Tvorba šachových figurek pomocí CAx technologií ve výuce na ČVUT Praha

Ústav technologie obrábění, projektování a metrologie využívá pro výuku studentů rozličné CAx systémy včetně CAM systému PowerMILL od společnosti Delcam (nyní CAD CAM SYSTEMS s.r.o.) – výrobce Autodesk, Inc. Ve školním roce 2012-2013 studenti realizovali projekt tvorby šachových figurek při využití CAx technologií. O realizaci tohoto projektu se více dozvíte v tomto článku.

Představení projektu

Projekt se zaměřoval na komplexní zpracování výroby součástek při využití CAx programů – zcela konkrétně šachových figurek. Prvotním krokem byla konstrukce modelů figurek s přihlédnutím na možnost výroby na CNC strojích, které ČVUT používá. Pro takto vytvořené modely se  za použití CAM programu vytvořily dráhy nástrojů a NC programy pro obrábění na stroji. Po obrobení součástí proběhlo metrologické srovnání s původním CAD modelem. Součástí projektu byla i ekonomická a materiálová analýza jak samotných součástí, tak i nástrojů a strojního vybavení.

Návrh šachových figurek

Každý člen týmu vypracoval návrh možného tvaru jednotlivých šachových  figurek. Z jednotlivých návrhů byly vybrány specifické designové prvky, které budou tvořit konečný návrh figurek. Po schválení finální varianty designu figurek byly figurky dále upraveny tak, aby mohla být realizována jejich výroba.

Materiály a nástrojové vybavení

Z různých dostupných materiálů byl nakonech zvolen Polyamid 6 z důvodu přijatelné ceny, vhodných obráběcích vlastností a krátké dodací lhůtě. Polyamidy PA6 lze používat pro aplikace, kde je zapotřebí vyšší tvrdosti a otěruvzdornosti materiálu, malý koeficient tření a vysoká únosnost. Polyamid 6 se využívá i na výrobu ložisek, kluzných ložisek, ozubených kol apod.

Zvolené nástroje použité při obrábění:

  • Kulová fréza Ø4, Ø6, Ø10
  • Kuželová fréza 30°
  • Válcová fréza Ø10

Na základě materiálu byly pro obráběcí nástroje stanoveny řezné podmínky. Tyto řezné podmínky poté byly ověřeny a optimalizovány na zkušebním kusu. Na základě testovacího obrábění došlo ke zvětšení posuvu na zub, aby nedocházelo k pálení materiálu při obrábění vlivem malého průřezu třísky. Na základě doporučení výrobce HSS nástrojů se řezná rychlost pro obrábění termoplastů pohybuje v rozsahu 20 – 30 m/min. Maximální povolené otáčky byly 5000 ot/min, vzhledem k možnostem stroje FCM 22 CNC.

Z dodaného bloku materiálu byly vytvořeny polotovary pro jednotlivé šachové figurky. Z důvodu bezpečnosti, aby nedošlo ke kolizi vřetene 4. osy stroje s obráběcím nástrojem byl pro upnutí polotovaru zvolen přídavek 40 mm. Při výpočtu polotovaru byl brán úvahu také přídavek pro zarovnání čela, který byl nastaven v rozmezí 3 – 5 mm. Velikosti polotovarů byly 50x50mm s výškou od 120 do 150mm podle typu šachové figurky.

Obrábění figurek v CAM

Pro tvorbu drah nástroje obrábění byl použit CAM software PowerMILL 2012 R2 od společnosti Delcam (nyní CAD CAM SYSTEMS s.r.o.). K následnému vygenerování NC kódu pro obráběcí CNC stroj FCM 22 byl použit postprocesor fcm22_4osy_v3-2.opt a software Mikronex Mikroprog-F.

Aby byla zvýšena tuhost upnutí obrobku, bylo nutné snížit hloubu třísky, díky čemu se zvýšil počet obráběcích strategií. Figurky se obráběly postupně od volného konce po jednotlivých částech. Pro identické části figurek byl zvolen stejný postup obrábění rotačního hrubování střední části figurky. Shodné také byly strategie pro obrobení podstavce, které využívaly strategie dokončení ploch řádkováním a obrábění plochy geometrie. Výsledky obrábění jsou patrné z obrázků simulace programu PowerMILL, které jsou součástí galerie na konci tohoto článku.

Vyhodnocení rozměrů figurek metrologickou metodou

Pro kontrolu výsledku obrábění byly změřeny dvě figurky: pěšec a věž. Na obou figurkách se měřily společné podstavy, prvky kroucené stojny a také další detaily, které nejsou u figurek shodné. Naměřené hodnoty z obrobených figurek byly porovnány s 3D modelem figurek. Obrábění bylo prováděno pro věž s tolerancí 0,1mm a pro pěšce 0,05mm. Výsledek porovnání figurky pěšce je také zobrazen v galerii.

Projekt realizovali

Bc. DUCHÁČEK Petr
Bc. LUKAVSKÝ Michal
Bc. OPĚLA Jiří
Bc. PRES Pavel
Bc. ROUČKA Jiří