W dzisiejszych czasach projektowanie przy pomocy technologii CAD (Computer-Aided Design) jest nieodłącznym elementem nowoczesnej inżynierii i architektury. CAD umożliwia tworzenie trójwymiarowych modeli z niespotykaną wcześniej precyzją, co pozwala projektantom na wizualizację, analizę oraz optymalizację projektów na bardzo wczesnym etapie. Dzięki technikom modelowania 3D można testować wytrzymałość i funkcjonalność konstrukcji, przewidywać ich zachowanie w różnych warunkach oraz, co szczególnie ważne, unikać kosztownych błędów już w fazie projektowej.

Modele 3D są kluczowym narzędziem, które zmienia sposób myślenia o procesach produkcyjnych i projektowych. W CAD tworzy się modele nie tylko po to, by je zobaczyć, ale przede wszystkim by je analizować i udoskonalać. Programy CAD stosowane są w niemal każdej dziedzinie techniki – od projektowania budynków i infrastruktury, przez motoryzację, przemysł lotniczy, aż po tworzenie biżuterii, mebli oraz przygotowywanie modeli na potrzeby druku 3D. Dzięki CAD możliwe jest prototypowanie produktów oraz dostosowanie ich do specyficznych potrzeb, co zwiększa jakość finalnych projektów i skraca czas wdrażania na rynek.

Modelowanie bryłowe – To podstawowa technika modelowania, w której obiekty tworzy się, dodając lub odejmując proste bryły geometryczne, takie jak prostopadłościany, walce czy sfery. Modelowanie bryłowe jest szeroko stosowane w inżynierii mechanicznej, architekturze i projektowaniu produktów. Umożliwia ono tworzenie zarówno prostych, jak i złożonych kształtów, które można następnie analizować pod kątem wytrzymałości i właściwości strukturalnych. Grupa zajmująca się modelowaniem bryłowym omówi zalety i ograniczenia tej metody, narzędzia, jakie można stosować, oraz jej zastosowania w różnych dziedzinach techniki.

Modelowanie powierzchniowe – Modelowanie powierzchniowe umożliwia tworzenie skomplikowanych, gładkich powierzchni o precyzyjnie zdefiniowanych krzywiznach. Jest to technika bardziej zaawansowana od modelowania bryłowego i wymaga lepszych umiejętności oraz często bardziej zaawansowanego sprzętu komputerowego. Stosowana jest przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, gdzie projektowane są złożone kształty, takie jak karoserie pojazdów, obudowy urządzeń czy aerodynamiczne elementy skrzydeł. Grupa odpowiedzialna za modelowanie powierzchniowe zaprezentuje zalety tej techniki, przykłady zastosowania oraz wymagania sprzętowe.

Modelowanie parametryczne – Modelowanie parametryczne pozwala projektantom na tworzenie modeli, które można łatwo modyfikować przez zmianę parametrów takich jak wymiary, kąty i proporcje. Dzięki tej metodzie zmiany projektowe mogą być wprowadzane szybko i efektywnie, co jest nieocenione w inżynierii i projektowaniu przemysłowym. Przykładem mogą być modele produktów, które wymagają wielokrotnych zmian w zależności od wymagań klienta lub specyfikacji produkcji. Grupa zajmująca się modelowaniem parametrycznym omówi koncepcję parametryzacji, pokaże przykłady jej zastosowania oraz przedstawi korzyści płynące z tej metody, szczególnie w kontekście optymalizacji projektów.

Druk 3D i przygotowanie modeli CAD do druku – Druk 3D przynosi rewolucję w projektowaniu, pozwalając na szybkie prototypowanie i produkcję małoseryjną bez konieczności używania form czy skomplikowanych maszyn. Grupa zajmująca się drukiem 3D zbada, jak przygotować modele 3D z myślą o druku, uwzględniając ograniczenia technologiczne i wymagania materiałowe. Przykłady zastosowań obejmują prototypowanie elementów mechanicznych, drukowanie medycznych implantów, a nawet elementów architektonicznych. Grupa wyjaśni również, jakie aspekty projektowania są kluczowe dla prawidłowego drukowania modeli oraz omówi najnowsze trendy w tej dziedzinie.

Lista popularnych programów do projektowania CAD, zarówno dla początkujących, jak i zaawansowanych użytkowników:

• AutoCAD (Autodesk)

Jeden z najpopularniejszych programów CAD, oferujący szerokie możliwości projektowania 2D i 3D. Znajduje zastosowanie w architekturze, inżynierii oraz wielu innych branżach.

• Fusion 360 (Autodesk)

Program łączący funkcje CAD, CAM i CAE, idealny do projektowania mechanicznego, symulacji i produkcji. Fusion 360 jest popularny w branży inżynieryjnej i dla zastosowań w druku 3D.

• SolidWorks (Dassault Systèmes)

Profesjonalne oprogramowanie CAD 3D wykorzystywane głównie w inżynierii mechanicznej, projektowaniu produktów oraz modelowaniu przemysłowym.

• FreeCAD

Darmowy, open-source’owy program do modelowania parametrycznego, szczególnie przydatny w projektowaniu produktów mechanicznych i architektonicznych.

• Blender

Chociaż pierwotnie przeznaczony do modelowania artystycznego, Blender jest również stosowany do prostych projektów CAD. Oferuje zaawansowane funkcje modelowania i renderowania 3D.

• Tinkercad (Autodesk)

Prostota obsługi sprawia, że jest idealny dla początkujących i edukacji. Tinkercad umożliwia projektowanie 3D online i tworzenie modeli gotowych do druku 3D.

• Rhino (Rhinoceros)

Program do zaawansowanego modelowania powierzchniowego i parametrycznego, wykorzystywany w projektowaniu przemysłowym, jubilerstwie, architekturze i innych branżach wymagających precyzyjnego modelowania 3D.

• SketchUp

Intuicyjny program, popularny w architekturze i projektowaniu wnętrz, znany z łatwości obsługi i szybkiego tworzenia modeli 3D. Wersja podstawowa jest dostępna za darmo.

• BricsCAD

Alternatywa dla AutoCAD, oferująca narzędzia do projektowania 2D i 3D oraz obsługę formatu DWG. Popularny w projektowaniu architektonicznym i inżynierskim.

• Creo (PTC)

Zaawansowany program do projektowania CAD 3D, często wykorzystywany w inżynierii i produkcji przemysłowej. Oferuje rozbudowane funkcje parametryczne i symulacyjne.

Każdy z tych programów posiada unikalne funkcje i zastosowania, które można dopasować do różnych potrzeb projektowych w zakresie CAD.

Dnes budeme pracovat s metodou WebQuest.

Připravené aktivity budou trvat přibližně 10 hodin a umožní vám seznámit se s řešením konstrukce a provozu CNC strojů. Společně se zamyslíme nad tím, zda mají CNC stroje - číslicově řízené - potenciál stát se stroji budoucnosti? Jaké jsou šance, že CNC stroje nahradí konvenční stroje.

Vaším úkolem bude představit třídě formou prezentace vybrané typy CNC strojů, jejich technické možnosti, rozdíly mezi běžnými stroji, technické parametry, které charakterizují vybrané CNC stroje.

Po prostudování vašich prezentací budeme mít čas společně se zamyslet nad tím, které z nich jsou podle vás skutečně užitečné a které jsou jen zbytečnými pomůckami.

Budete pracovat ve čtyřech skupinách. Každá skupina připraví prezentaci popisující jedno z níže uvedených témat:

• Co jsou CNC - číslicově řízené stroje?

• Technické možnosti CNC obráběcích strojů

• Historie vývoje CNC strojů

• Srovnání možností konvenčních a číslicově řízených strojů

Ve své prezentaci:

• Uveďte příklady.

• Vyjádřete svůj názor.

• Nechte si poradit od odborníků.

• Porovnejte technické specifikace vybraných zařízení.

• Prokázat technické možnosti popsaného zařízení.

Na závěr budeme společně diskutovat o tom, zda mají číslicově řízené stroje šanci zcela vytlačit konvenční stroje z trhu, zda jsou CNC stroje technologií budoucnosti a zda se vyplatí za ně připlácet a zda to bude rentabilní.

V průběhu výuky se hodnotí:

• Závazek vůči skupině.

• Kvalita prezentace.

• Příspěvek k diskusi.

CNC stroje, nebo co?

CNC neboli počítačové číslicové řízení je stále rozšířenějším typem obráběcích strojů - soustruhů, frézek, elektroerozivních strojů a mnoha dalších. Není divu, že jsou voleny stále častěji - díky nim jsou výsledky práce vysoce reprodukovatelné, práce probíhá rychleji a jejich přesnost je nesrovnatelně vyšší než při ruční práci.

Provoz CNC strojů je založen na řídicím systému, který k řízení celého procesu využívá mikropočítač. Přesnost a opakovatelnost práce, kterou vykonávají, je zakořeněna v uzavřeném systému zpětné vazby, který způsobuje, že se každá součást obráběcího stroje po provedení zamýšlené práce vrací do své původní polohy a její poloha je průběžně korigována podle předpokladů uložených v řídicí jednotce.

Jak se programují CNC stroje?

Programování CNC obráběcích strojů probíhá ve dvou fázích. Nejprve se provede počítačem podporovaný návrh (CAD), který se pak musí převést do "jazyka", jemuž stroj rozumí, tj. do řídicího plánu stroje (CAM). Poté může následovat vlastní obrábění, tedy CNC.

V praxi se programování obráběcích strojů omezuje především na zadávání alfanumerického kódu pomocí vestavěného uživatelského rozhraní stroje, které kromě zadávání dat umožňuje také komunikaci s obsluhou stroje, zobrazování zpráv, umožnění pokračovat v provádění úlohy, opravu předpokladů souřadnicového systému, změnu parametrů nebo analýzu průběhu provádění nahraného programu.

K programování CNC obráběcích strojů jsou zapotřebí mezioborové dovednosti v oblasti programování, geometrie a fyziky a také rozvinutá prostorová představivost, která umožňuje vizualizaci plánovaného obrobku. Donedávna bylo standardem zadávat kód do stroje ručně, ale stále častěji se k tomuto účelu používají nosiče s již napsaným řídicím programem. Nejčastěji se právě ve čtečce převádějí pokyny do strojově srozumitelného systému elektrických impulzů (CAM). Dekodér v něm rozděluje informace na ty, které říkají tvar, rozměry a dráhu nástroje, a na technologické informace, tj. jaký nástroj učit, jak rychle pracovat nebo pohybovat noži.

Typy řídicích systémů

U strojů CNC se nejčastěji používají tři typy řízení. Jsou to: úsekové řízení - probíhá výhradně paralelně se souřadnicovými osami a odpovídá za pohyb nástroje s plánovanou rychlostí posuvu, bodové řízení - situuje použitý nástroj do přesně definované polohy vůči obrobku a tvarové řízení - jinak známé jako spojité řízení. Jedná se o vícerozměrné řízení s velmi širokým rozsahem pohybů, jehož účelem je provedení celého rozsahu tělesa (nebo figury). Může probíhat ve 2D, 2½D a 3D.

CNC obráběcí stroje jsou budoucnost, používají se dnes!

Ačkoli donedávna bylo používání počítačů v mnoha odvětvích lidského života neobvyklé, dnes si lze moderní průmyslové závody bez CNC strojů jen těžko představit. Nicméně i přes skutečnost, že umožňují automatizovat pracovní proces, je to stále člověk a jeho programátorské schopnosti, které hrají nejdůležitější roli. Právě jeho znalost stroje, technologií, obsluhy a převodu CAD do CAM určuje konečný výsledek v podobě vysoké opakovatelnosti, rychlosti výroby a také přesnosti, kterou nelze srovnávat s konvenčními zařízeními.

Konvenční a CNC obráběcí stroje jsou technické prostředky pro obrábění, zejména spojené s obráběním. Konvenční obráběcí stroje se dnes stále hojně používají. Mnoho technologických úloh nevyžaduje použití obráběcích strojů řízených číslicově pomocí počítače (CNC). Přesnost obrábění, kterou nabízejí konvenční obráběcí stroje, je v mnoha případech zcela dostačující. Tento typ obráběcích strojů se používá k přípravě polotovaru pro následné technologické operace, které se již provádějí na CNC obráběcích strojích.