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 pracovať s metódou Web Quest.

Pripravené aktivity budú trvať približne 10 hodín a umožnia vám oboznámiť sa s riešeniami konštrukcie a prevádzky CNC strojov. Spoločne sa zamyslíme nad tým, či majú CNC stroje - číslicovo riadené stroje - potenciál stať sa strojmi budúcnosti? Aké sú šance, že CNC stroje nahradia konvenčné stroje.

Vašou úlohou bude predstaviť triede formou prezentácie vybrané typy CNC strojov, ich technické možnosti, rozdiely medzi konvenčnými strojmi, technické parametre, ktoré charakterizujú vybrané CNC stroje.

Po preskúmaní vašich prezentácií budeme mať čas spoločne sa zamyslieť nad tým, ktoré z nich sú podľa vás skutočne užitočné a ktoré sú len zbytočnými pomôckami.

Pracovať budete v štyroch skupinách. Každá skupina pripraví prezentáciu, v ktorej opíše jednu z nižšie uvedených tém:

• Čo sú CNC - číslicovo riadené stroje?

• Technické možnosti CNC obrábacích strojov

• História vývoja CNC strojov

• Porovnanie možností konvenčných a číslicovo riadených strojov

Vo svojej prezentácii:

• Uveďte príklady.

• Vyjadrite svoj názor.

• Nechajte si poradiť od odborníkov.

• Porovnajte technické špecifikácie vybraných zariadení.

• Preukážte na technické možnosti opísaného zariadenia

Na záver budeme spoločne diskutovať o tom, či majú číslicovo riadené stroje šancu úplne vytlačiť konvenčné stroje z trhu, či sú CNC stroje technológiou budúcnosti a či sa oplatí za ne priplatiť a či to bude rentabilné.

V priebehu hodiny sa budú hodnotiť:

• Záväzok voči skupine.

• Kvalita prezentácie.

• Príspevok do diskusie.

CNC stroje, alebo čo?

CNC alebo počítačové číslicové riadenie je čoraz rozšírenejší typ obrábacích strojov - sústruhy, frézy, elektroerozívne stroje a mnohé ďalšie. Nie je prekvapujúce, že sa vyberajú čoraz častejšie - vďaka nim sú výsledky práce veľmi opakovateľné, práca ide rýchlejšie a jej presnosť je neporovnateľne vyššia ako pri ručnej práci.

Prevádzka CNC strojov je založená na riadiacom systéme, ktorý využíva mikropočítač na riadenie celého procesu. Presnosť a opakovateľnosť práce, ktorú vykonávajú, je zakorenená v uzavretom systéme spätnej väzby, ktorý spôsobuje, že každá súčasť obrábacieho stroja sa po vykonaní zamýšľanej práce vráti do svojej pôvodnej polohy a jej poloha sa priebežne koriguje podľa predpokladov uložených v riadiacej jednotke.

Ako sa programujú CNC stroje?

Programovanie CNC obrábacích strojov prebieha v dvoch fázach. Najprv sa vykoná počítačom podporovaný návrh (CAD), ktorý sa potom musí preložiť do "jazyka", ktorému stroj rozumie, t. j. do riadiaceho plánu stroja (CAM). Potom môže nasledovať samotné obrábanie, t. j. CNC.

V praxi sa programovanie obrábacích strojov obmedzuje najmä na zadávanie alfanumerického kódu pomocou zabudovaného používateľského rozhrania stroja, ktoré okrem zadávania údajov umožňuje aj komunikáciu s obsluhou stroja, zobrazovanie hlásení, umožnenie pokračovať v realizácii úlohy, opravu predpokladov súradnicového systému, zmenu parametrov alebo analýzu priebehu vykonávania nahraného programu.

Na programovanie CNC obrábacích strojov sú potrebné interdisciplinárne zručnosti v oblasti programovania, geometrie a fyziky, ako aj rozvinutá priestorová predstavivosť, ktorá umožňuje vizualizáciu plánovaného obrobku. Donedávna bolo štandardom zadávať kód do stroja ručne, ale čoraz častejšie sa na tento účel používajú nosiče s už napísaným riadiacim programom. Najčastejšie sa práve v čítačke pokyny prevádzajú na strojovo zrozumiteľný systém elektrických impulzov (CAM). Dekodér v ňom rozdeľuje informácie na tie, ktoré hovoria o tvare, rozmeroch a dráhe nástroja, a na technologické informácie, t. j. aký nástroj určiť, ako rýchlo pracovať alebo pohybovať nožmi.

Typy riadiacich systémov

Existujú tri najbežnejšie typy riadenia, ktoré sa používajú v strojoch CNC. Sú to:

úsekové riadenie - prebieha výlučne paralelne so súradnicovými osami a zodpovedá za pohyb nástroja s plánovanou rýchlosťou posuvu,

bodové riadenie - situovanie použitého nástroja do presne definovanej polohy vzhľadom na obrobok,

tvarové riadenie - inak známe ako spojité riadenie. Ide o viacrozmerné riadenie s veľmi širokým rozsahom pohybov, ktorého cieľom je vykonať celý rozsah telesa (alebo figúry). Môže prebiehať v 2D, 2½D a 3D.

CNC obrábacie stroje sú budúcnosťou, používajú sa už dnes!

Hoci donedávna bolo používanie počítačov v mnohých odvetviach ľudského života nezvyčajné, dnes je ťažké predstaviť si moderné priemyselné závody bez CNC strojov. Napriek tomu, že umožňujú automatizáciu pracovného procesu, najdôležitejšiu úlohu však stále zohráva človek a jeho programátorské schopnosti. Práve jeho znalosť stroja, technológií, obsluhy a konverzie CAD do CAM rozhoduje o konečnom výsledku v podobe vysokej opakovateľnosti, rýchlosti výroby, ako aj presnosti, ktorá sa nedá porovnať s konvenčnými zariadeniami.

Konvenčné a CNC obrábacie stroje sú technické prostriedky na obrábanie, ktoré sú spojené najmä s obrábaním. Konvenčné obrábacie stroje sa v súčasnosti stále široko používajú. Mnohé technologické úlohy si nevyžadujú použitie počítačom číslicovo riadených (CNC) obrábacích strojov. Presnosť obrábania, ktorú ponúkajú konvenčné obrábacie stroje, je v mnohých prípadoch úplne postačujúca. Tento typ obrábacích strojov sa používa na prípravu polotovaru pre následné technologické operácie, ktoré sa už vykonávajú na CNC obrábacích strojoch.