2. Analýza programu pro navrhování řezných podmínek při soustružení aktuálně používaného na KOM TUL
2.1 Představení programu Softnorma
V současné době se na Katedře obrábění a montáže TU v Liberci používá pro navrhování řezných podmínek při výuce program Softnorma viz. obr. 4.
Tento program byl vyvinut Výzkumným ústavem obráběcích strojů a obrábění (VÚOSO) v roce 1991. Na jeho vzniku se podíleli tehdejší zaměstnanci ústavu a to jmenovitě Karel Bláha, Josef Houdek, Petr Staněk, kteří stáli za odborně-vědeckou stránkou věci a dále pak Tomáš Šipka a Petr Wagenknecht, kteří měli na starosti vy- tvoření samotného softwaru. Na Katedře obrábění a montáže se konkrétně používá verze 3.4.
Obr. 4 Úvodní obrazovka programu Softnorma
Katedra Softnormu používá zejména při výuce předmětu „Technologie 3 - Ob- rábění“, kde je aplikována na řadu praktických příkladů pro vytvoření určité představy o navrhování řezných podmínek prostřednictvím PC. Výstupem bývají základní řezné podmínky pro fázi hrubování i dokončování na konkrétní strojní součásti.
2.2 Popis jednotlivých „obrazovek“ programu Softnorma
První funkční obrazovka programu Softnorma poskytuje uživateli nabídku všech operací, které lze provádět. V záhlaví je na výběr ze tří základních možností, kde dvě zastupují konkrétní technologie obrábění (soustružení, frézování) a ta zbýva- jící poskytuje uživateli možnosti tisku a uložení projektu nebo opuštění programu Softnorma viz. obr. 5.
Obr. 5 Základní orientační obrazovka Softnormy
Jak je možné vidět na obr. 5, u obou technologií jde nejprve určit způsob ob- rábění, kde lze vybrat mezi dokončováním a hrubováním. Následně je potřeba roz- hodnout, zda se trvanlivost nástroje bude volit nebo optimalizovat. V druhém případě se dále vybere mezi dvěma hlavními kritérii optimalizace. První je kritérium maximál- ní produktivity a druhé je kritérium maximální hospodárnosti. Obě varianty byly podrobněji popsány v kapitole 1.2.
Třetí možnost v záhlaví obrazovky nabízí pět uživatelských funkcí. „Tisk na obrazovku“ způsobí vyvolání konečných výsledků konkrétního příkladu na monitor atímto způsobem je možné výsledky uložit formou obrázku. „Tisk na tiskárnu“ je kla- sický příkaz pro vytištění výsledků na papír pomocí počítačového příslušenství. Další funkce, „Uložení součástky“, slouží k datové archivaci jednotlivých úloh. Naopak „Vý- běr součástky“ nahraje dříve uložený projekt. Poslední je „EXIT“ - příkaz, kterým uži- vatel opustí program Softnorma.
Po zvolení potřebných parametrů na orientační obrazovce, program vyzve uživatele, aby zadal základní údaje o obrobku, kde podstatnou položkou je uvedení třídy materiálu dle normy ČSN. Tato obrazovka se vyplňuje pouze jednou pro každou součást. To znamená, že při případné změně způsobu obrábění či kritéria optimali- zace, nemusí uživatel opět zadávat údaje uvedené na obr. 6.
Obr. 6 Příklad vyplněné obrazovky se základními údaji
Následně, pro upřesnění, žádá program Softnorma ještě o zařazení materiálu do tříd obrobitelnosti, přičemž pro snadnější volbu poskytne tabulku obsahující řadu dalších vlastností daného materiálu viz. obr. 7.
Obr. 7 Tabulka sloužící pro zařazení materiálu do tříd obrobitelnosti
Po této fázi, když již uživatel kompletně stanovil počáteční údaje, se další kro- ky poněkud liší. Každá z možností, vybraných v záhlaví orientační obrazovky, má své specifické zadávací prostředí.
2.2.1 Volba trvanlivosti - hrubování
Pokud uživatel určí hrubování za způsob obrábění a vybere si, že chce trvan- livost volit, tak se objeví obrazovka, do které postupně vkládá parametry procesu aSoftnorma mu napomáhá modrými informačními tabulkami, ve kterých snadno na- jde potřebné údaje. Tabulky se objevují postupně viz. obr. 8 (legenda je součástí ob- rázku, kde spolu korespondují dvojice písmen [A) - A), ...] ).
Obr. 8 Obrazovka pro určení parametrů procesu obrábění při hrubování
První dva řádky zeleně podbarvené tabulky jsou předepsány z předešlých kroků. Řádek třetí slouží ke zvolení obráběcího stroje. V momentě, kdy se uživatel dostane kurzorem na tento parametr, objeví se v pravé části obrazovky modré pole, které informuje o možném výběru strojů z katalogu a k nim udává navíc jejich příkon viz. obr. 8 A). Stejný princip modrých informačních polí nastává i u zbylých paramet- rů.
Dalším parametrem je volba materiálu nástroje využívající informační pole, které znázorňuje použitelné nástrojové materiály, u kterých se předpokládá znalost příslušných konstant a exponentů potřebných do Taylorova vztahu. Potřebná data jsou uvedena v samotném programu viz. obr. 8 B).
Parametr na pátém řádku udává číslo normy nástroje a spolu s tím i několik charakteristických prvků, které lze vybrat opět z modrého informačního pole. Mezi zmíněné charakteristické prvky patří: velikost břitové destičky v milimetrech, směr posuvu (umístění hlavního břitu), kódové značení břitové destičky a velikost úhlu na- stavení ve stupních viz. obr. 8 C).
Následujícím parametrem je poloměr špičky nástroje, který je určen také na základě výpisu informačního pole viz. obr. 8 D).
U posuvu a hloubky řezu mají modrá pole mírně odlišný význam. Slouží pro informování o omezení, které je při volbě těchto parametrů nutné respektovat. Před zadáním číselné hodnoty posuvu se objeví modré pole, které upozorní na omezení daná strojem a břitovou destičkou viz. obr. 8 E). Pokud nebudou omezení respekto- vána, software upozorní uživatele, aby zvolené hodnoty opravil. Po vyhovujícím za- dání posuvu se objeví ve spodní části obrazovky výrok, který oznamuje budoucí ja- kost obrobené plochy při použití zvoleného posuvu a nástroje. V zápětí Softnorma vypíše otázku, zda je výsledná jakost povrchu přijatelná. V případě kladného přijetí drsnosti následuje volba velikosti hloubky řezu, jež je doprovázena informační tabul- kou znázorňující omezení rozměru třísky dané tvarem, nastavením a velikostí břitové destičky viz. obr. 8 F).
Poslední políčko je určeno pro volbu trvanlivosti. Programátory Softnormy byla vždy předdefinována a zároveň doporučena hodnota 15 min. Číslovku lze však snadno přepsat vlastním údajem.
Pokud je zelená tabulka kompletně vyplněná, tak program Softnorma zpracuje a vyhodnotí výsledky, které následně vygeneruje v pravé části obrazovky na černém poli viz. obr. 9. Současně s výsledky software vyobrazí ve spodní části obrazovky
otázku, zda chce uživatel zvětšit hloubku řezu. Tato otázka souvisí s tím, že v případě uvedeném na obrázku, je stroj využit na 96,41% a Softnorma tím upozor- ňuje na prostor pro zvýšení zátěže. Tuto skutečnost potvrzuje i posledním údajem ve výsledcích tím, že udává hloubku řezu pro 100% využití příkonu.
Obr. 9 Obrazovka s výsledky po určení parametrů procesu obrábění
Po potvrzení navržené hloubky řezu se v pravé části obrazovky objeví modré pole, které poskytuje výběr břitové destičky (VDSK). Ve spojitosti s tím mohou nastat dva případy. První je ten, že software nenajde vhodnou břitovou destičku splňující kritérium utváření třísky a upozorní uživatele, aby zvolil VDSK dle vlastního uvážení viz. obr. 10 A). V druhém případě viz. obr. 10 B) software zobrazí použitelné VDSK splňující kritérium utváření třísky.
Obr. 10 Příklad výběru použitelných VDSK
Když je volba VDSK dokončena, Softnorma nabídne možnost uložení opera- ce. Souhlasem se uživatel dostane na obrazovku, kde se vyplňují rozměry obrobku, délka obráběné plochy a číslo samotné operace viz. obr. 11. Na základě obou zvole- ných průměrů (počáteční, konečný) vygeneruje program počet a velikost jednotlivých odebíraných vrstev, posuvovou rychlost a k tomu potřebné otáčky.
Obr. 11 Příklad obrazovky pro popis rozměrů obrobku
Stisknutím libovolné klávesy, jak je uvedeno ve spodní části obrazovky, se uživatel dostane na poslední obrazovku, která shrnuje všechny výsledky viz. obr. 12.
Obr. 12 Příklad závěrečné sumarizující obrazovky pro hrubování
Široká nabídka akcí, která je zvýrazněna červeným pruhem ve spodní části obrazovky a slouží především k pohybu mezi jednotlivými operacemi, pokud jich uži- vatel vytvořil více, dále k jejich editaci a odstraňování. Zajímavými funkcemi jsou ovšem i ty, které se spustí tlačítky F2, F3 a F4.
Stiskem F2 se zobrazí uživateli přehled základních údajů, které se týkají da- ného obrobku viz. obr. 13.
Obr. 13 Obrazovka poskytující přehled základních údajů o obrobku
Stiskem F3 se zobrazí přehled vytvořených operací, které se týkají daného ob- robku viz. obr. 14.
Obr. 14 Obrazovka poskytující přehled vytvořených operací
Stiskem F4 se zobrazí časová studie, která udává strojní a vedlejší čas a jejich celkový součet v minutách. Časová studie generuje výsledky pro každou operaci provedenou na daném obrobku viz. obr. 15.
Obr. 15 Obrazovka poskytující přehlednou časovou studii obrobku
2.2.2 Volba trvanlivosti - dokončování
Pokud uživatel určí dokončování za způsob obrábění a vybere si, že chce trvanlivost volit, tak je postup zadávání parametrů totožný jako u hrubování, včetně volby VDSK. Rozdíl je pouze v jedné veličině - posuvu, který je u dokončování na- hrazen volbou maximální drsnosti povrchu, ze které program Softnorma příslušný posuv dopočítá viz. obr 16 A).
Obr. 16 Obrazovka pro určení parametrů procesu obrábění při hrubování
Po vyplnění nezbytných hodnot se objeví opět standardní obrazovka s mezi- výsledky, které obsahuje i hodnoty týkající se využití výkonu stroje viz. obr. 17.
Obr. 17 Obrazovka s mezivýsledky procesu obrábění
Při zadávání rozměru obrobku u dokončování je rozdíl od hrubování ten, že se do tabulky hodnot zapisuje pouze počáteční průměr obrobku a generování počtu vrs- tev se již nezobrazuje, protože odebíraná vrstva u dokončování je pouze jedna ahloubka záběru je známa z předešlé obrazovky viz. obr 18.
Obr. 18 Příklad obrazovky pro zadání rozměrů obrobku
Shrnutí všech výsledků je zobrazeno opět na modré obrazovce, která nabízí imožnosti přepínání mezi jednotlivými operacemi viz. obr 19.
Obr. 19 Příklad závěrečné sumarizující obrazovky pro dokončování
2.2.3 Optimalizace trvanlivosti dle maximální produktivity - hrubování
Další možností výpočtu, kterou program Softnorma nabízí, je optimalizace trvanlivosti řezného nástroje dle kritéria maximální produktivity. Tento výpočet lze opět provést pro hrubování i dokončování.
V případě, že si uživatel vybere hrubování za způsob obrábění, objeví se již známá zeleně podbarvená tabulka pro zadávání základních parametrů procesu. Jeli- kož jde ohrubování, tak musí uživatel oproti dokončování zadat příslušný posuv, jak bylo vysvětleno v předchozích kapitolách.
Když se uživatel dostane na poslední řádek, kterým je hodnota trvanlivosti, tak se objeví v pravé části obrazovky modré pole, do kterého je potřeba zadat čas na výměnu a seřízení nástroje. Na základě této hodnoty software vypočítá optimalizova- nou trvanlivost řezného nástroje a automaticky ji doplní do zelené tabulky viz. obr.
20.
Zbylé obrazovky jsou naprosto totožné, co se týče ovládání a dosazování po- třebných hodnot, a proto není nutné udávat jednotlivě jejich příklady. Pro názornost je uvedena jen poslední výsledková tabulka viz. obr. 21.
Obr. 20 Příklad obrazovky pro výpočet trvanlivosti dle max. produktivity
Obr. 21 Příklad závěrečné výsledkové obrazovky pro hrubování
2.2.4 Optimalizace trvanlivosti dle maximální produktivity - dokončování
Dokončování se při optimalizaci trvanlivosti nástroje dle kritéria maximální produktivity řeší stejně jako hrubování u tohoto výpočtu. Jediný rozdíl, který je vše- obecný, že místo posuvu uživatel zadává maximální možnou drsnost povrchu. Opět může zvolit hodnotu aritmetického průměru úchylky profilu (Ra) nebo hodnotu maxi- mální výškové nerovnosti (Rt).
2.2.5 Optimalizace trvanlivosti dle maximální hospodárnosti
Poslední možností pro výpočet, kterou program Softnorma nabízí, je optimali- zace trvanlivosti dle kritéria maximální hospodárnosti. Po zvolení způsobu obrá- bění, tedy hrubování nebo dokončování, je postup výpočtu obdobný jako u obou předešlých případů: volba trvanlivosti a optimalizace trvanlivosti dle maximální pro- duktivity.
Významný rozdíl je pouze u výpočtu trvanlivosti na posledním řádku zeleně podbarvené tabulky, která slouží pro zadávání parametrů procesu obrábění. Pro vý- slednou hodnotu trvanlivosti je potřeba zadat charakter podmínek obrábění, jejichž nabídka se objeví v pravé části obrazovky. Uživatel má možnost vybrat ze čtyř stup- ňů: lehké, střední, těžké a velmi těžké viz. obr. 22.
Obr. 22 Příklad obrazovky pro volbu podmínek obrábění
Dalšími podmínkami pro výpočet trvanlivosti, které je nutno uvést, jsou veličiny jako čas na výměnu a seřízení nástroje a cena břitové destičky viz. obr. 23.
Zbylé obrazovky mají stejný obsah jako ty, které se objevovaly u ostatních možností výpočtu. Jejich charakter se jen mírně liší při rozdílných způsobech obrá- bění, jak bylo již několikrát uvedeno. Pro názornost je na obr. 24 uvedena závěrečná tabulka s výsledky i pro tento výpočet.
Obr. 23 Příklad obrazovky pro výpočet trvanlivosti dle max. hospodárnosti
Obr. 24 Příklad výsledkové obrazovky u optim. trvanlivosti dle max. hospodárnosti
2.3 Softnorma jako relační databázový program
Relační databáze všeobecně je založena na vazbách mezi konkrétními tabul- kami, které obsahuje kompletní databáze. Tyto vazby se nazývají relacemi a mohou mít různý charakter, např. logické vztahy či matematické funkce. Tabulky v databázi disponují jednotlivými sloupci - atributy, které určují vlastnosti objektů obsažených v tabulce a řádky - záznamy, které slouží pro vlastní uložení dat.
Softnorma princip relační databáze využívá při výpočtech jednotlivých para- metrů procesu tak, že má v paměti uloženo poměrně velké množství tabulek, které
tvoří celou databázi a kooperací mezi nimi dokáže spočítat řadu veličin, které jsou pro obrábění důležité. Několik příkladů z databáze lze vidět na následujících tabul- kách, které byly vyseparovány přímo ze softwaru Softnorma.
VYR_STROJ OT_MIN OT_MAX POS_MIN POS_MAX PRIKON STROJ_HOD
SPT 32 A 31,5 1800 0,056 1,50 22,0 100
SPU 12 NC 31,5 4500 0,032 0,67 22,0 100
SUI 32 20,0 3150 0,010 3,24 4,0 100
SUI 32 CNC 7,0 3150 0,000 8,70 33,0 100
SUI 40 14,0 2240 0,023 4,80 7,5 100
SUI 40 A 7,1 2800 0,023 9,60 24,0 100
SUI 50 14,0 2240 0,023 4,80 7,5 100
SUI 50 A 7,1 2800 0,023 9,60 24,0 100
SUI 63 11,2 1800 0,061 1,56 15,0 100
SUI 63 NC 14,0 2240 0,142 1,34 15,0 100
Tab. 1 Příklad tabulky výrobních strojů a jejich parametrů
MATERIAL POZNAMKA TRIDA TRIDA_FR TRIDA_BR TVRDOST_HB PEVNOST
10 000.0 tyce, pasy 16b 15b 10b 141 490
10 000.1 plechy 16b 15b 10b 141 490
10 000.2 plechy 16b 15b 10b 141 490
10 000.2 tyce 16b 15b 10b 160 550
10 004.0 trubky 16b 15b 10b 155 540
10 004.2 plechy 16b 15b 10b 127 440
10 004.2 pasy 16b 15b 10b 141 490
10 005.0 tyce, plechy 15b 15b 10b 225 785
10 005.1 tyce, plechy 15b 15b 10b 225 785
10 005.5 plechy 15b 15b 10b 225 785
10 216.0 tyce 16b 15b 10b 155 540
10 370.0 tyce 16b 15b 10b 127 440
10 370.1 plechy 16b 15b 10b 127 440
10 420.0 tyce 16b 15b 10b 146 510
10 420.1 plechy 16b 15b 10b 146 510
10 451.0 tyce 16b 15b 10b 155 540
10 500.0 kolejnice 16b 15b 10b 166 580
10 650.0 kolejnice 14b 14b 10b 218 760
10 750.0 kolejnice 12b 12b 10b 252 880
Tab. 2 Příklad tabulky obráběných materiálů a jeho vlastností
Tabulka výrobních strojů znázorňuje nabídku soustruhů, které lze při vý- počtech použít. U každého ze strojů je uvedena hodnota minimálních a maximálních otáček, kterých lze dosáhnout, stejně tak minimální a maximální posuv. Dále příkon stroje a hodinové náklady na stroj v korunách. Stejnou tabulkou disponuje Softnorma i pro frézování.
Tabulka obráběných materiálů, v tomto případě pro materiály třídy 10, uvádí třídy obrobitelnosti pro různé technologie. Základní technologií je soustružení, dále je písmeny FR označeno frézování a BR broušení. V tabulce nechybí ani tvrdost a pev- nost každého materiálu.
Na těchto uvedených tabulkách lze vcelku jednoduše nastínit princip relační databáze, kdy k dosažení výsledku jsou potřeba hodnoty z obou tabulek. Například při určení omezující velikost hloubky záběru, kterou Softnorma také uvádí, musí pro- gram použít kombinaci obrobitelnosti a pevnosti materiálu spolu s příkonem obrábě- cího stroje, aby nedošlo k přetížení soustruhu. Hodnoty nejsou uvedeny v jedné ta- bulce a program tedy musí využít jen ty hodnoty, které potřebuje a musí je najít v da- tabázi, která pracuje prostřednictvím již zmíněných relací.
Nespornou výhodou programu Softrnorma je to, že v případě postrádání ně- kterého údaje, může uživatel tabulky v databázi snadno doplňovat o nové záznamy viz. obr 25 (ve spodní části obrázku je vidět fialově podbarvený panel, kde je pod písmenem „E“ možnost editace dané databáze).
Obr. 25 Obrazovka s nabídkou možnosti editace katalogu
Malou nevýhodou však je, že je možné doplňovat pouze databázové položky, jako jsou např.: výrobní stroj a číslo normy nástroje.
Když uživatel následně stiskne tlačítko „Insert“, tak Sofnorma vyobrazí žlutě podbarvenou tabulku, do které se zadají potřebné parametry, a tím se vytvoří nová položka databázové tabulky, kterou si software uloží do paměti viz. obr. 26.
Obr. 26 Příklad editace tabulky výrobních strojů
Údaje, které obsahují nějaký prvek potřebný k výpočtu, který je přímo napro- gramován v kódu softwaru Softnorma, nelze doplňovat. To se týká volby nástrojové- ho materiálu, která se zakládá na konstantách a exponentech potřebných do Taylo- rova vztahu viz. kapitola 2.2.1, obr. 8 B).
Všechny tabulky získané z programu Softnorma jsou uvedeny v příloze I.
