takovém médiu, ze kterého lze snadno informace přečíst a zpracovat. Program je určen pro řízení silových prvků stroje a zaručuje, aby proběhla požadovaná výroba součástí. Stroje CNC se uplatňují ve všech oblastech strojírenské výroby.
12.6 Vývojové stupně CNC stroje I Vývojový stupeň NC Nejjednodušší koncepce založená na konstrukci konvenčních strojů. Vychází z konstrukce konvenčních strojů, ke kterým jsou přiřazeny číslicové řídicí systémy. Tyto stroje většinou umožňují řízení v pravoúhlých cyklech. Dnešním požadavkům nevyhovují po stránce přesnosti, spolehlivosti a technologických možností. II Vývojový stupeň NC Je už přizpůsoben požadavkům číslicově řízených strojů a vybaven servo systémem, který umožňuje řízení v obecných cyklech. V jednom pracovním cyklu je zpravidla možné použít více nástrojů. Stroje jsou opatřeny revolverovými hlavami nebo zásobníky nástrojů. III Vývojový stupeň NC Konstrukce je zaměřena především na použití ve výrobních soustavách a je přizpůsobena na řízení technologického i výrobního procesu počítače. Řízením technologického postupu se rozumí řízení funkcí NC strojů od vstupů výrobků a výrobních pomůcek, až po jejich výstup z výrobní soustavy. IV Vývojový stupeň NC Vyznačuje se realizací vědeckých poznatků. Jde o vývojové typy strojů, u nichž se vyznačují progresivnější metody jak v konstrukci, tak ve využití strojů (měření laserovým paprskem). Nasazení číslicově řízených strojů do výrobního procesu vyžaduje vzhledem k vysoké ceně a nárokům na obsluhu odlišný přístup než je tomu u stroje konvenčního. Nutno posuzovat technické možnosti strojů, obsluhovací zařízení, vybavenost nástrojů a vytvoření nových profesí. Vlivy prostředí jako je kvalita energetických zdrojů, teplota, prašnost, otřesy, vliv slunečního záření apod.
- 71 -
Rozdělení CNC strojů Jednoprofesní – stroje pro jednu operaci. Mohou na obrobku vykonat jeden druh operace při jednom upnutí (např. soustružení, frézování, vrtání). Řadíme mezi ně CNC soustruhy, CNC frézky, CNC vrtačky a vyvrtávačky. Víceprofesní – pro více druhů operace na obrobku při jednom upnutí. Nazývají se obráběcí centra. Dle tvaru obrábění je lze rozdělit: obráběcí centra pro výrobu rotačních obrobků hřídelových nebo přírubových obráběcí centra pro výrobu skříňových obrobků obráběcí centra umožňující výrobu rotačních i nerotačních součástí s určitým omezením operací. Výhody a přednosti CNC strojů Výroba je produktivnější a hospodárnější. Odpadá výroba skladování, zmenšení skladových prostor náhradních dílů. Údržba a obsluha rýsovacích, vrtacích a jiných přípravků. Výrobní program lze snadno měnit. Archivace výrobních programů, obrobků, jednotlivých náhradních dílů pomocí uložením do programu. Zvyšuje se kvalita výrobků. Odpadají chyby a nepřesnosti způsobené nepozorností a únavou pracovníka.
Kontrolní otázky: 1) Vysvětlete rozdíl mezi pojmy NC a CNC. 2) Vysvětlete význam číslicově řízených strojů. 3) Uveďte základní rozdělení číslicově řízených obráběcích strojů.
- 72 -
13 Konstrukce obráběcího stroje CNC Cíl tématu: Znát základní konstrukční prvky stroje, jejich význam a funkci. Seznámit se s řídícími a přídavnými částmi stroje CNC. Nosné konstrukce CNC stroje vyžadují zvýšenou tuhost a přesnost rámu stroje. Nové technologie nám nabízí několik možností výroby nosného rámu stroje. Konstrukce jsou převážně svařence plněné polymerbetony, kovovými pěnami apod. Příklad portálového obráběcího centra, kde jednotlivé sloupy jsou z konstrukční oceli opatřeny výztuhami a vyplněny za přesně stanovené technologie polymerbetonem. Charakteristickým znakem CNC stroje je přesnost a tuhost konstrukce. Vodící plochy musí být vyrobeny s vysokou přesností a životností. Stroj je vybaven automatickou výměnou nástroje a během pracovního cyklu zajišťuje jejich výměnu. Pro upínání obrobků je stroj vybaven upínacím zařízením různého typu a konstrukce, mnohdy to jsou speciální přípravky vyrobené na míru zákazníka. Stroje jsou opatřeny dopravníky třísek, které zajišťují bezproblémový a hospodárný odvod třísek z pracovního prostředí stroje.
13.1 Části stroje Loţe – požadavkem je vysoká tuhost, schopnost přenášet veškeré zatěžující síly a tlumit chvění. Součástí lože jsou vodící plochy, jejich kvalita a opracování má velký vliv na výslednou přesnost obrábění. U soustruhů je lože vedeno jako šikmé se suporty za osou nástroje a výhoda spočívá v jeho tuhosti. Lože bývá opatřeno kryty, které je chrání před nečistotami.
Obrázek 39: Lože CNC soustruhu
- 73 -
Vřeteník – je samostatný celek, který u CNC soustruhu je pevně spojen s ložem stroje a u obráběcích center upevněn na vedení sloupu stroje. Vřeteník obsahuje převodový mechanismus a vřeteno s upínacím zařízením ovládané hydraulicky s možností nastavení upínacího tlaku. Vřeteníky vyžadují nové řešení ložisek, jejich mazání a chlazení. Elektrovřetena dosahují až kolem 20 000 ot/min, tím se už dostáváme k technologii obrábění HSC. Tato vřetena jsou opatřena snímačem teploty a zatížení ložisek. Vřetenová ložiska jsou předepnuta pro dosažení vysoké přesnosti obrábění. Hlavní pohon vřetene zajišťuje plynulou změnu otáček při zatížení stroje při obrábění, vysoké zrychlení a zpomalení.
Obrázek 40: Vřeteník s vřetenem CNC soustruh
Pohony posuvů – servomotor a kuličkový šroub patří k nutnosti vybavení stroje. Servomotor přenáší přímo nebo přes ozubený řemen kroutící moment na šroubový převod tvořený kuličkovým šroubem a maticí. Šroubový převod převádí otáčivý pohyb na přímočarý. Kuličkový šroub dává stroji požadovanou přesnost na tisíciny milimetru. Zajišťuje rychlý a přesný pohyb bez vůle s minimálním třením. Nežádoucí vůle je odstraněna vzájemným předpětím šroubu a matice. Pro současné požadované rychlosti CNC strojů dodávají výrobci kuličkové šrouby s vysokým stoupáním nebo vícechodé.
Obrázek 41: Kuličkový šroub s maticí
- 74 -
Lineární pohony – nahrazují v mnohých případech kuličkové šrouby tam, kde je požadována vysoká rychlost posuvů. Nevýhodou je jejich zahřívání, a tím pádem vyžadují chlazení. Lineární vedení umožňuje přesný přímočarý pohyb pomocí valivých elementů (kuliček). Dosahují velmi nízkých hodnot koeficientu tření. Stále více obráběcích strojů je vybaveno lineárním vedením za účelem dosažení nejpřesnějšího pohybu stolů a komponentů obráběcího stroje. Kromě obráběcích strojů se s lineárním vedením můžeme setkat v automobilovém průmyslu, u měřících přístrojů, automatizované montážní linky apod.
Obrázek 42: Lineární vedení
Odměřovací zařízení – ovlivňuje výslednou přesnost CNC stroje. Dle umístění snímače na obráběcím stroji rozdělujeme odměřování na přímé a nepřímé. Přímé odměřování je umístěno na pohybujících se uzlech stroje (suport), vyznačuje se větší přesností, protože závisí jen na přesnosti snímání z měřítka. Používá se u obráběcích center a velmi přesných strojů jako jsou vrtačky nebo vyvrtávačky. Nepřímé odměřování kde snímač polohy je umístěn na posuvném kuličkovém šroubu. Dráha je odměřována nepřímo a závisí na pohybu kuličkového šroubu nebo jeho převodu. Tento způsob je velmi rozšířen pro jeho jednoduchost a nenáročnost. Pouţívané odměřovací dráhy: interferenční způsob vyhodnocení; interferenční způsob vyhodnocení laserovým paprskem; absolutní snímače; snímače na magnetickém principu.
- 75 -
13.2 Příslušenství stroje Systém automatické výměny nástrojů má za úkol během automatického cyklu stroje vyměnit, zajistit a nastavit potřebný nástroj do výchozí polohy dle zadaných parametrů. Systémy rozdělujeme: Systém s nosnými zásobníky, které přenášejí řezné síly - otočné nástrojové hlavy, vřetenové revolverové hlavy, výměna celé vícevřetenové hlavy s nástroji. Systém se skladovacími zásobníky, které nepřenášejí řezné síly – výměna jednotlivých nástrojů a celých vřeteníků s nástroji, nebo výměna celých vřetenových hlav s nástroji. Systémy kombinované. Dopravník třísek slouží k odstranění třísek z prostoru obrábění, zamezuje hromadění třísek a rovněž i teplotní dilatace stroje a obrobku. Dále provádí odvod třísek pomocí chladící kapaliny a to především z ploch šikmého lože. Transport třísek je zajištěn pásovým nebo šnekovým dopravníkem. Upínače polotovaru jsou převážně hydraulické a vyznačují se nízkými časy upnutí s nastavenou konstantní silou. Zamezují tím nedostatečnému upnutí obrobku a jeho uvolnění při obrábění. Systém automatické výměny obrobků Paletová výměna – na jedné paletě se obrábí a na druhé se provádí výměna obrobku. Podavač tyčového materiálu – napojen a naprogramován v souladu s vřetenem CNC stroje. Manipulátory (potahováky) – pro upínání tyčového materiálu ve vřetenu. Chlazení a mazaní nástrojů je zajištěno dostatečným přívodem chladící kapaliny do prostoru obrábění. Přivádí se přímo do řezu nástroje, nebo do řezu středem nástroje, kde lépe odplavuje třísky. Chlazení lze provádět mlhovinou chladící kapaliny a nebo silně ochlazeným vzduchem. HSC technologie nevyžadují chlazení.
- 76 -
Koník je rovněž součástí CNC soustruhu, bývá ovládán hydraulicky a těleso koníku se pohybuje po loži. Přísuv do osy obrábění a pohyb pinoly je programovatelný.
13.3 Řídicí panel
Obrázek 43: Příklad řídicího panelu
S ovládacím panelem můţeme realizovat následující funkce: Sestavení a přizpůsobení programů pro dílce Zpracování programů pro dílce Ruční řízení Načtení a výpis programů pro dílce a data Edice dat pro programy Znaky výstrah Edice dat stroje Vytvoření komunikačního systému Rozsahy ovládání: Stroj – zpracování programů ruční řízení Parametry – edice dat pro programy, hospodaření a nástroje Program – sestavení a přizpůsobení parametrů dle dílce Obsluha – načtení a výpis programů a dat Diagnostika – indikace výstrah, indikace servisní
- 77 -
Spojení – vytvoření komunikačního systému Všechny funkce jsou přístupné pomocí ovládacího panelu řízení Indikační jednotky – obrazovka, svítící diody Ovládací elementy – tlačítka, spínače, ruční kolečko Zapnutí stroje – několik sekund po zapnutí se objeví základní ovládání stroje „JOG“(MDA, Automatika) nebo základní ovládání stanovené výrobcem. Vypnutí stroje – dle pokynů výrobce.
Kontrolní otázky: 1) Vyjmenujte konstrukční prvky CNC stroje. 2) Jaký je rozdíl mezi přímým a nepřímým odměřováním dráhy? 3) Uveďte, co má vliv na přesnost CNC stroje.
- 78 -
14 Souřadné systémy Cíl tématu: Naučit se význam pravoúhlých souřadných os a umět je pojmenovat. Znát význam vztažných bodů. Pracovní pohyby nástroje v pracovním prostoru definujeme souřadným systémem stroje, obrobku a vztahem mezi nimi. Jednotlivé kroky systému jsou přesně naprogramovány. Pojezdové dráhy stroje CNC zadáváme formou čísel. Pro zjednodušení programování je nutné, aby označení souřadných os různých výrobců bylo stejné a to dle EIA nebo ISO. Základní souřadná soustava je pravoúhlá – pravidlo pravé ruky. Podle tohoto pravidla palec směřuje v kladné ose X, ukazovák v kladné ose Y a ohnutý prostředník v kladné ose Z. Pravoúhlá souřadná soustava je orientována tak, že souřadné osy jsou X,Y a Z jsou rovnoběžné s vodícími plochami stroje. A, B a C jsou rotační pohyby kolem osy X,Y a Z. Kladný směr otáčení je ve směru hodinových ručiček při pohledu na danou osu. U, V a W jsou osy rovnoběžné k X, Y a Z, jako například přísuv stolu a vřetene.
Obrázek 44: Pravoúhlá souřadná soustava
- 79 -
Tabulka 18: Osy
↓
↓
↓
OSY DRUHY Základní osy
X
Y Z
Rotační osy
A
B C
Doplňkové osy
I
J
Doplňkové osy
U P
V W Q R
URČENO PRO
K
Geometrie pohybu nástroje Pro přídavné rotační pohyby v osách jsou označeny A, B, C. U soustruhu, který používá přídavné rotační stroje – osa C Parametry interpolace Stoupání závitu v jednotlivých osách Přídavné polohy v osách
Obrázek 45: Souřadná soustava s rotačními a rovnoběžnými osami
Umístění pravoúhlého souřadného systému má svoje pravidla: Osa X je hlavní osa v rovině upínání obrobku. Její kladný smysl směřuje od obrobku k nástroji. Osa Z je rovnoběžná s osou pracovního vřetena. Kladný smysl probíhá od obrobku k nástroji (směr zvětšující se od obrobku). Osa Y její směr a smysl otáčení vychází z pravoúhlé souřadné soustavy, který je stanoven osou Z a X.
- 80 -
U jednovřetenového CNC soustruhu je třeba rozlišit polohu nástroje, je-li před nebo za osou soustružení. Při programování se pracuje se souřadným systémem obrobku a pro programátora se vždy nástroj pohybuje vůči obrobku.
Obrázek 46: Osy soustruhu se šikmým ložem
Obrázek 47: Osy vrtacího a frézovacího stroje se svislým vřetenem
- 81 -
14.1 Vztaţné body Po určení polohy nástroje a obrobku v souřadné soustavě stroje jsou k dispozici definované body na stroji. V závislosti na těchto bodech může být určena a kontrolována poloha nástroje aj. Nulový bod stroje (M) – je počátkem souřadného systému pracovního prostoru stroje. Bod nelze měnit, je určen výrobcem při konstrukci. Bod je absolutním počátkem souřadného systému. U soustruhu leží v ose soustružení a na čelní ploše pracovního vřetena, na které se upíná univerzální sklíčidlo. Nulový bod je místo, kde osa X protíná osu Z. Souřadnice nástroje v tomto bodě jsou X 0.0; Z 0.0; Hodnoty souřadnic se směrem k vřetenu snižují. Referenční bod (R) – je pevně stanoveno místo na stroji všech řízených os. Poloha referenčního bodu označuje systém odměřování dráhy. Řídicí systém má v paměti uloženou polohu referenčního bodu vzhledem k nulovému bodu stroje a po najetí na referenční bod zná absolutní polohu v souřadné soustavě stroje. Nulový bod obrobku (W) – jeho polohu volí programátor a lze ji měnit i během programu. Stanovení nulového bodu obrobku je ovlivněno kótováním na výkrese (zvolení základové roviny). Programátor si zvolí nejvýhodnější místo na obrobku a od něj dále počítá tvar součásti. Souřadnice zadané v programu jsou vztaženy k nulovému bodu obrobku, který se zpravidla volí v ose X do osy vřetene a v ose Z na čele obrobku. Jeden ze způsobů nastavení tohoto bodu je pomocí geometrické funkce G54 a G59, ale častěji se používá vnější nastavení nulového bodu. Nulový bod nosiče nástroje (T) – je bod na upínací ploše nosiče nástroje např. konec vřetena, čelní plocha nástrojové hlavy. V bodě T má nástroj nulové hodnoty. Skutečnou dráhu nosiče nástroje korigujeme podle rozměrů určujících polohu špičky nástroje P vzhledem k bodu T. Bod špičky (P) – je potřebný pro nastavení délkové a rádiusové korekce nástroje (poloměr zaoblení špičky nástroje). Vztaţný bod suportu, vřetene (F) – je bod výměny nástroje. U soustruhu na otočné hlavě a u frézky na čele vřetene v ose její rotace. K tomuto bodu se vztahuje délková korekce nástroje.
- 82 -
Bod nastavení nástroje (E) – je bod na držáku nástroje, který při upnutí je ztotožněn s bodem F.
14.2 Korekce nástroje Každý nástroj umístěný v zásobníku CNC stroje má jinou délku. Pro vyrovnání rozdílu mezi jednotlivými nástroji se používá korekce. Nástroj s nulovou korekcí je standardní nástroj, od nějž se odměřují korekce ostatních nástrojů. Korekce jsou sestaveny do přehledné tabulky a čísla odpovídají číslu nástroje v zásobníku. Existují dva typy korekcí Korekce geometrie – do tabulky geometrie se před započetím obrábění zapíší hodnoty odpovídající délkám příslušných nástrojů. Během obrábění se do korekcí geometrie již nezasahuje. Korekce opotřebení – slouží k přesnějšímu doladění nástroje a k dodatečným úpravám korekce během obrábění, nutným z důvodu opotřebení řezné hrany nástroje.
Obrázek 48: Korekce nástroje
Kontrolní otázky: 1) Vyjmenujte a definujte vztažné body na CNC stroji. 2) Nakreslete pravoúhlý souřadný systém s osami X, Y a Z.
- 83 -
15 Reţimy CNC stroje Cíl tématu: Rozpoznat provozní režimy a režimy provozních systémů.
15.1 Provozní reţimy stroje Při obsluze se lze setkat s několika druhy provozních činností stroje, nebo s jeho řídicím systémem, který se nastavuje na řídicím panelu příslušnými tlačítky. Ruční reţim Složení ručního režimu, nebo jinak řečeno manuální režim, nám slouží k několika pochodům: nastavení stroje do požadované polohy spuštění a zastavení chladící kapaliny k výměně nástroje najíždění obrobku rozběh otáček – spuštění a zastavení otáček vřetene pohyb do referenčního bodu Automatický reţim V automatickém režimu jsou postupně zpracovávány jednotlivé bloky programu zadané pro obráběnou součástku. Automatické a plynulé provádění zapsaných operací v paměti stroje, nebo jinak řečeno plynulý proces obrábění. Editační reţim Ediční režim je programem pro obrábění, který je nahrán přímo do řídicího systému stroje, nebo externě za pomoci propojení s počítačem, disketou, paměťovou kartou apod. Ediční režim nám slouží rovněž k úpravě programu. Poloautomatický reţim (Blok po Bloku) Po každém přečtení jednotlivého bloku se stroj zastaví a čeká na start pro přečtení bloku následujícího, tak lze provézt i celé obrábění. Blok po bloku je jedna z možností kontroly správně vytvořeného programu. Testovací reţim Slouží k ověření správnosti vytvořeného programu a simulaci obrábění CNC.
- 84 -
Test – upozorní na geometrické nesrovnalosti, neproveditelné programované kroky a případně narušení pracovního prostoru. Simulace – upozorní na chybný krok v programu. Simulace snižuje pravděpodobnou havárii stroje s obrobkem, snižuje možné procento zmetků, poškození nebo zničení nástroje. Umožňuje kontrolu dráhy pohybu nástroje, kontroluje strategii obrábění. Simulace nám neodhalí chyby vzniklé při upínání a špatnou volbu podmínek. Pomocí softwaru lze simulací vykreslit obrobek na obrazovku a případně jej upravit. Může být v 2D a 3D pohledu. TOOL MEMORY Paměť nástrojových dat umožňuje vložit a vyvolat data a nástroje včetně korekcí. Nástroje uložené v zásobníku nebo v revolverové hlavě, mají v tabulce korekcí přiřazené údaje o velikosti korekcí a řídicí systém si je při použití daného nástroje načítá. Tento režim se nepoužívá u strojů s jedním nástrojem, čili tam, kde se používá funkce M06, ve které jsou uvedeny korekce daného nástroje. M06 – funkce výměny nástroje TEACHIN (najetí a uloţení) Stroj má schopnost učit se. Obsluha ručně provádí požadovanou činnost pro vyrobení obrobku a dochází k automatickému načítání úkonů do editoru. Používá se výjimečně. Modifikace Modifikovaný režim automaticky zastaví program po příkazu M01 a vypouští označené bloky. M01 – podmíněný stop Diagnostika Oznamuje, lokalizuje, diagnostikuje závadu pro rychlé odstranění. Opravu lze provádět na dálku za pomoci PC. Ruční předvolba V režimu ruční předvolby lze jednotlivé bloky ručně zadávat a rovněž je i vykonávat.
15.2 Reţimy práce řídicích systémů Úkolem CNC stroje je automatické obrábění součástí a tím automatické zpracování řídicího programu a řízení všech pohybů a funkcí stroje. Na počátku obrábění je třeba
- 85 -
provést řadu různých přípravných úkonů. Systém nám musí umožnit manipulaci s daty v paměti, ruční ovládání stroje a grafickou simulaci obrábění na monitoru. všechny tyto činnosti vyžadují zvláštní režimy. Systém SINUMERIK 800 umožňuje zvolit celkem 7 pracovních režimů: AUTOMATIC – režim zpracovává technologický program pro obrábění součásti. Akceptuje údaje v tabulce posunutí počátku a nástrojové korekce. Je hlavním pracovním režimem. JOG – ruční ovládání, kde pohyb suportu ovládáme ručně pomocí směrových tlačítek +X, -X, +Z, -Z, přičemž velikost posuvu je možné zadat po stisknutí klávesy F. MDI – AUTOMATIC (ruční zadání) – v tomto režimu je možno ovládat pohyb suportu a činnost ostatních mechanismů stroje zadáním příslušných slov v ISO kódu. Zadání se ukončuje klávesou LF a zadaná věta se ihned provede. REFPOINT – režim automatického referenčního bodu. Osu je nutno předvolit směrovým tlačítkem. INC FEED – podobný režimu JOG. Kontrolní otázky: 1) Jak se dělí provozní režimy stroje? 2) Uveďte rozdíl mezi provozním režimem a režimem řízení? 3) Který provozní režim slouží ke kontrole vytvořeného programu?
- 86 -
16 Programovatelné funkce Cíl tématu: Naučit se rozeznat a umět pojmenovat programovatelné funkce. Znát způsoby programování. Řídicí program CNC je soubor číselných informací odděleně popisující činnost stroje. Program se skládá z bloků (vět), zapsaných v jednom řádku. Každá věta obsahuje: Geometrickou informaci – pohyby ve směru os. Technologickou informaci – otáčky, chlazení apod. Většina řídicích programů používá na začátek programu znak %, za kterým je uvedeno číslo programu. Před znakem uvádíme informace, které nechceme, aby stroj zpracoval. Může to být číslo programu, název obrobku apod. V případě uvedení poznámek v programu je nutno dát informaci do závorky. Takového zápisu se využívá v případě poznámky typu nože nebo jiného nástroje.
16.1 Struktura věty Obrábění na CNC strojích je rozloženo na jednotlivé kroky a každý krok představuje větu programu. Věty programu se čtou z programové paměti stroje, v dané posloupnosti zapsání. Programem jsou zpracovány v pohyb nástroje.
N 005 G 00 X10.00 N G00
blok, věta bezměrové slovo
G
adresa
00
číslo adresy
Z12.00 005
S 1200 M03; číslo věty otáčky
S M03
směr otáček
;
konec věty
X10.00
x
osa, průměr
Z12.00 rozměrové slovo
z
délka, hloubka
- 87 -
Každý program se skládá ze dvou částí, adresy a hodnoty. Adresa je písmeno určující význam hodnot. Program je zapisován do řádků – programových bloků, a to v libovolném sledu jednotlivých povelů. Výjimku tvoří jen zápis do dvou stejných kódů a stejné skupiny. V tomto případě se vykoná ten, který bude v řádku zapsán jako poslední. Příklad: G 97 S100 M3 M8; vřeteno se neroztočí (M3) pouze se zapne čerpadlo (M8). G 01 X0 Z - 2O G00; (místo řezného posuvu (G01) bude najeto rychloposuvem (G01). Programový blok je zakončen středníkem ; (Enter). Bloky programu není nutno číslovat, číslování slouží k lepší orientaci v programu. Programový blok je zpracován postupně dle sledu řádků.
16.2 Struktura programu „V programu
pro
číslicové
řízení
musí
být
obsaženy
všechny
geometrické
a technologické informace nutné pro obrábění dané součásti.“ (FRISCHHER, A. a kol.,2001,s.85). Technologické informace M – pomocné funkce, otáčky vřetene, chlazení, začátek a konec programu apod. Tabulka 19: Příklad používaných pomocných funkcí
Označení funkce M00 M03
Název funkce STOP Otáčky vřetene
M04 M05 M06 M08 M09 M10 M11 M30
Zastavení vřetene Výměna nástroje Zapnutí čerpadla Vypnutí čerpadla Otevření upínače Zavření upínače Konec hlavního programu
Pouţití Nepodmíněný stop automatického cyklu – Ve směru hodinových ručiček, Nutné rozlišit směr pohled do vřetene stroje – Proti směru hodinových ručiček Doplnění délkové korekce Chlazení, mazání obrobku a nástroje při obrábění Otevření a zavření univerzálního sklíčidla při soustružení Návrat na začátek hlavního programu
- 88 -
F – posuvová funkce, vyjádřena číselně. Má význam rychlosti pracovního posuvu udává se v m/min nebo mm/ otáčku. S – otáčky, číselně vyjádřeny. Určuje otáčky vřetene – ot/min, ale může představovat i omezení otáček a řeznou rychlost. T – funkce nástroje, určují nástroj, kterým se bude obrábět, číslo a polohu nástroje v zásobníku. Slouží k volbě nástroje a načtení nástroje příslušné nástrojové korekce. D – korekce, určuje korekci nástroje. N – číslo věty, označení jednotlivých vět programu, řazeny dle posloupnosti, programově technická informace, nemusí se udávat. Geometrické funkce – G Číselný údaj bývá dvojmístný a má význam kódové informace, která je vyznačena pro číslicový systém programu. Sděluje nám, za jakých podmínek se bude provádět relativní pohyb nástroje a obrobku. Tabulka 20: Příklad používaných geometrických funkcí
Označení funkce G00 G01 G02 G03 G54 - 59 G90 G91 G92, G50
G96 G94 G95
Název funkce Rychloposuv Pracovní posuv Ve směr hodinových ručiček Proti směru Posuny nulového bodu Absolutní programování Přírůstkové programování Omezení otáček Dle řídicího systému
Konstantní řezní rychlost Posuv v mm/min Posuv v mm/ot
Pouţití Programuje se v souřadnicích os, uvádí se cílový bod v souřadnicích, případně další adresy – lineární interpolence Programuje se v souřadnicích os, uvádí se cílový bod v souřadnicích, případně další adresy – kruhová interpolence Posuny absolutní i přírůstkové, na začátku i v průběhu programu Popis dráhy nástroje v souřadnicové soustavě Popis dráhy nástroje o kolik se posune v osách Stanoví velikost otáček, které neohrozí bezpečný chod stroje, v závislosti na konkrétním stroji a obrobku, použití s G96 Je zadaná řezná rychlost – mění se otáčky vřetene se změnou průměru na kterém je špička nástroje – použití u soustružení
- 89 -
16.3 Způsoby programování Programování rozdělujeme podle stupně automatizace (ruční, strojní), a podle zadávání programovatelných souřadnic zapisujeme program dvojím tvarem: Absolutní programování – G 90 Popisuje cílový bod dráhy nástroje vztažený k předem zvolenému počátku souřadnic (nulový bod obrobku). Jedná se o určení souřadnic cílového bodu vůči dané základně. Kótování součástky je prováděno od technologické základny. Absolutní programování zruším příkazem G91. Absolutní programování je zapisování souřadnic cílového bodu po bod, kde dojede nástroj. Hodnoty jsou přičteny nebo odečteny vždy od nuly. Příklad absolutního programování 1
věta
adresa a hodnota
č. bodu
N00
G90
0
N05
G01 X40 Z50 F50
0-1
N10
X10 Z50
1-2
N15
X10 Z40
2-3
N20
X20 Z40
3-4
N25
X20 Z30
4-5
N30
X30 Z30
5-6
N35
X30 Z20
6-7
N40
X40 Z20
7-8
N45
X40 Z50
8-1
N50
X50 Z60
1-0
- 90 -
Absolutní programování s posunutím nulového bobu (G92) umožňuje posunout nulový bod kamkoliv do pracovního prostoru stroje, nejvýhodnější bodem je osa rotace nebo na čele obrobku. Příklad absolutního programování 2
věta
adresa a hodnota
č. bodu
N00
G92 X60 Z10
0
N05
G01 X16 Z01 F50
0-1
N10
X16 Z -20
1-2
N15
X30 Z -20
2-3
N20
X30 Z-45
3-4
N25
X40 Z-45
4-5
N30
X40 Z - 55
5-6
N35
X46 Z -55
6-7
N40
X60 Z 10
7-0
Přírůstkové programování – G 91 (inkrementální) Souřadnice všech bodů se udávají v hodnotách měřených vzhledem k předchozímu bodu. Součet všech hodnot souřadnic je od nuly, pokud se nástroj vrací do výchozí polohy. Doporučuje se řetězcové kótování. Přírůstkové programování je zapsání souřadnic, o kolik se nástroj posune od startu (počátku) do cílového bodu. Hodnoty jednotlivých délek se sčítají.
- 91 -
Příklad přírůstkového programování
+ věta
adresa a hodnota
č. bodu
N00
G91
0
N05
G01 X-22 Z-9 F50
0-1
N10
X0 Z-21
1-2
N15
X7 Z 0
2-3
N20
X0 Z-25
3-4
N25
X5 Z 0
4-5
N30
X0 Z-10
5-6
N35
X3 Z 0
6-7
N40
X7 Z 65
7-0
Kontrolní otázky: 1) Jaký význam mají funkce značené G? 2) Uveďte rozdíl mezi absolutním a inkrementálním programováním. 3) Popište strukturu věty: N05 G54 S1200 F80 T0101 M03.
- 92 -
17 Řídicí systémy programování Cíl tématu: Seznámit se s řídicími systémy a jejich využití. Číslicový řídicí systém je sestaven z bloků, které nazýváme vstupy, paměti, operační jednotky, řadiče a výstupy. Bloky jsou propojeny skupinami vodičů neboli sběrnicemi. Vstupy – zajišťují vstup informací do řídicího systému. Paměti – obsahují instrukce programu v číselné formě, máme tři paměti a každá z nich má jinou funkci. Paměť systémového programu – ukládá předpis postupu činnosti počítače. Uživatelská paměť – prokládání programů jednotlivých obrobků, korekce nástroje a posunutí počátku. Operační paměť – paměť pro ukládání zpracovaných dat. Operační jednotka – zpracovává vlastní informace, zajišťuje řízení řadiče provádět aritmetické, logické nebo rozhodovací operace. Řadiče – řídí činnost všech bloků číslicového počítače a jejich vzájemnou součinnost podle instrukcí programu, které jsou vybrány z paměti. Výstupy – zajišťují výstup informací na přizpůsobovací obvody a externí zařízení. Číslicovému řídicímu systému je podřízen celek, který se nazývá přizpůsobovací obvod, který je řešen jako programovatelné zařízení na bázi mikropočítače. Na základě vstupních signálů řeší logické funkce. Mikropočítač není součástí vlastního systému CNC, ale je sním spojen a mezi oběma se uskutečňuje stálá výměna dat. Obsahuje logický podsystém, který řídí pomocné mechanismy stroje a podává řídicímu systému zpětné hlášení o stavu stroje a hlášení chybových stavů. Přizpůsobovacím obvodům je přizpůsobena jen vlastní mechanika stroje.
- 93 -
17.1 Řídicí systémy pouţívané na CNC strojích FAGOR CNC 8055 TC Programuje se dialogem s grafickou nápovědou, nebo pomocí ISO kódu. Editování, test a grafické modelování obráběcích programů je možné současně s obráběním jiné součástky. Podporuje hospodaření s nářadím, sledování životnosti nástroje, umožňuje 3D grafické zobrazení s možností natáčení, zmenšení, zvětšení a rozložení pohledů, zobrazování v rovině simulací. Tento řídicí systém je určen pro soustružení SIMENS SUNUMERIK Plně digitální řídicí systém, konstruován pro vysokou produktivitu. Je určen pro obrábění tvarově jednouchých, ale i složitých dílů v malosériové i sériové výrobě. V systému jsou integrované soustružnické cykly. Systém umožňuje programování: DIN, ISO Grafickou podporu technologických cyklů Grafickou podporu konturového programování Simulaci soustružení FANUC – Oi TC, FANUC – 2Li TC Série řídicích systémů Oi – MATE TC CNC je moderní řídicí systém, představuje výkonnost a spolehlivost CNC systémů japonské společnosti GE FANUC. Řídicí systém nahrazuje ovládací prvky konvenčního stroje, nejsou potřebná žádná přídavná zařízení pro tvorbu složitých tvarů. Umožňuje ve zkráceném pracovním čase vyrábět geometricky složité tvary součástky. Programování je v ISO kódu. Systém obsahuje integrované souřadnicové cykly, které podporují snadné programování stroje a tvorbu part – programů. Rozšířený soubor funkcí nápovědy a historie alarmů a zásahů obsluhy zvyšuje komfort pro obsluhu. Vysokorychlostní obrábění s konstantní řeznou rychlostí zajišťuje vyšší rychlost a lepší kvalitu dílců. Korekce nástroje je možné zadávat ve stupních datech.
- 94 -
HEIDENHAIN Řídicí systémy HEIDENHAIN TNC jsou velmi rozšířené pro frézování, vyvrtávání a obráběcí centra. Již 30 let se používají TNC řízení v každodenním provozu a tvoří celistvou řadu od jednoduchého, kompaktního řízení pro tři osy a více. Uvedeme si některé příklady modelů řídicího systému. TNC 124 – jednoduchý pravoúhlý řídicí systém pro frézky a vrtačky TNC 310 – kompaktní souvislé řízení pro frézky a vrtačky, u nichž je současně řídí 3 nebo 4 osy. TN C320 – je souvislé univerzální řízení pro čtyři osy. Díky svému flexibilnímu konceptu dílenského programování v dialogu HEIDENHAIN nebo externímu programování a jeho dalším vlastnostem, je řízení vhodné pro univerzální frézky, vrtačky a vyvrtávačky. Využívá se v sériové výrobě, ve školicích a vzdělávacích kurzech, na výrobu forem a prototypů. TNC 620 – je mnohostranné řízení až 5 řízených os. Díky své pružné koncepci obsluhy a možnosti dílenského programování v dialogu HEIDENHAIN na stroji, nebo načítání externě připravených programů. Je vhodné pro nasazení na frézkách, vyvrtávačkách a obráběcích centrech, převážně v kusové a sériové výrobě, ale i na výrobu prototypů. Velmi vhodný pro výuku na odborných školách. iTNC 530 – patří za zvláště výkonná souvislá řízení, pro obráběcí centra, frézky a vrtačky, je to souvisle orientované řízení. Má integrované digitální řízení pohonu s integrovaným měničem. Při obrábění s vysokými rychlostmi posuvu dosáhne velmi přesných kontur obrobku. iTNC dovede řídit až 13 os plus vřeteno a doba zpracování jednoho bloku je 0,5 ms.
Kontrolní otázky: 1) Který systém je využíván při frézování? Popište jeho využití. 2) Jak nazýváme bloky řídicího systému?
- 95 -
Závěr Technologie strojírenství je v neustálém vývoji nových metod obrábění, technologiích výroby, ve vzniku nových materiálů, měřicí techniky aj. Rekvalifikační kurz Obsluha CNC strojů obsahuje obecnou problematiku obrábění CNC strojů. V průběhu kurzu jsou účastníkům předány základní informace z teoretických znalostí, převážně pak znalosti praktických dovedností a nástin problematiky v oblasti strojírenství. Cílem diplomové práce bylo vytvořit novou koncepci rekvalifikačního kurzu včetně učebního materiálu. Myslím si, že nově vytvořená koncepce je ve srovnání se starou osnovou kurzu zajímavější. Účastníci kurzu přicházejí do provozních dílen firmy již se základními dovednostmi a znalostmi, které si osvojili již v první fázi kurzu. Obsah témat výukového materiálu, který je hlavní částí celé diplomové práce, jsem již měla možnost vyzkoušet přímo při výuce nových běhů rekvalifikačního kurzu, které začaly v době, kdy jsem diplomovou práci zpracovávala. Průběžně jsem jednotlivá témata upravovala dle potřeb účastníků a výsledkem je ucelený učební materiál. Hlavní cíl práce – vytvořit přípravu učitele, byl naplněn a v praxi i vyzkoušen s kladným ohlasem. V říjnu 2011 jsem vedení školy předložila nový vzdělávací profil ke schválení, s prosbou odzkoušení alespoň jednoho běhu kurzu. Učební materiál nebyl v tomto období ještě kompletně zpracován v písemné podobě, ale nastínění témat a jejich obsahu bylo již připraveno. Vedení školy mé žádosti vyhovělo, ale podmínkou bylo organizační zajištění výuky v první fázi kurzu. Právě tady byl naplněn i dílčí cíl práce, a to vytvořit pracovní listy, které budou návodem při práci v začátcích obrábění na CNC stroji. Přesto, že absolventi tohoto experimentálního běhu neměli ještě k dispozici učební materiál v ucelené podobě, kurz úspěšně zvládli a s novými dovednostmi a vědomostmi nastoupili do nového zaměstnání. Vedení školy změnu témat a koncepci přijalo a slíbilo podporu ve vybavení učebny pro další běh. Druhý běh začal v březnu 2012 a bude končit v době úplného dokončení diplomové práce. Nyní jsem při výuce mohla plně využít učební materiál, který mám již
- 96 -
vypracován v plném znění a využít částečně vybavenou učebnu. Pro tento běh se podařilo zajistit starší soustružnické centrum k výuce u firmy, která je sociálním partnerem školy v praktickém vyučování. Tady již praktickou část výuky má v kompetenci učitel praktického vyučování. Vytvoření nového výukového pracoviště, zatím v prostorách spolupracující firmy, můžu považovat za úspěšně splněný dílčí cíl. Hlavní cíl práce byl naplněn, a doufám, že se bude do budoucna ještě více prohlubovat a výukový materiál rozšiřovat o nové poznatky. Uvedla jsem, že mnohá témata bude možné využít i při výuce odborných předmětů se zaměřením na strojírenství. I tady mohu potvrdit využití – lícování je obsahem předmětu technologie prvního ročníku oboru zámečník, třískové obrábění je zařazeno v druhém ročníku strojírenské technologie a přiblížením problematiky CNC obrábění je rozšířeno učivo třetího ročníku technologie.
Obrázek 49: Učebna teorie
- 97 -
Resumé Hlavním cílem diplomové práce bylo vytvoření uceleného učebního materiálu a nového profilu kurzu v moderní koncepci výuky ve srovnání s kurzem předcházejícím. Zpestřením a obohacením kurzu po stránce teoretické v koordinaci s praktickou částí se dosáhlo zajímavější výuky. Učební materiál Příprava učitele poskytl ucelenou formu tematických celků a jejich návaznost při výuce. K probraným tématům se již není potřeba vracet a eliminuje se možnost opomenutí některého z nich. První fáze kurzu odstraní neznalost účastníků problematiky strojírenství a do provozních prostor firem přistupují absolventi již se základními znalostmi dané problematiky obrábění.
Summary The main goal of the theses was to create the integrated teaching material and new profile of the course as a part of new conception of education comparing the previous course. The course theoretical upgrade is given by coordination of theoretical and practical part which makes the lectures more interesting for students. The teaching material "The Teachers Preparation" is the base of topics and their connection during the lectures. It is not more necessary to go back to already done topics and the possibility of omission some of them is eliminated as well. The course starts with making the participants skilled concerning issue of engineering. As a part of firm's production they are basically skilled at metal cutting.
- 98 -
Literatura a pouţité zdroje DRINSKÝ, D., a kol. Strojní obrábění I. 2. vyd. Praha: SNTL, 1988. 422 s. FISCHER, U., a kol. Základy strojnictví. 3 - 4. vyd. Praha: EUROPA – SOBOTÁLES, 2004. 290 s. ISBN 80-86706-09-5 FRISCHHERZ, A., a kol. Technologie zpracování kovů 1. 1. vyd. Praha: Správa přípravy učňů, 1993. 268 s. ISBN 80-901657-2-9 FRISCHHERZ, A., a kol. Technologie zpracování kovů 2. 4. vyd. Praha: SNTL, 2001. 280 s. ISBN 80-902655-1-0 HLUCHÝ, M.,KOLOUCH, J. Strojírenská technologie 1 – 1.díl. 3. vyd. Praha: Scientia, 2002. 266 s. ISBN 80-7183-262-6 HOLOUBEK, Z. Technické kreslení. 5. vyd. Praha: SNTL, 1989. 141 s. JANYŠ, B., GLANC, F. Dílenské tabulky. 4. vyd. Praha: SNTL, 1973. 511 KLETEČKA, J., FOŘT,P. Technické kreslení. 2. vyd. Brno: CPRESS, 2007. 252 s. ISBN 978-80-251-1887-0 OPLATEK, F. Číslicové řízení obráběcích strojů. 1. vyd. Havlíčkův Brod: FRAGMENT, 1998. 64 s. ISBN 80-7200-294-5 ŘASA, J., a kol. Strojírenská technologie 3 – 2 díl. 2. vyd. Praha: Scientia, 2005. 221 s. ISBN 80-7183-336-3 ŘASA, J., GABRIEL, V. Strojírenská technologie 3 – 1.díl. 2. vyd. Praha: Scientia, 2005. 256 s. ISBN 80-7183-337-1
- 99 -
SVOBODA, E. Technologie a programování CNC strojů. 1. vyd. Havlíčkův Brod: FRAGMENT, 1998. 95 s. ISBN 80-7200-297-X ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje a jejich programování. 1. vyd. Praha: BEN, 2006. 126 s. ISBN 80-7300-207-8 ŠVAGR, J., VOJTÍK, J., Technologie ručního zpracování kovů. Praha: SNTL, 1985. 87 s. www.fermatmachinery.com/cs/11-cnc-soustruhy/14-ridici-systemy http://content.heidenhain.de/presetation/elering/CZ/index/1271254390491/1271254390 491.html http://www.esfcr.cz/file/4976 Interní dokumenty Střední školy obchodně technické Zlín Firemní literatura, dokumenty a katalogy firem GOTECH s.r.o., Lorenc, Vaňhara, HANÁK NÁŘADÍ s.r.o.
- 100 -
Seznam obrázků Obrázek 1. Ilustrační fotografie Obrázek 2. Prostorové zobrazování (KLETEČKA, 2007, s. 35) Obrázek 3. Provedení kót (KLETEČKA, 2007, s. 73) Obrázek 4. Řetězcové kótování (KLETEČKA, 2007, s. 77) Obrázek 5. Kótování od společné základny (KLETEČKA, 2007, s. 78) Obrázek 6. Smíšené kótování (KLETEČKA, 2007, s. 79) Obrázek 7. Značka struktury povrchu (KLETEČKA, 2007, s. 110) Obrázek 8. Poloha značky struktury povrchu na výkrese (KLETEČKA, 2007, s. 110) Obrázek 9. Rozdělení geometrických tolerancí (HOLOUBEK,1989, s. 92) Obrázek 10. Relativní velikost všeobecných tolerancí Obrázek 11. Značení díry a hřídele na výkrese (KLETEČKA, 2007, s. 100) Obrázek 12. Toleranční pole ve vztahu k nulové čáře Obrázek 13. Polohy tolerančního pole hřídele v soustavě jednotné díry Obrázek 14. Poloha tolerančního pole díry v soustavě jednotného hřídele Obrázek 15. Vzájemné uložení díry a hřídele Obrázek 16. Základní pojmy rozboru uložení (DRINSKÝ, 1988, s. 50) Obrázek 17. Grafické znázornění uložení 20H7/k6 Obrázek 18. Profil metrického závitu, matice a šroubu (DRINSKÝ, 1988, s. 95) Obrázek 19. Toleranční značka na kótovací čáře Obrázek 20. Grafické znázornění – D2/d2 Obrázek 21. Možnosti měření s digitálním posuvným měřidlem (FISCHER, 2004, s. 21) Obrázek 22. Třmenový mikrometr a jeho části třmen (ŠVAGR, 1985, s. 15) Obrázek 23. Odečítání rozměru na mikrometru (FRISCHHERZ, 1993, s. 258) Obrázek 24. Tříosý souřadnicový měřící stroj Obrázek 25. Diagram rozdělení železných kovů Obrázek 26. Diagram rozdělení železných kovů Obrázek 27. Diagram obrábění z mazání a bez mazání (FRISCHHERZ, 2001, s. 77) Obrázek 28. Označení ploch nástroje (FRISCHHERZ, 2001, s. 27) Obrázek 29. Úhly nástroje (FRISCHHERZ, 2001, s. 26) Obrázek 30. Úhel nastavení a úhel špičky nástroje (FRISCHHERZ, 2001, s. 27)
- 101 -
Obrázek 31. Druhy třísek (DRINSKÝ, 1988, s. 68) Obrázek 32. Nárůstek na břitu nože (FRISCHHERZ, 2001, s. 28) Obrázek 33. CNC soustruh Obrázek 34. Univerzální hrotový soustruh Obrázek 35. Upínání nástrojů Obrázek 36. Vývojový diagram užitečnosti soustruhu a soustružnických automatů (FRISCHHERZ, 2001, s. 79) Obrázek 37. Jednoduché NC řízení Obrázek 38. CNC řízení Obrázek 39. Lože CNC soustruhu Obrázek 40. Vřeteník s vřetenem CNC soustruh Obrázek 41. Kuličkový šroub s maticí Obrázek 42. Lineární vedení Obrázek 43. Příklad řídicího panelu Obrázek 44. Pravoúhlá souřadná soustava (SVOBODA, 1998, s. 29) Obrázek 45. Souřadná soustava s rotačními a rovnoběžnými osami (SVOBODA, 1998, s. 29) Obrázek 46. Osy soustruhu se šikmým ložem (OPLATEK, 1998, s. 26) Obrázek 47. Osy vrtacího a frézovacího stroje se svislým vřetenem (OPLATEK, 1998, s. 26) Obrázek 48. Korekce nástroje Obrázek 49. Učebna teorie
- 102 -
Seznam tabulek Tabulka 1. Štítek bezpečnosti Tabulka 2. Štítek výstrahy 1 Tabulka 3. Štítek výstrahy 2 Tabulka 4. Štítek výstrahy 3 Tabulka 5 Štítek výstrahy 4 Tabulka 6. Používané hodnoty drsnosti Tabulka 7. Délkové rozměry Tabulka 8. Toleranční stupně přesnosti Tabulka 9. Přehled pojmů Tabulka 10. Výpočet vůle a přesahu Tabulka 11. Rozbor uložení 20H7/k6 Tabulka 12. Uložení matice a šroubu Tabulka 13. Rozbor matice – D2 Tabulka 14. Rozbor matice – D1 Tabulka 15. Rozbor šroubu – d2 Tabulka 16. Rozbor šroubu – d Tabulka 17 Rozdělení tříd oceli Tabulka 18. Osy Tabulka 19. Příklad používaných pomocných funkcí Tabulka 20. Příklad používaných geometrických funkcí
- 103 -
Seznam pracovních listů Pracovní list 1 – Tolerance polohy Pracovní list 2 – Čtení výkresů 1 Pracovní list 3 – Čtení výkresu 2 Pracovní list 4 – Čtení výkresu 3 Pracovní list 5 – Tabulka mezních úchylek Pracovní list 6 – Přehled G funkcí Pracovní list 7 – Přehled M funkcí Pracovní list 8 – Vztažné body v pracovním prostoru Pracovní list 9 – Absolutní programování Pracovní list 10 – Přírůstkové programování Pracovní list 11 – Řídicí systém FANUC Pracovní list 12 – Nástrojový systém CNC soustruh Pracovní list 13 – Značení vnějšího nože Pracovní list 14 – Značení vnitřního nože Pracovní list 15 – Značení nástrčné frézy Pracovní list 16 – Značení stopkové frézy
- 104 -
Pracovní list 1 – Tolerance polohy
Zdroj: (FRISCHHERZ, 2001. s. 21)
-1-
Pracovní list 2 – Čtení výkresů 1
-2-
Pracovní list 3 – Čtení výkresu 2
-3-
Pracovní list 4 – Čtení výkresu 3
-4-
Pracovní list 5 – Tabulka mezních úchylek Toleranční pole a mezní úchylky () díry Stupně přesnosti IT7
díry mm rozsahy od–do
F7
G7
H7
Js7
K7
M7
N7
P7
R7
S7
1–3
+ 16 + 8
+ 12 + 12
+ 10 0
+5 -5
0 - 10
- 2 - 12
- 4 - 14
- 6 - 16
- 10 - 20
- 14 - 24
přes 3–6
+ 22 + 10
+ 16 + 4
+ 12 0
+ 6 - 6
+ 3 - 9
0 - 12
- 4 - 16
- 8 - 20
- 11 - 23
- 15 - 27
přes 6–10
+ 28 + 13
+ 20 + 5
+ 15 0
+ 7 - 7
+ 5 - 10
0 - 15
- 4 - 19
- 9 - 24
- 13 - 28
- 17 - 32
přes 10–14 přes 14–18
+ 34 + 16
+24 + 6
+ 18 0
+ 9 - 9
+ 6 - 12
0 - 16
- 5 - 23
- 11 - 29
- 16 - 34
- 21 - 39
přes 18–24 přes 24–30
+ 41 + 20
+ 28 + 7
+ 21 0
+ 10 - 10
+ 6 - 15
0 - 21
- 7 - 28
- 14 - 35
- 20 - 41
- 27 - 48
přes 30–40 přes 40–50
+ 50 + 25
+ 34 + 9
+ 25 0
+ 12 - 12
+ 7 - 18
0 - 25
- 8 - 33
- 17 - 42
- 25 - 50
- 34 - 59
Toleranční pole a mezní úchylky () hřídele Stupně přesnosti IT6
hřídele mm rozsahy od–do
f6
g6
h6
js 6
k6
m6
n6
p6
r6
s6
1–3
- 6 - 12
- 2 - 8
0 - 6
+ 3 - 3
+ 6 0
+ 8 + 2
+ 10 + 4
+ 12 + 6
+ 16 + 10
+ 20 + 14
přes 3–6
- 10 - 18
- 4 - 12
0 - 8
+ 4 - 4
+ 9 + 1
+ 12 + 4
+ 16 + 8
+ 20 + 12
+ 23 + 15
+ 27 + 19
přes 6–10
- 13 - 22
- 5 - 14
0 - 9
+ 4,5 - 4,5
+ 10 + 1
+ 15 + 6
+ 19 + 10
+ 24 + 15
+ 28 + 19
+ 32 + 23
přes 10–14 přes 14–18
- 16 - 27
- 6 - 17
0 - 11
+ 5,5 - 5,5
+ 12 + 1
+ 18 + 7
+ 23 + 12
+ 29 + 18
+ 34 + 23
+ 39 + 28
přes 18–24 přes 24–30
- 20 - 33
- 7 - 20
0 - 13
+ 6,5 - 6,5
+ 15 + 2
+ 21 + 8
+ 28 + 15
+ 35 + 22
+ 41 + 28
+ 46 + 35
přes 30–40 přes 40–50
- 25 - 41
- 9 - 25
0 - 16
+ 8 - 8
+ 18 + 2
+ 25 + 9
+ 33 + 17
+ 42 + 26
+ 50 + 34
+ 59 + 43
Zdroj: normy
-5-
Pracovní list 6 – Přehled G funkcí Nejpoužívanější funkce G řídicího systému FANUC G0 G1 G2 G3 G4 G5 G10 G11 G17 G18 G19 G20 G21 G22 G23 G27 G28 G32 G34 G36 G37 G39 G40 G50 G52 G53 G70 G71 G72 G73 G74 G75 G80 G83 G94 G96 G97 G98 G99
Nájezd do polohy – rychloposuv Lineární interpolence – řezný posuv Kruhová interpolence ve směru hodinových ručiček Kruhová interpolence proti směru hodinových ručiček Časová prodleva Obrábění v cyklu vysokou rychlostí Programovatelná zápis parametrů Zrušení programovatelného zápisu parametrů Volba roviny Xp, Yp Volba roviny Zp, Xp Volba roviny Yp, Zp Vstup v palcích Vstup v milimetrech Zapnout funkci kontroly uloženého zdvihu Vypnout funkci kontroly uloženého zdvihu Kontrola nájezdu do referenční polohy Nájezd do referenční polohy Řezání závitu Řezání závitu s poměrným stoupáním Automatická korekce nástroje v ose X Automatická korekce nástroje v ose Z Kruhová interpolence v rohu Zrušení korekce zaoblení špičky nástroje Omezení otáček vřetena Nastavení souřadného systému Nastavení souřadného systému stroje Dokončení tvaru pro hrubování Cyklus hrubování průměru Cyklus hrubování čela Cyklus kopírování tvaru Čelní přerušené vrtání Vrtání průměru Zrušit pevný cyklus vrtání Cyklus čelního vrtání Cyklus čelního zarovnání Konstantní řezná rychlost Konstantní otáčky vřetene Programování posuvu v mm/min Programování posuvu v mm/ot
-6-
Pracovní list 7 – Přehled M funkcí Nejpoužívanější funkce M řídicího systému FANUC M0
Stop programu
M1
Volitelný stop programu
M3
Pravé otáčky vřetene
M4
Levé otáčky vřetene
M5
Stop vřetene
M8
Spuštění chlazení
M9
Zastavení chlazení
M10
Otevření čelistí sklíčidla
M11
Sevření čelistí sklíčidla
M14
Vysunutí pinoly koníku
M15
Zasunutí pinoly koníku
M30
Konec programu – reset
M68
Vysunout lopatku odebrat kus
M69
Zasunout lopatku
M99
Konec programu programový skok
M0 – dojde k přerušení programu, zastaví se otáčky vřetena a přívod chladicí kapaliny, dokud se znovu nestiskne tlačítko „START PROGRAMU“, pak bude opět pokračovat v programu. Tato funkce slouží k přerušení programu, aby mohla být provedena průběžná kontrola obrábění nebo odstranění nahromaděných třísek. M30 – zadává se na konci každého programu, tím se vykonávaný program ukončí. Zastaví se otáčky vřetene, zastaví se chlazení a program se vrátí na začátek programu. M8, M9 – při výměně nástroje dojde vždy k zastavení chlazení i bez příkazu M9, ale pro jeho další spuštění je třeba zadat příkaz M8
-7-
Pracovní list 8 – Vztaţné body v pracovním prostoru 1) Vztaţné body při soustruţení
2) Vztaţné body při frézování a vrtání
Zdroj: (OPLATEK, 1998, s. 27, s. 28)
-8-
Pracovní list 9 – Absolutní programování
Cvičení na opakování - doplnit
N
G
X
Z
B
Zdroj: (SVOBODA, 1998, s. 58)
-9-
Pracovní list 10 – Přírůstkové programování
Cvičení na opakování – doplnit
N
G
X
Z
B
Zdroj: (SVOBODA, 1998, s. 61)
- 10 -
Pracovní list 11 – Řídicí systém FANUC Řízené osy
2 osy X a Z
Maximální programovatelný rozměr
+/- 9999,999 mm
Polohování
G00
Lineární interpolence
G01
Kruhová interpolence
G02 pravotočivá G03 levotočivá
Rychloposuv
20 m/min v ose X 30 m/min v ose Z
Řezný posuv
G 98 (mm/min) G 99 (mm/ot)
Časová prodleva
G04 0 – 9999,999 sec
Nájezd referenčního bodu
ručně nebo automaticky (G28)
Nájezd referenční polohy
G30
T – funkce
4 číslice – číslo nástroje + číslo korekce
Korekce zaoblení špičky
G40, G41, G42
Ruční zápis dat
klávesnice
Další programovatelné funkce Programování poloměrů nebo průměru v ose X Srážení nebo zaoblení hran Programování rádius Řezání závitů Číslování programu
0 (kód EIA nebo ISO) 4 číslice
Vyhledávání čísla program Blok po bloku (singl block) Ochrana programů uzamykatelný přepínač Zobrazení provozních hodin a počtu dílců Menu programování
- 11 -
Pracovní list 12 – Nástrojový systém CNC soustruh
číslo
název dílu
1
upínací klín
2
upínací klín
3
držák podélných nožů
4
upínací podložka
5
domeček
6
redukční vložka
7
redukční vložka
8
MORSE vložka
Zdroj: (GOTECH, s.r.o)
- 12 -
Pracovní list 13 – Značení vnějšího noţe
Zdroj: (HANÁK NÁŘADÍ s.r.o.)
- 13 -
Pracovní list 14 – Značení vnitřního noţe
Zdroj: (HANÁK NÁŘADÍ s.r.o.)
- 14 -
Pracovní list 15 – Značení nástrčné frézy
Zdroj: (HANÁK NÁŘADÍ s.r.o.)
- 15 -
Pracovní list 16 – Značení stopkové frézy
Zdroj: (HANÁK NÁŘADÍ s.r.o.)
- 16 -
