Úloha č.5
5. CAD ROTAČNĚ SYMETRICKÝCH PŘEDMĚTŮ .
1.Úvod Charakteristickým znakem současných výrobních provozů, kde se uplatňuje třískové obrábění, je použití NC a CNC strojů. Jejich nasazením se dosahuje větší produktivity a přesnosti práce při současném snížení ceny výrobku. Číslicově řízené stroje (NC) a počítačem řízené stroje (CNC) pracují automaticky a jejich činnost je elektronicky řízena předem připraveným programem. Pro tento účel je často využíván software CAD/CAM. Poněvadž považujeme za užitečné, aby se studenti v rámci předmětu "Základní technologické procesy" seznámili alespoň se základy tohoto systému, připravili jsme toto praktické cvičení. Při něm bude nepochybně hlavním objektem zájmu studentů malý mechanický soustruh firmy EMCO. 2. Technický popis stroje Malý mechanický soustruh EMCO Unimat Basic má stolní provedení a je určen pro školní výuku. V základní podobě (Basic), tj. s možností jen ručního ovládání, je znázorněn na Obr.1
Obr. 1. Čelní a půdorysný pohled na školní mechanický soustruh firmy EMCO, s vyznačením hlavních rozměrů a základních dílů stroje
1
Legenda 1- lože stroje s vřeteníkem,2- vodicí tyče,3- podélný suport,4- koník,5- otočný kryt,6objímka pro upevnění nožů,7- upínací sklíčidlo,8- kryt převodového ústrojí.9zapínaní/vypínaní vodícího šroubu,10- hlavní motor,11- nastavení otáček vřetene,12zapínání/vypínání motoru,13- plastový kryt nad sklíčidlem,14- ruční kolo příčného posuvu,15- vodicí šroub,16- ruční kolo posuvu pinoly koníka,17- ruční kolo podélného posuvu,18- zdroj pro napájení motoru 3. Ovládání stroje Soustruh můžeme ovládat ručně nebo počítačem, který je vybaven vhodným programem. V obou případech musíme ovšem uplatňovat předem stanovené technologické parametry výroby. 3.1. Ruční ovládání Při tomto tradičním způsobu obrábění ovládáme ručně posuv příčného suportu v každém případě, zatímco u posuvu podélného suportu můžeme zvolit mezi ovládáním ručním a strojovým. Při strojovém posuvu uvedeme v činnost vodicí šroub (Obr 1.pozice 15). Pro ruční ovládání posuvu suportů a pinoly koníka slouží ruční kolečka (obr. 1pozice 14,16,17), vybavená přestavitelným kroužkem se stupnicí. Stupnice je ve všech třech případech dělena po 0,05 mm. V tomto případě je třeba dát pozor u příčného posuvu, protože otočením ručního kola o jeden dílek se nůž posune o 0,05 mm, což způsobí změnu průměru obrobku o 0,1 mm. 3.2. Řízení soustruhu počítačem Princip automatizovaného soustružení řízeného osobním počítačem je celkem jednoduchý. V zásadě jde o nezávislé ovládání posuvů podélného a příčného suportu obráběcího stroje. Abychom toho dosáhli pomocí el. pulzů, vycházejících z počítače, je třeba soustruh v tom základním provedení, jak jsme se s ním seznámili v podkap.1., doplnit dvěma krokovými motory, které převedou el.výkonové pulzy na točivý moment. Ten se potom převede na hnací šrouby suportů ozubenými řemínky, jak je zřejmé např. z obr. 2.
Obr. 2 Umístění krokového motoru pro ovládání příčného suportu 1-lože příčného suportu, 2krokový motor, 3-plechový díl tvořící základnu motoru, 4hřídel motoru, 5-ozubený řemínek, 6-ruční kolo příčného posuvu
2
Dalším důležitým hardwarovým dílem řídicího systému je deska s elektronickými obvody, dodávaná výrobcem pod označením "deska krokového motoru". Je zasunuta do jednoho ze slotů PC a je napájená z vnějšího samostatného zdroje. Celý systém je samozřejmě řízen speciálním programem, který odborníci firmy EMCO nazvali Unimat PC. Jde o software CAD/CAM, umožňující jak nakreslit tvar součástky, tak i následně programově řídit její výrobu. Tento program je dosti obsáhlý.V následujících odstavcích se seznámíme alespoň s jeho menší částí. 4. Úvod k softwaru unimat PC Našim záměrem je v tomto okamžiku využít jen tu část obsáhlého programu,která pokrývá potřeby této úlohy tzn.umožňuje nakreslit obrys rotačního tělesa.Jeho počítačem řízená výroba bude následovat v jedné z dalších laboratorních úloh. 4.1.Vstupní informace k programu Po vyvolání programu UNIMAT se objeví vstupní obraz se siluetou stroje a logem firmy (obr. 3), který vybízí k zadání příkazu Enter. Po něm se již nacházíme v programu Unimat PC a na monitoru se objeví zobrazení sklíčidla a nástroje, nacházejícího se ve výchozí poloze, a u pravého okraje obrazovky jsou podávány aktuální informace.
Obr.3. Vstupní obraz programu Tímto způsobem (obr. 4 ) budeme trvale vizuálně informováni o momentálním stavu řešení programu a o každém kroku, který učiníme v průběhu jeho realizace. Budeme moci sledovat všechny úsečky, oblouky, důležité obrysové body, měnící se tvar obrobku atd. Souřadnicový systém U soustruhů se obráběcí nůž pohybuje jen v horizontální rovině, která zahrnuje osu stroje, a pro definování jeho polohy stačí tedy souřadnice X, Z. Systém je vyznačen na obr. 5. Směr os je volen tak, že v jejich kladném směru velikost obrobku vzrůstá a naopak. V kladném směru osy X vzrůstá průměr, v kladném směru osy Z se zvětšuje délka.
3
Obr. 4. Výchozí stav zobrazovacího systému počítačového programu Unimat PC 1- Oblast grafického zobrazování,2- Výpis polohy kurzoru,3- Výpis polohy nástroje,4- Prostor pro předávání zpráv,5- Výpis aktuálního menu s vyznačením jeho využívané položky
Obr.5. Souřadnicový systém školního soustruhu firmy EMCO Kurzor Základním pomocníkem při vytváření obrysu požadovaného tvaru obrobku je kurzor, jehož polohu můžeme libovolně měnit tím, že měníme úseky na osách X, Z. Kurzor se na obrazovce může zobrazovat dvojím způsobem: 1. jako nitkový kříž (průsečík os), což je zobrazení běžné a provede se automaticky, 2. ve zmenšeném tvaru,který můžeme vyvolat tlačítkem < . Návrat zpět k nitkovému kříži umožní tlačítko > .
4
4.2. Struktůra menu Software Unimat PC poskytuje tři úrovně menu, mezi nimiž lze přecházet bez omezení. Totéž platí pro jednotlivé položky v rámci dané úrovně menu. Přechod z nižší úrovně menu na vyšší umožní příkaz Escape. Mezi položkami stejné úrovně, tj. ve stejném menu, lze přecházet - bud' vyvolením příslušné funkce, pomocí tlačítek F1 až F10, - nebo pomocí mezerníku, krok za krokem shora dolů. Pro vykreslení obrysu rotačního tělesa (náplň popisované úlohy) stačí využít z hlavního menu programu UNIMAT jen druhou položku nazvanou kreslení.A z tohoto menu KRESLENÍ pak především jeho čtyři podmenu:Kurzor,Bod,Přímka,Oblouk (viz Souhrnný popis menu).
5
SOUHRNNÝ PŘEHLED MENU - anglická verze -
6
7
5. Popis jednolivých položek menu Kreslení |1|- Kurzor Úkolem tohoto submenu je stanovit polohu kurzoru na obrazovce. Přesouvání kurzoru Je umožněno pozičními a čtyřmi funkčními tlačítky: ↑↓← → ... posun ve směru šipky, PgUp… zdvojnásobení délky kroku, PgDn.... půlení délky kroku, Home… skok do středu obrazu, End... skok k referenčnímu bodu Vypočet číselných údajů V každém bodě submenu KURZOR je k dispozici „Činnost kalkulačky“ umožňující výpočet číselných hodnot,uplatněním běžných aritmetických a goniometrických funkcí.V každé položce submenu můžeme místo vyžadovaného čísla,které neznáme,použít libovolnou nabízenou funkci.Je možné používat závorky a uplatnit jejich členění do libovolné úrovně. Nabízené funkce Označení
Popis
----------------------------------------------------------- ----------+ - * : ………….. základní aritmetické úkony **
……………………..
SQRT
druhá mocnina
…………………… druhá odmocnina
SIN,COS,TAN ………goniometrické funkce pro úhel v rad DSIN,DCOS,DTAN …...goniometrické funkce pro úhel ve ° ASIN,ACOS,ATAN ………… cyklometrické funkce v rad DASIN,DACOS,DATAN ….….cyklometrické funkce ve ° ( )
…………………….…otevírací a zavírací závorka
PI
…………………….3,1415927 – Ludolfovo číslo
--------------------------------------------------------------------------
Poznámka Argumenty funkcí musí být uvedeny v závorkách
8
Určení polohy kurzoru přírůstkově (Fl)
Poznámka k zadání úkolu:
Kurzor se přesune ze stávající do nové polohy o
Znaménko + má úhel, jehož směr je opačný než
zadané hodnoty X, Z.
pohyb hodinových ručiček. Znaménko - má
Určení polohy kurzoru absolutně (F2) Poloha kurzoru je určena zadanými hodnotami souřadnic, jejichž výchozím bodem je bod referenční.
úhel, jehož směr je totožný s pohybem hodinových ručiček. Určení polohy kurzoru souřadnicí X a úhlem (F4) Zadaná hodnota X se projeví jako přírůstek. Příklad: X = 19 mm, A = - 45°
Určení polohy kurzoru poloměrem a úhlem (F3) Ze stávající polohy se kurzor posune o zadané velikosti poloměru R a úhlu A. Příklad: Zadejme R = 24 mm, A = - 30°.
Určení polohy kurzoru souřadnicí Z a úhlem (F5) Zadaná hodnota Z se projeví jako přírůstek. Z = 15 mm, A = - 35°
Příklad:
Určení polohy kurzoru
souřadnicí Z a úhlem (F5) Zadaná hodnota Z se projeví jako přírůstek. Příklad: Z = 15 mm, A = - 35°
9
Stanovení velikosti kroku kurzoru (F6) Velikost kroku je úsek, o který se kurzor posune při každém krátkodobém stisknutí tlačítka. Přidržením tlačítka se kroky opakují. Při vyvolání programu je velikost kroku 1 mm. Příklad: Krok kurzoru je třeba upravit na 2,5 mm.
Přesun kurzoru do středu obrazovky (F8) K tomuto bodu submeny KURZOR není třeba cokoli dodávat. Hledání průsečíku (F9) Pomocí tlačítek se šipkami přiblížíme kurzor k vyvolenému průsečíku a vybavíme F9. Tím kurzor přeskočí do nejblíže ležícího průsečíku. Průsečík mohou vytvořit: • dvě přímky, • dvě kružnice, • přímka a kružnice.
Přesun kurzoru k referenčnímu bodu (F7) Referenční bod je počátkem souřadného systému, znázorněného na obrazovce. Souřadnice referenčního bodu jsou tedy X = 0, Z=0. Poloha referenčního bodu: a) Není-li definován polotovar, leží referenční bod na ose Z v místě dorazu upínacího zařízení.
b) Při zadaném polotovaru leží referenční bod na jeho pravém okraji na ose Z.
10
|F2| - Bod V tomto submenu se stanovují pomocné body,které jsou základem tvorby geometrie (obrysu) součásti. Tak např. přímka je definována počátečním a koncovým bodem. Stanovení výchozího bodu (Fl) Vybavením funkce F 1 je bod, v němž se nachází kurzor, definován jako bod výchozí. Je to počáteční bod geometrického prvku (přímky, kružnice nebo kruhového oblouku). Aktivní počáteční bod je na obrazovce znázorněn symbolem „ > ". Stanovení koncového bodu (F2) Stiskem F2 definujeme bod, v němž se nachází kurzor, jako koncový bod geometrického prvku. Aktivní koncový bod je na obrazovce znázorněn symbolem „ < ".
Definování nového referenčního bodu (F5) Stiskem tlačítka F5 se bod, v němž se nachází kurzor, stává nově definovaným referenčním bodem. Skok k referenčnímu bodu (F6) Funkce F6 zajišťuje návrat kurzoru do referenčního bodu.
Stanovení středového bodu (F3) Stiskem F3 definujeme bod, v němž se nachází kurzor, jako středový bod kružnice nebo kruhového oblouku. Aktivní středový bod je na obrazovce znázorněn symbolem „ o ". Vizuální projev výchozího, koncového a středového bodu na obrazovce je tento:
Vyhledávání průsečíku (F7) Pomocí tlačítek ze šipkami přiblížíme nejdříve kurzor k vyvolenému průsečíku, načež stiskneme F7. Výsledkem je skok kurzoru do nejbližšího průsečíku.
Vyhledávání bodu (F4) Pomocí tlačítek ze šipkami posuneme kurzor do blízkosti hledaného bodu a vybavíme tlačítko F4. Tím kurzor přeskočí do nejbližšího bodu. Tato možnost je důležitá hlavně při obrábění, kdy se má pokračovat plynule od určitého bodu. V tomto případě se musí najíždět z přesné polohy bodu pomocí F4. Následující obrázek zachycuje situaci, kdy kurzor splývá s počátečním bodem přímky.
11
Začišt'ování rohů (F8) Pod pojmem začišťování rohů (čištění) se rozumí mazání přečnívajících části geometrických prvků.
.
Příklad. Dvě protínající se přímky mají vytvořit roh (špičku).Postup:Pomocí tlačítek ze šipkami přesuneme kurzor do blízkosti rohu, který má být začištěn.
Zkratka < a.k.e.> znamená použít jakékoliv tlačítko kromě Enter a Esc.Jedná se o zkratku anglického „any key except for Enter or Escape.
12
|F3| - Přímka Toto submenu umožňuje kreslit, měnit nebo vymazávat přímky. Kreslení přímky (F1) Předpokladem pro vykreslení přímky je zadání počátečního a koncového bodu. Následným stlačením F1 se zadané body spojí přímkou.
Příklad. Počáteční bod: X = 35 mm, Z = 65 mm Koncový bod: X = 25 mm, Z = 55 mm Vyhledávání přímku (F2) Kurzor přisuneme k hledané přímce a vybavíme funkci F2. Tím nastane přeskok kurzorem na přímku, která leží nejblíže. Účel: Má-li být přímka dále zpracovávaná, musí být nejdříve určena pomocí F2. Dělení přímky (F3)Kurzor přisuneme do bodu dělení a stiskneme tlačítko F3. Tím se přímka rozdělí do dvou částí, přičemž dělicí bod je. neviditelný. Účel: Má-li být zpracovávaná pouze část přímky, musí být od této části zbytek oddělen. Mazání přímku (F4) Kurzorem se přiblížíme k přímce, která má být smazána a stiskneme tlačítko F4. Kreslení rovnoběžných přímek (F5) Ke stávající přímce lze nakreslit rovnoběžku ve vzdálenosti, kterou zadáme. Příklad. .K nakreslené přímce je třeba vytvořit rovnoběžku ve vzdálenosti 5 mm
13
Kreslení normály (F6) Ke stávající přímce bude nakreslena normála (90°), která bude vycházet z bodu, k němuž přisuneme kurzor.
Kreslení tečny z bodu ke kružnici (F7) Je poskytována možnost nakreslit tečnu ke kružnici z bodu, který je dán aktuální polohou kurzoru.
14
Kreslení tečny ke dvěma kružnicím (obloukům) (F8) V této položce submeny PŘÍ MKA je možné nakreslit tečnu od jedné kružnice (oblouku) ke druhé kružnici (oblouku).
Vkládání fazety (45°) (F9) Fazetou se rozumí zkosení či sražení hrany, která vzniká na styku dvou ploch. Předpoklady: • V bodě předpokládaného sražení hrany se obě přímky jen dotýkají a nekřižují se. • Kurzor se nachází v blízkosti vzniklého rohu. Postup při vytvoření fazety 30 mm.
< Enter > Možnosti: < Enter > ... potvrzení požadovaného zkosení. < a.k.e. > ... přerušení instrukce „vkládání fazety"
15
Účel: Má-li být dále použita pouze část oblouku, musí být nejdříve oddělena od zbývající části.
|F4| - Oblouk V tomto submenu je možné nakreslit, změnit nebo vymazat kruhové oblouky či kružnice. Kreslení oblouku (Fl) V tomto bodě je umožněno nakreslit kruhový oblouk, jehož počáteční, středový a koncový bod byly již stanoveny.
Příklad použití: Kruhové oblouky větší než 90° je třeba rozdělit, poněvadž při opracování součásti způsobem podtáčení, musí být stanoven výchozí bod samostatného pracovního cyklu (viz menu PROGRAM).
Příklad. Počáteční bod: X = 35 mm, Z = 66 mm. Střed: X = 30 mm, Z = 58 mm. Koncový bod: X = 25 mm, Z = 55 mm. Stisknutím tlačítka F1 se nakreslí kruhový oblouk (ve směru proti otáčení hodinových ručiček) z počátečního bodu ke koncovému bodu.
Mazání oblouku (F4) K oblouku určenému ke smazání je třeba umístit kurzor a stisknout tlačítko F4. Upozornění: Příkaz „mazání" nelze po jeho provedení vrátit. Kreslení plné kružnice (F5) Je třeba postupovat v této posloupnosti: přemístit kurzor do místa, které má být středem kružnice, vybavit F5 a zadat poloměr kružnice. Příklad. Vytvoření úplné kružnice o poloměru R = 15 mm kolem bodu, v němž se nachází kurzor.
Poznámka Kruhové oblouky jsou vždy kresleny proti smyslu otáčení hodinových ručiček. Záměnou počátečního bodu za koncový a naopak se tedy změní poloha kruhového oblouku.
Hledání oblouku (F2) Je-li kurzor přemístěn do blízkosti oblouku, pak po vybavení F2 přeskočí kurzor na nejblíže ležící kruhový oblouk. Účel: Má-li se s obloukem dále pracovat, musí být nejdříve definován pomocí F2. Dělení oblouku (F3) Kurzor umístíme do dělicího bodu kruhového oblouku a stiskneme tlačítko F3. Tím se oblouk rozdělí, přičemž dělicí bod je neviditelný.
16
Kreslení oblouku daného třemi body (F6) Prvním krokem řešení je stanoveni dvou pevných bodů: výchozího a koncového. Třetím je bod, nacházející se na obvodu oblouku a je reprezentován polohou kurzoru. Po zadání dvou pevných bodů a stlačení funkčního tlačítka F6, se vykreslí oblouk, který začíná ve výchozím bodě, prochází polohou kurzoru a končí v koncovém bodě. Směr kreslení je vždy opačný než smysl otáčení hodinových ručiček. Volbou počátečního a koncového bodu můžeme tedy určovat polohu kruhového oblouku.
Příklad: Provést zaoblení rohu s poloměrem R = 5 mm.
<Enter> > Možnosti: < Enter > ... potvrzení požadovaného zaoblení, < a.k.e. > ... přerušení instrukce
Příklad. Počáteční bod: X = 25 mm, Z = 36 mm. Koncový bod: X = 16 mm, Z = 25 mm. Poloha kurzoru: X = 18 mm, Z = 32 mm.
Doplnění obrysu dvou prvků (F8) Je třeba aby obrys součásti byl uzavřen, a proto přechod mezi dvěma geometrickými prvky (body, přímkami, kružnicemi a oblouky) musí být plynulý. Toho lze dosáhnout vložením oblouku, který tečně oba prvky propojí.
Po stisknuti tlačítka F6 získáme zobrazení oblouku včetně vykreslení jeho středu.
Poznámka. Chceme-li doplnit (navázat) obrys kružnice nebo oblouku, jsme systémem dotázáni na způsob doplnění. Jsou tyto dvě možnosti: Zaoblení rohu (F7) V místě kolmého dotyku dvou přímek vzniká roh, který z konstrukčních a výrobních důvodů nemůže být zcela ostrý. Je třeba provést jeho zaoblení, definované určitou velikostí poloměru R V tomto bodě submeny OBLOUK toho můžeme dosáhnout za těchto předpokladů: - obě přímky se musí dotýkat v bodě, který tvoří roh, - kurzor se nachází v blízkosti tohoto rohu.
Doplnění před kružnicí.
Doplnění obepnutím kružnice.
17
Příklady týkající se doplnění obrysu dvou prvků Příklad 1.
Příklad 2.
Navázání bodu jedné přímky s bodem druhé přímky vloženým obloukem.
Navázání bodu jedné přímky s jinou přímkou vloženým obloukem.
18
Příklad 3. Navázání bodu přímky s obloukem, pomocí vloženého oblouku.
Příklad 4. Navázání přímky s obloukem, pomocí vloženého oblouku.
Dále následuje naprosto stejný postup jako v předcházejícím případě. Použitelný segment je vyznačen zalomenými šipkami. Výsledek.
19
|F5|- Kreslení viditelných hran Vykreslení viditelných (obvodových) hran není sice nezbytné pro vlastní výrobu, má však velký význam při utváření celkové představy o součástce a je též v souladu s požadavky norem. Hrany zviditelňujeme jednu po druhé a to tímto jednoduchým postupem: • přisuneme kurzor k uvažované hraně, • vybavíme funkci F5 stejně označeným tlačítkem. Hrany se zakreslí od obrysu až k ose Z.
|F7|- Začišťování obrysu obrobku Při vytváření obrazu součásti se často stane, že se prvky obrysu protínají s přesahem. Pro obrábění polotovaru je ovšem zapotřebí, aby obrys součásti byl plynulý. Proto je třeba body, v nichž se geometrické prvky protínají „začistit" (viz příklad). K tomu slouží, v rámci menu KRESLENÍ, funkce F7. Poznámka. V průběhu začišťování (čištění) obrysu jsme dotázáni na typ obrysu. Jsou tyto dvě možnosti: Otevřený obrys.
|F6|- Zrcadlení obrysu obrobku Součástky vyráběné na soustruhu, jsou rotačně symetrické. Jejich obrys je tedy pod a nad osou otáčení stejný. Je proto pochopitelné, že v menu KRESLENÍ je vyžadováno nakreslit jen spodní část obrysu (pod osou Z). Horní část se vytvoří jako zrcadlový obraz. Dosáhneme toho tlačítkem F6. Po jeho stlačení zůstává zrcadleni v činnosti. Všechny části obrysu naprogramované po stisku F6 jsou tedy doprovázeny svým zrcadlovým obrazem. Opětným stiskem F6 je zrcadlení odvoláno.
Uzavřený obrys.
20
Příklad: Postup při čištění obrysu, znázorněného na obrázku.
|F8|- Mazání geometrického prvku Nacházíme-li se v menu KRESLENÍ, můžeme pouhým stiskem tlačítka F8 vymazat libovolný geometrický prvek (přímku, kružnici nebo oblouk), který se nachází nejblíže u kurzoru. Upozornění: Instrukce mazání nemůže být po svém provedení odvolána.
|F9|- Úplné mazání Vymazání všech prvků zobrazených na stínítku se provede takto:
<Enter> Jiná možnost:
... instrukce mazání je přerušena
21
6. Rychlý způsob kreslení Výkonným způsobem programování je způsob zvaný „Hotkeys". Jedná se o využití vybraných tlačítek, jimž byly přiřazeny důležité funkce. U softwaru Unimat PC je tento systém účinný na každé úrovni menu. Způsobem „Hotkeys" můžeme tedy rychle vytvářet a zobrazovat obrys součásti. Možnosti tlačítek Hotkeys
Tlačítko I
Instrukce kurzoru Posouvání kurzoru
/
Posouvání přírůstkově kurzoru zadáním poloměru a úhlu Kurzor do středu obrazu Kurzor k referenčnímu bodu Zdvojení dél kroku Půlení délky kroku
Home End PgUp PgDn
Tlačítko N W Z > <
Tlačítko P L A X
Instrukce pro obrazovku Nové kreslení obsahu obrazovky Zvětšování 'řezu okna obrazu Zvětšení obrobku Kurzor jako nitkový kříž Zmenšený tvar kurzoru tvar kurzoru
Instrukce prohledávání Nalezení bodu Vyhledáváni přímky Vyhledáváni kružnice oblouku Vyhledáváni průsečíku
Tlačítko R C Y +
Geometrické instrukce Vkládání zaoblení Vkládání fazety 45° Čištění rohu Kreslení přímky ke kurzoru
-
Mazání prvku
Poznámka. Zadávaná písmena mohou být velká i malá.
22
23
