1 Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program Dr. Makó Ildikó - Dr. Zsiga Zoltán Forgácsolástechnológ...
Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program
Dr. Makó Ildikó - Dr. Zsiga Zoltán
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése II. NC/CNC programozói ismeretek, számítógéppel segített CNC programozás Szakmérnöki jegyzet
Készült
„A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében Miskolci Egyetem
Miskolc 2006.
Tartalomjegyzék
1. 2.
3.
4.
Bevezetés.................................................................................................................. 4 NC/CNC technika alapjai......................................................................................... 5 2.1. A számítógéppel segített gyártás jellemzői .............................................................. 5 2.2. Az NC technika alapelve, általános jellemzői.......................................................... 8 2.3. CNC-vel történő gyártás információ feldolgozási folyamata, általános jellemzői 15 2.3.1. A külső adatfeldolgozás módszerei, jellemzői ........................................... 16 2.3.2. A belső adatfeldolgozás jellemzői.............................................................. 21 2.3.3. Az információleképzés jellemzői, eszközei ............................................... 25 2.3.4. Számjegyvezérlésű gépek útmérő berendezései ........................................ 28 2.3.5. CNC gépek jellegzetes pozícionálási módjai ............................................. 35 2.3.6. CNC gépek geometriai információs rendszere........................................... 39 CNC gépek kézi programozásának alapjai............................................................. 47 3.1. CNC programozás nyelvi eszközei ........................................................................ 47 3.1.1. Egy ISO NCL utasításrendszer felépítése .................................................. 47 3.1.2. Egyszerű programozási mintapélda ........................................................... 76 3.1.3. A Sinumerik 810 T vezérlés utasításai....................................................... 82 Számítógéppel segített CNC programozás alapelemeI .......................................... 84 4.1. A számítógéppel támogatott programozás jellegzetességei ................................... 84 4.2. Integrált mérnöki tervezőrendszerek...................................................................... 84 4.3. Felületek tipikus származtatási módszerei különös tekintettel a szabad térbeli felületekre............................................................................................................... 84 4.3.1. Hálófelületek készítése............................................................................... 85 4.4. Jellegzetes felületek származtatási módszerei........................................................ 87 4.4.1. Felületek létrehozása pontokból................................................................. 87 4.4.2. Görbéken fektetett felületek ....................................................................... 92 4.4.3. Érintőfelület létrehozása............................................................................. 99 4.4.4. Felület létrehozása metszeteiből............................................................... 100 4.4.5. Söprött (Swept) felületek létrehozása ...................................................... 102 4.5. A geometria és a megmunkálás egymáshoz rendelése......................................... 107 4.5.1. A Megmunkálás applikáció eszköztárai................................................... 107 4.5.2. Megmunkálási program létrehozásának elemei ....................................... 108 4.5.3. Jellegzetes megmunkálási példák............................................................. 115 4.6. Komplex feladat megoldása ................................................................................. 128 4.6.1. Műveletek és szerszámpályák létrehozása ............................................... 129 4.6.2. Posztprocesszálás ..................................................................................... 139 4.6.3. Posztprocesszor írása................................................................................ 142 A Unigraphics NX program beépített szerszámkönyvtára............................................ 143
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
1. BEVEZETÉS A számjegyvezérlésű szerszámgépek ipari alkalmazása napjainkra több, mint 50 éves múltat tudhat maga mögött, s ezen időszakban alkalmazása rendkívül széleskörűvé vált. A számjegyvezérlés elvét az iparban számos területen alkalmazzák (forgácsoló szerszámgépek, képlékenyalakító szerszámgépek, robotok, agregát egységek, stb.). Az NC technika teremtette meg a gyártócellák és gyártórendszerek létrehozásának lehetőségeit is. Az elmondottak alapján egy olyan anyag írását tűztük ki célul, amely értelmezi és összefoglalja az NC technika alapvető fogalmait és jellemzőit. A tananyag első részében a manuális programozás megalapozásaként ismerteti az információfeldolgozás folyamatát és a jellegzetes információleképző mechanizmusokat. Bemutatja a számjegyvezérlésű gépeken leggyakrabban alkalmazott útmérő eszközöket és rávilágít az illesztés néhány kérdésére. Példákon keresztül bemutatja a jellegzetes pozícionálási módokat és ismerteti néhány tipikusnak tekinthető NC szerszámgép geometriai rendszerét. Végül összefoglalja a kézi programozáshoz szükséges alapvető ismereteket és néhány példarészlet segítségével szemlélteti azok alkalmazását. A tananyag második része a számítógéppel segített NC programozást alapozza meg. A bonyolult térbeli felületek, vagy szabad felületek esetén a manuális NC programozás a geometriai összetettsége miatt nem valósítható meg. Ilyenkor a felület modelljét számítógép segítségével valamilyen CAD rendszerben hozzuk létre, és a a geometriai modell alapján hozunk létre NC programokat, generálunk szerszámpályákat, vizualizáljuk az anyagleválasztást, szimuláljuk a megmunkálást és végezzük a posztprocesszálást. Az anyag második részében a CAM szoftverek használatának jellegzetes tevékenységeit tekintjük át a Unigraphics NX szoftver segítségével.
4
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2. NC/CNC TECHNIKA ALAPJAI 2.1. A számítógéppel segített gyártás jellemzői Napjainkban az élet szinte minden területén teret hódított a számítógépek alkalmazása, természetesen a gépipari gyártási, termelési rendszerek sem lehetnek kivételek. A vállalatirányítási, a tervezési, a technológiai, anyagellátási folyamatok terén adódó feladatok megoldására hálózatba kapcsolt számítógépes rendszereket hoznak létre, amelyeket CIM rendszereknek szokás nevezni (Computer Integrated Manufacturing). A 2-1. ábra egy un. háromszintű CIM modell funkcióit mutatja be az adott terület jellegzetes feladatait megnevezve. Vállalat irányitás Igazgatás, ügyvitel MIS Konstrukciós terv. CAD
Központi adatbázis
Technológiai terv. CAPP
Termelés tervezés PPS Anyaggazdálk., raktározás CAST Anyag, Energia
A vállalatirányítás körébe tartozik a kereskedelem, a pénzügy és az anyaggazdálkodás is természetesen az igazgatási, ellenőrzési és a HR feladatok mellett. A CAD, a konstrukciós tervezés és fejlesztés, a CAPP a technológiai folyamatok s ezen belül a CNC programozás feladatait foglalja össze. A termelési folyamatok tervezése a PPS munkahelyeken történik. Természetesen az anyag és szerszámellátás, a raktározás feladatai is ugyanúgy számítógépes irányításúak, mint a minőségbiztosítás, s ezek a tevékenységek közvetlen kapcsolatban vannak a technológiai folyamatokkal. A korszerű termelési rendszerek technológiai folyamataiban az alkalmazott technológiai erőforrások különféle intelligenciájú, feladatú számítógépes irányító rendszerrel működtetett eszközök. Ezek lehetnek egyedi CNC gépek, robotok kiszolgáló eszközök, integrált gyártórendszerek, gyártócellák, automatizált raktárak, programozható anyagmozgató berendezések. A számítógéppel segített gyártás szakterületen elfogadottan használják az egyes szakkifejezések angol nyelvű változataiból képzett betűszavakat, s ezeket a 2-1. Táblázat foglalja öszsze.
5
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
NC CNC CIM MC DNC MIS JIT Caxx CAD CAE CAPP CAM CAQA CAST CASE MRP PPS ROC PLC FMC FMS AGV LAN MAP WS HOST C. NCL APT WOP ONC UIC
Numerical Control Computer Numerical Control Computer Integrated Manufacturing Manufacturing Centre Distributed Numerical Control Management Information System Just in Time Computer Aided……… Design Engineering Process Planning Manufacturing Quality Assurance Storing & Transport Software Engineering Manufacturing Resource Planning Production Planning & Scheduling Robot Controller Programmable Logical Controller Flexible Manufacturing Cell Flexible Manufacturing System Automatically Guided Vehicle Local Area Network Manufacturing Automation Protocol Workstation Host Computer Numerical Control Language Automatically Programmed Tool Workshop Oriented Programming Open NC Universal Industrial Controller
Számjegyes Vezérlés Számítógépes Számjegyes Vezérlés Számítógéppel Integrált Gyártás Megmunkáló központ Elosztott NC Vezetési Információs Rendszer Pont Időben gyártásszervezési mód Számítógéppel Segített…… Tervezés (termék) Mérnöki Tevékenység Technológiai Folyamat Tervezés Gyártás Minőségbiztosítás Raktározás és Szállítás Szoftver készítés Gyártás Erőforrás Tervezés Termelési Folyamat Tervezés és Ütemezés Robot Vezérlés Programozható Logikai Vezérlés Rugalmas Gyártócella Rugalmas Gyártórendszer Robotkocsi Helyi Hálózat Gyártásautomatizálási Protokoll Munkaállomás Rendszergazda Számítógép NC Programnyelv Automatikus Szerszámpálya Programozás Műhelyszintű Programozás Nyitott Struktúrájú NC Általános Ipari Vezérlő 2-1. Táblázat
A gépipari gyártási folyamatok jellemzően ún. diszkrét gyártási folyamatok, melynek az alapvető jellemzői a következők: •
a munkadarabok térben, a gyártási részfolyamataik időben elhatárolhatóak,
6
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
a folyamatok ciklikusak, s ezek megvalósításához jellemzően alkalmasak a programvezérelt gyártóeszközök,
•
irányításuk összetett, sok funkcióra irányuló tevékenység, melyben a számítógép alkalmazásának különös jelentősége van.
A diszkrét gyártási folyamatok jellegzetes automatizált gyártóeszközeit a tömegszerűségrugalmasság síkon a 2-2. ábra mutatja. Merev programú, kötött ütemű gépek
Tömegszerűség
Gépsorok Célgépek Átállitható gépek
Mechanikus automata Ütközős programvez.
Rugalmasan programozható rendszerek
FMS FMC MC CNC
Rugalmasság, termék sokféleség
2-2. ábra Jellegzetes automatizált szerszámgépek A gépsorok, a célgépek a tömeggyártás eszközei. A gyártási információk, úgymint a geometria, a technológia, valamint a megmunkálási sorrend a rendszer tervezésekor és építésekor kerül meghatározásra és teljes egészében beépül a felhasznált építőelemek jellemzőjeként. Ezen rendszerek programjai üzemszerűen nem változtathatóak meg, a munkadarabok megmunkálása a tervezéskor meghatározott, kötött sorrendben történik. A célgépek és a gépsorok vezérlésére régebben kombinációs és szekvenciális hálózatokból épített vezérlőket, manapság PLC-ket használnak. Az átállítható gépek, a mechanikus automaták és az ütközős programvezérlésű gépek közös jellemzője, hogy a megmunkáló programjaik már módosíthatóak, de ez a tevékenység klaszszikus értelemben még nem nevezhető programozásnak. A mechanikus automaták esetén a programot a vezérlő mechanizmus megtervezésével, előállításával és összeszerelésével hozzák létre. A geometriai, a technológiai és a sorrendi információkat a gép mechanizmusai és a vezérlő rendszere tárolja. A gép villamos vezérléssel nem rendelkezik. Az ütközős programvezérlésű gépek alapvető jellegzetessége, hogy a geometriai információk, a mozgások célpontjainak megadására és tárolására az elmozduló szánokra szerelt ún. ütközőléc-ütköző-érzékelő rendszereket építenek, s így az elmozdulások végpontjai az ütkö7
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése zők átállításával, mintegy „programozásával” egyszerűen megváltoztathatóak. A technológiai és sorrendi adatokat a gép egyéb mechanizmusai (főhajtás, előtoló hajtások) tárolják. Az ütközős gépeket gyakran egyszerű logikai vezérlők, ma PLC-k irányítják, sőt olykor egyszerűen programozhatóak is. Az ilyen típusú vezérlési módokat ma manipulátoroknál, kiszolgáló eszközöknél használják. A számítógéppel megvalósított automatizálás hozta létre a leginkább rugalmas technológiai rendszereket és erőforrásokat. Ezek közös jellemzője, hogy a gyártási folyamatokhoz szükséges összes információt (geometria, technológia, szekvencia) egy alkalmasan megírt programban adjuk meg, s a technológiai rendszer ezen programok végrehajtásával hozza létre a gyártmányokat. A rugalmas gyártócellák (FMC) és a rugalmas gyártórendszerek (FMS) egyidejűleg több különböző alkatrész időben változtatható sorrendű, kötetlen ütemű gyártására alkalmas technológiai rendszerek. Az FMC-k néhány CNC szerszámgépből, megmunkálóközpontból (MC), az ezeket kiszolgáló robotból, valamint kiegészítő anyagtároló, ellátó, és mérőberendezésből állhatnak, az eszközök működésének összehangolását a cellairányító számítógép (FMCC) végzi az aktuális termelési program szerint. A rugalmas gyártórendszerek (FMS) cellákból és/vagy egyedi technológiai erőforrásokból épülnek fel. A munkahelyek közötti anyag és szerszámmozgatás jellemző eszközei a vezető nélküli targoncák (AGV). A gyártórendszerek része az automatizált raktár a nyersdarabok, előgyártmányok, félkész- és késztermékek, a technológiai folyamatokhoz szükséges szerszámok, készülékek, segédanyagok tárolásához. A rugalmas gyártórendszerek működését értelemszerűen a cellairányító számítógép (FMSC) koordinálja és felügyeli természetesen az aktuális termelési program szerint. Ezek az automatizált gyártási rendszerek adják az alapvető feltételeit az ún. JIT, Just in Time, Pont Időben tipusú, minimális raktárkészlettel működő gyártásszervezésnek. A megmunkáló központok (MC) olyan CNC gépek, amelyek többféle technológia megvalósítására, s ennek következtében komplexebb munkadarabok előállítására alkalmasak, s automatikus szerszámellátással rendelkeznek. A legjellegzetesebb, legismertebb megmunkáló központ típusok a következők: •
fúró- maró MC
•
eszterga MC
•
lemezmegmunkáló MC.
Az „egyszerű” CNC szerszámgépek egy adott technológia megvalósítására szolgálnak, hasonlóan, mint az univerzális szerszámgépek. A megmunkáló-központoktól alapvetően a szűkebb technológiai szolgáltatási lehetőségük különbözteti meg, rendelkezhetnek automatikus szerszám- és munkadarab ellátással is.
2.2. Az NC technika alapelve, általános jellemzői Mi az NC? Az NC vezérlés bonyolult (technológiai) berendezés irányítására szolgáló eszköz, amely: •
Számítógép alapú (CNC)
•
Digitális
•
Rugalmasan programozható
•
A programutasítások számjegyes formában megadott adatok vagy kódok
•
A programot számjegyes formában tárolja 8
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
A vezérlés valósidejű, a mozgáspályákat valós időben generálja
A technológiai folyamatok elemeikre bonthatóak, melyek számadatokkal vagy kódokkal megadhatóak, az elemek a gépi funkciók. Egy egyszerű technológiai folyamatot szemléltet a 2-3. ábra. A példán az első technológiai lépés a munkadarab megközelítése. Az N5 sorszámú mondat az ehhez szükséges gépi funkciókat kiváltó utasításokat tartalmazza: G00 : gyorsmeneti mozgás X, Y, Z : a célpont koordináták S500: főorsó forgási sebesség F0.2: előtolási érték forgácsoláshoz M4: főorsó forgás indítása A többi programmondatban is rendre a megközelítés, hűtés bekapcsolás, majd a fúrás, fúró kiemelés, főorsó és hűtés kikapcsolás van programozva. Z F
S
z3 z1 z2 Y
xk
yk
Gépi funkciók és az NC utasítások kapcsolata
X
N5G00X(xk )Y(yk)Z(z3)S500F0.2M4 N10Z(z1)M8 N15G1Z(z2 )F0.2 N20G00Z(z1) N25Z(z3)M5M9 ............. X
2-3. ábra Az NC alapelve
9
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
Az NC technika kialakulása a II. világháború utáni időszakra esett. A fejlesztés elindítója a repülőgépgyártás igénye, a szárnyprofilok és a bonyolult monolit alkatrészek előállítására alkalmas automatizált gyártóeszközök létrehozása. A fejlődés dinamikáját egyértelműen az irányítástechnika, a számítástechnika, az elektronika, félvezető-technika fejlődése határozta meg. A fejlődés rövid története az alábbi: 1949-52 USA: az első NC gép megjelenése (MIT Messachusetts Institute of Technology) 1950-es évek: Európai megjelenés 1963 Magyarország: MFS-320 marógép, 1965 ERI-250 eszterga, Csepeli Szerszámgépgyár, 1974 mikroprocesszorok: CNC gépek 1981 multiprocesszoros vezérlések, FMS, FMC 1982 CNC fogazógépek, köszörűk 1985 CIM rendszerek 1990 OPEN CNC Vezérlések fejlesztésével foglalkozó vállalatok itthon: VILATI, SZTAKI, EMG A fejlesztés kezdetén ún. konvencionális (KNC) vezérlések építésére volt mód, a CNC vezérlések építése csak a mikroprocesszorok, a nagyintegráltságú félvezető áramkörök és memóriák megjelenése után vált lehetővé. A vezérléstípusok legfontosabb jellemzői az alábbiak: Az NC (KNC) vezérlés fő jellemzői • Rögzített logika • Lyukszalagos, mágnesszalagos programbevitel • Nincs programtárolás • Nincs programjavítási, szerkesztési lehetőség • NC funkciók száma korlátozott A CNC vezérlések fő jellemzői • Szabadon programozható logika (nem a felhasználó által!) • Számítógépes programbevitel • Tárolt alkatrészprogram • Programszerkesztés, javítás, helyszíni programírás • On-, Off –line szimuláció • Rendszerbe kapcsolhatóság FMS, FMC, DNC • Nagy számú NC funkció, felügyelet A mai gyakorlatban már kizárólag CNC gépeket építenek! Napjainkban a CNC technikát a gyártóeszközök irányítására rendkívül széleskörűen alkalmazzák. A gépek szolgáltatásai igen sokrétűek, a vezérlők jelfeldolgozási sebessége már nem jelent korlátot a gépek tervezőinek. Az alkalmazási területeket az alábbiakban foglaltuk össze a teljesség igénye nélkül: Forgácsoló szerszámgépek • Marógépek, Fúró-maró megmunkáló központok • Esztergák, Eszterga megmunkáló központok 10
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
• Fogazógépek • Köszörűgépek Forgács nélküli alakítógépek • Lemezalakító gépek, élhajlítók, ollók, kivágók, megmunkáló központok • Csőhajlítók Különleges technológiák gépei • Lézeres kivágók • Vízsugaras kivágók • Fröccsöntő gépek • Szikraforgácsolók Faipari megmunkáló gépek Mérőgépek Robotok
A CNC technika alkalmazásának természetesen jelentős kihatása van a gyártás-előkészítés, a gyártástervezés az alkatrésztervezés, a gyártási környezet terén. Ezek a hatások lehetnek előnyök és hátrányok egyaránt. A legfontosabbnak ítélt hatásokat az alábbiakban foglaltuk össze: Közvetlen előnyök Bonyolult felületek gyárthatóak viszonylag egyszerűen és gazdaságosan (kúp, gömb, menet, szabad felület, stb.) Egyenletes az egyes gyártmányok minősége, egyszerűbb szerelési feladatok Nagyobb termelékenység, rövidebb mellékidők (szerszámcserélők, mérőrendszerek, pozicionáló rendszerek) Univerzális befogó és felfogó készülékek alkalmazhatóak Egy felfogásban komplexebb készremunkálás A technológia racionalizálási lehetősége (megmunkáló ciklusok, forgácsolási stratégiák) Egyszerű, szabványos szerszámok alkalmazási lehetősége (pályagenerálás) Közvetett előnyök Nagyobb technológiai fegyelmet kíván, növeli a technikai, technológiai kultúra színvonalát A gyártmánytervezés nagyobb szabadsága Magasabban kvalifikált kezelőszemélyzet Csökkennek a szubjektív hibák Rendszerbe szervezhetőek Biztosabb gyártástervezés, pontosabb gyártásütemezés Raktározási költségek csökkennek
11
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése Hátrányok Viszonylag nagy beszerzési költség, magas gépköltség Szigorúbb, költségesebb előgyártmány Fegyelmezettebb környezet, pontos szerszám, program és munkadarab ellátás (ez természetesen egyben előny is!) Az előnyök biztosításához természetesen a CNC gépek építése is fokozott igényeket támaszt a gyártókkal szemben: korszerű eszközök, technikák, építési elvek alkalmazását. A hatások elemzésekor néhány dologra különösen érdemes odafigyelni. Elsőként arra, hogy az NC gépeken egyszerű, szabványos szerszámokkal bonyolult, összetett, alakos felületeket is problémamentesen tudunk előállítani. Ennek forrása, hogy a CNC vezérlés valósidőben generálja, számítja a szerszámpályákat, amelyek a felhasználó szempontjából szinte tetszőlegesek lehetnek. Elmarad az alakos szerszámok használata, nem kellenek a gyártáshoz különleges készülékek. A másik jelentős jellemző, hogy a CNC gépek termelékenysége lényegesen jobb lehet, mint a hagyományos gyártóeszközöké. Ennek oka, hogy jelentősen csökkennek a mellékidők a nagy sebességű pozicionáló rendszerek, szerszám- és estlegesen munkadarab-cserélők alkalmazásának következtében. Fontos termelékenységnövelő tényező a gép saját útmérőrendszerének léte is, mert elhagyhatóak a műveletközi kezelői méretellenőrzések. Példaként megemlítjük, hogy furatok megmunkálásánál a körinterpolációval elvégezhető nagyolási műveletek is jelentős termelékenység növelést és szerszám-megtakarítást eredményeznek. Az NC technika alkalmazása jelentős hatással van a szerszámgépek tervezésére, felépítésére. A 2-4. ábra egy eszterga példáján mutatja be a legfontosabb jellegzetességeket.
2-4. ábra EPA 320 CNC eszterga felépítési vázlata Az ábra alapján a fő építőelemek az alábbiak: • 1, 2 gépágy elemek •
3 lábazati hajtómű
•
4, 5 az alapszán (Z), és a keresztszán (X) a revolverfejjel
•
6 hidraulikus szegnyereg 12
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
7 automata tokmány, főorsó
•
8 forgácskihordó
•
9 szerszámtartó revolverfej
•
10 főorsó elfordulás mérő (menetesztergálás!)
A „ferdeágyas” felépítés jellegzetesen a munkatér automatikus kiszolgálás és forgácseltávolítás célját szolgálja. A CNC gépekre jellemző, hogy a különböző funkciókhoz önálló, egymástól kinematikailag független mechanizmusokat építenek saját végrehajtó motorokkal, nincsenek a hagyományos gépeknél megszokott hosszú mechanikus kinematikai láncok. Az egymással szigorú kapcsolatban lévő mozgások kapcsolatai a vezérlésen keresztül realizálódnak. A 2-5. ábra a fenti eszterga főhajtásának és fordulatszám ábrájának felépítését mutatja, a 2-6. ábra pedig a teljesítmény-nyomaték karakterisztikáját ábrázolja. Mindkét ábrát szemlélve felismerhetjük a jellegzetes, egyenáramú főmotoros hajtás sajátosságait. A mai korszerű gépek főhajtásaiban egyen- és váltóáramú szabályozható fordulatszámú motorokat, s legújabban a főorsóval egybeépített ún. orsómotorokat használnak.
2-5. ábra Az EPA 320 CNC eszterga főhajtás kinematikai vázlata és fordulatszám ábrája
13
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2-6. ábra EPA 320 eszterga teljesítmény-nyomaték karakterisztika A pozicionáló rendszereket, a mellékhajtásokat is a koordinátánkénti önálló felépítés jellemzi. A 2-7. ábra az EPA 320 eszterga kettős szánrendszerének kinematikai vázlatát mutatja.
2-7. ábra Az EPA 320 CNC eszterga szánrendszerének kinematikai vázlata A végrehajtó elemek koordinátánként egyenáramú szervomotorok, a mozgás-átalakítók golyósorsók, az elmozdulás-érzékelők pedig ún. forgó impulzusadók. A megmunkáló központok felépítésére is az esztergapéldán bemutatottak a jellemzőek, természetesen a feladatuk különbözőségéből fakadó eltérésekkel. A 2-8. ábra a TC3 fúrómaró megmunkáló központ példáján szemlélteti ezt. A gép három lineáris szánnal és kettő (az ábrán csak az egyik látható) forgó asztallal van építve, tehát egy ún. 5D-s gép. Jellegzetes elem a kör szerszámtár, és a szerszámcserét végrehajtó cserélő manipulátor a kettős markolóval. A szerszámcsere folyamatát a mozgáselemek sorszámai alapján kísérhetjük végig (lásd 2-9. ábra). Az 1-5 lépések a következő szerszám előkészítő mozgásai, 6-10-ig a csere, 11-15-ig a kivett szerszám tárba történő visszahelyezése.
14
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
Szerszámtár
Szerszám-cser élő
Y-szán
Körasztal
X-szán Főhajtómű
Y X
Z
Z-szán
2-8. ábra A TC3 fúró-maró megmunkáló központ
2-9. ábra TC3 megmunkáló központ szerszámcserélő rendszere
2.3. CNC-vel történő gyártás információ feldolgozási folyamata, általános jellemzői A CNC technika alkalmazása során a gyártási folyamatban jellegzetes információ feldolgozási feladatokat kell elvégezni. Ezek egy része a gyártás-előkészítés körébe tartozik, a többi a feladat értelmezése és végrehajtása, mely már a gyártóeszközön realizálódik. A 2-10. ábra ezen feladatsort mutatja.
15
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése Feladat leírás
Alapjel képzés
Információ leképzés
Munkadarab Rajz / Grafikus modell
Külső adatfeldolgozás
Programozás
Belső adatfeldolgozás CNC
Program hordozó Lyukszalag Mágnesszalag Mágneslemez Memória kártya
Kézi programozás
P L C D A
MST Pozicionálás
Főbb feladatok Kommunikácíó Program ellenőrzés Program tárolás Vezérlési feladatok Pozicionálás irányítás Felügyelet
2.3.1. A külső adatfeldolgozás módszerei, jellemzői Az első szakaszban a technológiai feladatot kell megfogalmazni a CNC gép számára érthető módon és formában, vagyis el kell készíteni a CNC programot. A programírásnak természetesen különféle eljárásai, módszerei, programnyelvei és szabályai vannak. Az alapvető eljárás a kézi programozás. Programnyelve a DIN66025 szabványnak megfelelő ún. szócímzésű NC programnyelv. Természetesen a programot az adott gépre értelmezett nyelven kell megírni, ezt a változatot nevezzük az adott gép utasításrendszerének. Az utasításrendszer az általános utasításkészletből csak az adott gépen használt, értelmezett utasításokat és azok használati szabályait tartalmazza. A mai korszerű CNC gépek esetében az utasításrendszer jellemzői gyakran függhetnek a gép installálásakor elvégzett beállításoktól is. A pontos, korrekt ismeret nélkülözhetetlen a programozó számára a hibátlan és hatékony programok megírásához. A kézi programozás több időben sorosan elvégzendő tevékenységből áll. Ezt a 2-11. ábra mutatja be.
16
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése NC műveleterv
Rajz
Felfogási terv
CNC utasitásrendszer Programozói tudás ISO NCL ASCII kód
Szerszámterv
Mozgásciklus terv
Programkézirat
Szövegszerkesztő
Programhordozó
Próbaforgácsolás Dokumentálás
2-11. ábra A kézi programozás folyamata A kézi programozás bemenő adatai a munkadarab rajza és a megmunkálás NC műveletterve. A rajz esetében az a szerencsés, ha készítője azt már az NC gyártáshoz alkalmazkodóan készítette, a méretlánc kialakítása, a bázisfelületek kiválasztása során figyelembe vette az NC gyártás lehetőségeit és kívánalmait. Az NC művelettervek készítésénél természetesen érvényesek a hagyományos gyártás művelettervezési szabályai is, de figyelembe veendő, hogy a CNC gépeken összetettebb, több felületre kiterjedő megmunkálási lépéseket szoktunk egy műveletként kezelni. A rendező elv: egy szerszám egy művelet. A másik fontos sajátosság, hogy már itt meg kell vizsgálni és tervezni a vezérlés speciális szolgáltatásainak a használatát is. Ilyen legfontosabb szolgáltatások a különféle részfeladatokhoz használható fúró, maró, esztergálási, menetmegmunkáló stb. szubrutinok. Ezek használatával a programozási folyamatot egyszerűsíthetjük, könnyíthetjük, a programokat racionalizálhatjuk. A felfogási terv készítésénél a hagyományos gyártástervezésnél is megszokott módon meg kell határozni, ki kell választani a munkadarab helyzet-meghatározásának módját, a befogás, felfogás tipikus vagy egyedi eszközeit és módszereit. Jellegzetesen NC specifikus feladat az ún. programozási koordinátarendszer kijelölése. Általánosan igaz, hogy a munkadarab mindenegyes felfogási helyzetéhez tartozik egy-egy programozási koordináta rendszer. A programozás során a munkadarab méreteit, a programozandó geometriai adatokat ebben a koordinátarendszerben értelmezzük, ezért kijelölésekor akkor járunk el helyesen, ha nem kell a rajz mérethálóját átszerkeszteni, s a szubjektív hibák csökkentése érdekében a méretek többsége a pozitív síknegyedbe esik. A CNC gépeken a munkadarabok felfogására gyakran használnak egyszerűsített, univerzális felfogó készülékeket, ún. palettákat.
17
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése A szerszámozási terv készítése valamilyen formában minden automatizált gyártási folyamat tervezésének elengedhetetlen része, hisz az automaták kivétel nélkül mind ún. előbeállított szerszámokkal dolgoznak. A hagyományos gyártás tervezésekor is kell szerszámozási tervet készíteni. Ekkor kiválasztjuk a rendelkezésre álló készletből a feladat elvégzésére alkalmas szerszámokat, meghatározzuk technológiai jellemzőiket, a gépre való felfogásuk eszközeit, módszereit. CNC gépeken mindig korszerű, egyszerű geometriájú, szabványos, váltólapkás szerszámok alkalmazására kell törekedni. Az NC technika lehetőségeinek egyik fontos jellemzője, hogy egyszerű szerszámokkal összetett, bonyolult felületek állíthatók elő, s ennek következtében elmarad az ún. alakos szerszámok alkalmazásának szükségessége. A szerszámozási terv készítésének CNC specifikuma a szerszám-koordinátarendszer és a szerszám programozott pont kijelölése, a szerszám típuskódjának meghatározása. Ezek kijelölésénél arra kell törekedni, hogy a szerszámok méreteit, az ún. szerszám hosszkorrekciókat mind a szerszámgépen, mind mérő-beállító készülékben egyszerűen meg lehessen határozni. Ez a magyarázata, hogy eszterga-szerű szerszámok programozott pontjaként a szerszám csúcssugár koordinátatengelyekkel párhuzamos érintőinek metszéspontját, míg forgó szerszámok esetén a forgástengely és a szerszám homloksíkjának döféspontját szokás kijelölni. A szerszámokat a szerszámtárakba vagy a revolverfejekbe egy-egy megfelelő közvetítő, illesztő elem, az ún. szerszámtartó közvetítésével lehet befogni. A kézi programozás előkészítésekor célszerű a mozgásciklus terveket is elkészíteni. Ebben a dokumentumban a szerszámpályák vázlatait készítik el meghatározva a mozgástípusokat és a célpontokat. A későbbiekben ezek a vázlatok nagyon jól vezetik, segítik a programozót, lehetővé teszik az ütközések elkerülését, a téves mozgások programozását, valamint a szimuláció során a szerszámpályák megjelenítésekor a programozott és a tervezett összevetésével könnyű hibafeltárást biztosítanak. A programírás előkészítése után elkészíthetjük a programlistát és a programhordozót. Korábban e két dokumentumot időben egymás után készítették, a programhordozó elkészítéséhez egy külön speciális eszközt használtak. A személyi számítógépek, a PC-k megjelenésével és elterjedésével ma már egy alkalmasan megválasztott szövegszerkesztővel (pl. Word Notpad) a programlista írásakor a program automatikusan tárolódik a PC memóriájában ASCII kódú formában. Ebből szükség szerint nyomtatott listát, és különféle programhordozókat (floppy, mágneskártya, stb.) készíthetünk, vagy a programot közvetlenül hálózaton keresztül a CNC vezérlés memóriájába tölthetjük (pl. az RS232 párhuzamos porton keresztül.) A programírás során szigorúan be kell tartani az adott CNC gép utasításrendszerében előírtakat, valamint maximálisan ki kell használni a vezérlés szolgáltatásait. Kézi programozás során a munkadarab kontúrt programozzuk, a szükséges geometriai- vagy pályakorrekciózást a CNC vezérlés a program végrehajtása során on-line végzi el. A kézi programozási eljárást 2-2,5D-s, esetleg egyszerűbb 3D-s feladatokhoz tudjuk alkalmazni. A 3-5D-s programok a nagy és olykor bonyolult számítási feladatok miatt már csak számítógépes eljárással készíthetőek el. Gyakori, hogy számítógépes programozás során a CNC programok a szerszámpályák adatait tartalmazzák, a geometriai- vagy pályakorrekciók számítását a számítógép off-line végzi el. A programok és a programhordozó elkészítését a program tesztelése, a próbaforgácsolás követi. Ezt rendszerint a programozó technológus irányítja, vezeti, mert így az estleges hibák a lehető leggyorsabban kijavíthatók. A programbelövés során elvégzendő feladatok az alábbiak: •
A program szintaktikai ellenőrzése (a vezérlés elvégzi).
•
A munkadarab felfogása, a nullponteltolások meghatározása.
18
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
A szerszámozás ellenőrzése, a szerszámadatok betöltése, meghatározása.
•
A program üres tesztfuttatása a vezérlés sajátosságai szerint.
•
Próbaforgácsolás, a technológia és a geometria ellenőrzése.
•
A felmerült hibák javítása, feljegyzése.
A programbelövést a dokumentálás követi. A különböző felhasználóknál más és más szokások, szabályok vonatkozhatnak a programdokumentációkra, de a formai különbözőségek ellenére minden dokumentációnak annyi és olyan információt kell tartalmaznia, hogy a programot egy hozzáértő a lehető legrövidebb időn belül reprodukálni, újrafuttatni tudja. A programdokumentációnak tartalmaznia kell: •
A program, a gép, a munkadarab, a programozó azonosítóit,
•
A végleges programlistát,
•
A programhordozót,
•
A felfogási tervet,
•
A szerszámozási tervet, az esetleges szerszám adatlapokat,
•
A kezelői utasításokat.
A számítógépes CNC programozási eljárásokat napjainkban a programírás helyétől függően két fő csoportba szokás osztani: •
Programozói munkahelyen (irodában) történő programozás.
•
Műhelyszintű (gép melletti) programozás, ún. WOP.
Ma már a nagy teljesítményű személyi számítógépek, PC-k viszonylag alacsony áron beszerezhetőek, valamint CNC vezérlésként is alkalmazhatóak, ezért a kétféle eljárás hardver feltételei is egyszerűen megteremthetőek. A hardver eszközökön túlmenően természetesen a szükséges szoftvereknek is széles választéka áll ma a felhasználók rendelkezésére. A számítógépes CNC programozás általánosítható jellemzőit a 2-12. ábra mutatja be.
19
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
Posztprocesszor: az adott géphez a CLDATA-t illesztő program
CLDATA File : technológiától függő, általános programformátum
NCL File
Próbaforgácsolás Dokumentálás
CLDATA File
Posztprocesszorok
Posztprocesszálás
Szerszámpálya generálás
CAD File
Technológiai feldolgozás
NCművelet terv
Geometriai feldolgozás
Rajz
Tecnológiai és Szerszám adatok
Interaktiv bevitel CAD
APT program
Szimuláció Editálás ISO NCL
2-12. ábra Számítógéppel segített CNC programozás folyamata A számítógépes programozási folyamatoknál különböző eljárásokkal, módszerekkel lehet a feladatot továbbfeldolgozásra betölteni, a rendszerbe bevinni. Az egyik lehetőség, amikor egy magas-szintű, ún. feladatorientált APT típusú programnyelven elkészítjük az alkatrész NC programját, s ezt felhasználva készíttetjük el a CNC gép által értelmezhető ISO nyelvű NC programot. Természetesen ekkor a feldolgozáshoz rendelkezni kell a megfelelő APT processzorral. A másik lehetőség, mikor a rendszer rendelkezik valamilyen CAD programmal, melynek segítségével mintegy megtervezzük a munkadarabot a programozás első lépéseként. A harmadik módszer, amikor a külső CAD munkahelyről kapott CAD-fájlt használjuk fel az alkatrész definiálására. A programozó rendszerek általában rendelkeznek a geometriai fájlok fogadási szolgáltatásával. A technológia programozása vagy a megfelelő adatok meghatározott formátumú megadásával, a programozó szoftver ajánlataiból, háttéradataiból történő válogatással, vagy vegyesen történik. A szerszámok is háttértárból válogathatók, de önálló definiálásra is van általában lehetőség. Az adatok geometriai és a technológiai feldolgozása eredményeként létrejönnek a szerszámpálya felületek adatai, s ennek jóváhagyása után elkészül a speciális formátumban rögzített CNC program, az ún. CLDATA file. A CLDATA file formátumú programot a CNC vezérlések nem „értik”, közvetlenül nem tudják olvasni és végrehajtani. A különböző technológiákhoz (esztergálás, marás, fúrás, szikraforgácsolás, stb.) más-más CLDATA formátumok tartoznak. Az azonos technológiát megvalósító gépek is többfélék, egymástól kisebb-nagyobb mértékben eltérőek lehetnek, tehát a végrehajtható NC programjaik is eltérhetnek. A CLDATA formátumú programból a posztprocesszálás során állítják elő az adott CNC gép által végrehajtható NC programot. Tehát a posztprocesszálást, vagy utófeldolgozást tekinthetjük az adott technológiai programnak az aktuális CNC géphez történő illesztésének. A posztprocesszált program már ISO/DIN formátumú, szükség esetén javítható, szerkeszthető, módosítható. A számítógépes eljárással elkészített CNC programot, a szerszámozási és a felfogási terveket is felhasználva le kell ellenőrizni, el kell végezni a próbafuttatásukat, hasonlóan mint a kézi programozási eljárásoknál. A programok általában jelentősen nagyobb terjedelműek, mint a kézi eljárással előállítottak, bonyolultabbak a munkadarabok, a programok többnyire a 20
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése szerszámpályák s nem a kontúr adatait tartalmazzák. Mindezek miatt itt sokkal jelentősebb segítség a CNC vezérlés szimulációs szolgáltatása. A javított, korrigált programokat hasonlóan dokumentálni kell, mint a kézi eljárásoknál.
2.3.2. A belső adatfeldolgozás jellemzői Az elkészített CNC programot a vezérlésbe betöltve azzal további információ feldolgozási feladatokat kell végezni azzal a céllal, hogy olyan alapjeleket, parancsokat állítsunk elő, melyeket végrehajtva a gép létrehozza a munkadarabot. A belső adatfeldolgozás feladatait a CNC vezérlés végzi el. A legfontosabb feladatok az alábbiak: •
Kezelői és hálózati kommunikáció
•
Programbeolvasás, kimentés
•
Programtárolás
•
Vezérlési feladatok irányítása
•
Pozícionálási feladatok végrehajtásának irányítása
A belső adatfeldolgozási feladatokat ellátó CNC vezérlés funkcióábráját a 2-13. ábra mutatja. LAN Kezelőpult
Display Kijelzők
Program I/O
Memória CPU
RAM ROM
DNC Kommunikáció
BUS ill.
Hálózati modul
BELSŐ BUS
PLC Vezérlési funkciók
Vezérelt mechanizmusok, jeladók
Tengelyek Pozicionálás, Útmérés
Alapjelképző Interpolátor
Pozicionáló rendszerek GÉP
2-13. ábra Egy CNC vezérlés funkcióinak ábrája
21
Felügyelet
Szenzorok
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése A korszerű CNC vezérlések felépítési struktúrája a számítógép-struktúrákhoz hasonló. A belső adatforgalom az ún. BUS-okon történik, ezekre lehet csatlakoztatni a kiépítettségnek megfelelő modulokat. A kezelőpult a gépkezelővel való kommunikáció elemeit tartalmazza (lásd később), a kijelző ma többnyire színes, esetleg monochrom képernyő, amely alkalmas alfa-numerikus jelek és grafikus ábrák megjelenítésére. Program be-és kiviteli eszközként ma már ritkán használnak lyuk- vagy mágnesszalagos perifériákat, elsősorban a külső számítógépes kapcsolatokhoz szükséges lehetőségeket építik ki. Ezt a feladatot láthatja el a hálózati modul, melynek segítségével a DNC üzem is megvalósítható. A vezérlés lelke a központi egység a CPU, amelyből egy vezérlésben akár több is lehet (multiprocesszoros vezérlések). A számítógépek felépítéséhez hasonlóan a CNC vezérlések memóriái is a két alaptípusra oszthatók. A ROM típusú memóriában itt is az ún. üzemi szoftverek, a FIRMWARE-k helyezkednek el. Ennek a szoftvernek a feladata a vezérlés működésének a meghatározása, ezt a vezérlés gyártó írja és teszi fel . A felhasználónak alapvetően ehhez nincs s nem is kell, hogy legyen hozzáférése. A RAM típusú memória mindazon adatokat, programokat tárolja, amelyekhez a felhasználónak, a gépkezelőnek hozzáférést kell biztosítani. Ilyen jellemző adatfileok pl. a megmunkáló programok, a szerszámadatok, korrekciók, beállítási adatok, stb. Természetesen a mai korszerű vezérlésekben a memóriák már mindig tartalomvédettek, a gép kikapcsolásakor nem vesznek el a korábban betöltött, beírt adatok. A vezérlési feladatok végrehajtásához a CNC vezérlésekben integrált PLC modulokat találunk. Ezen modulok adják ki a vezérlő parancsokat és fogadják a végrehajtást nyugtázó jeleket. A tengelymodulok irányítják a pozícionálási folyamatokat, ellátják a helyzetérzékeléssel, az útmérésekkel kapcsolatos teendőket. Az alapjelképző, vagy interpolátor a CNC vezérléseknek egy sajátos, igen fontos eleme. Feladata, hogy a programban megadott pályaelemek végpontjai közé beinterpolálja, kiszámítsa on-line a pálya közbülső pontjait, az egymást követő pozícionálások célpontjait. A pályák jellegzetes típusai az egyenes vagy lineáris és a körpályák. A különféle térgörbe szerszámpályákat az NC vezérlések általában elemi lineáris mozgásokkal közelítik és helyettesítik. A felügyeleti funkciók vezérlésenként, kiépítettségtől függően igen sokfélék lehetnek. Az alapfeladatok a vezérlés és a gép működőképességének az ellenőrzései, pl. tápfeszültségek megléte, hidraulikus és hűtőrendszerek feltöltöttsége, működtető nyomások, biztonsági és reteszelő kapcsolók működőképessége, stb. Külön szolgáltatás lehet a szerszám éltartam felügyelet, amely lehet ún. passzív és aktív felügyelet. Passzív felügyelet esetén a vezérlés az adott szerszámnak a forgácsolásban töltött idejét méri, s ezzel csökkenti a szerszámadatok között megadott induló éltartamot, s megfelelő időpontban jelzi az eléletlenedést. Az aktív szerszám éltartam felügyelet során az éltartam csökkenést a szerszám tényleges terhelése alapján számolja és jelzi a vezérlés. Természetesen ezen esetben a gépen a terhelés meghatározásához szükséges szenzorokat is be kell építeni a rendszerbe a megfelelő feldolgozó algoritmusok mellett. A felügyeletek további opcionális lehetősége a technológiai folyamatok felügyeletének a kiépítése a túlterhelések, túlmelegedések, káros rezgések kialakulásának elkerülése érdekében. A CNC vezérlések szolgáltatási színvonala az idők folyamán folytonosan változik, egyre több lehetőséget, támogatást nyújt a CNC felhasználók kényelmét, az üzembiztonságot szolgálva. A belső adatfeldolgozás fontos feladata a kezelői kommunikáció, s ezt a kezelőpulton keresztül lehet bonyolítani. A 2-14. ábra a Sinumerik 810T CNC vezérlés kezelőpultját ábrázol22
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése ja. Az ábra természetesen a Siemens vezérlés jellemzőit mutatja, de alkalmas a CNC vezérlések általánosságainak a bemutatására is.
2-14. ábra A Sinumerik 810T CNC eszterga kezelőpultja A vezérlésen jelölt jellegzetes kezelőelemek az alábbiak: 1. Képernyő, betűk és számok, egyszerű ábrák, programok, státus adatok, hibaüzenetek megjelenítésére. 2. Soft-Key vagy lágybillentyűzet. Semleges billentyűk, az üzemelés során változó státusuk a képernyő alján a billentyű fölötti mezőben kerül kijelzésre. 3. Program I/O, RS232 interface külső számítógéppel való kommunikációhoz. 4. Üzemmód választó többállású kapcsoló 5. Vezérlés bekapcsoló nyomógomb 6. Reset nyomógomb 7. NC Start/Stop nyomógombok 8. Főorsó Start/Stop nyomógombok 9. Előtolás Start/Stop nyomógombok 10. Előtolás OVERRIDE kapcsoló, mellette a főorsó OVERRIDE 11. Szánmozgató JOG nyomógomb mező 12. Program szerkesztő nyomógomb mező: bevitel, törlés, csere, kurzor, lapozó, kijelző, címre ugrató 23
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése 13. Adatbeviteli szűkített tasztatúra: számok, betűk, egyéb karakterek 14. Kijelző mező A kezelő elemek egy része ún. specifikus, vagy megnevezett kapcsoló vagy nyomógomb, ezek mindig ugyanazon feladatra szolgálnak. A lágybillentyűk, a semleges nyomógombok mindenkori feladata a vezérlés pillanatnyi státusának megfelelő. Ezzel a kezelőelemek számát tudták csökkenteni, a kezelőpult áttekinthetősége jelentősen jobb lett. A CNC gépeknek az éppen elvégzendő feladatokhoz illeszkedően többféle üzemmódjuk van, ezek a különféle vezérlésgyártók szokása, ízlése szerint különféleképpen jeleníthetők meg, nevezhetők el, de tartalmukban mindenképpen megfigyelhetők a sajátos, általános jellemzők. Az általánosítható üzemmódok az alábbiak: • JOG vagy Beállító üzemmód: gépkezelésre, szánok szerszámrendszerek mozgatására, általában a bekapcsolást követő ellenőrzések elvégzésére használják. Gyakori, hogy sok egyéb más üzemmódot a JOG-on keresztül lehet elérni. Ebből az üzemmódból választható általában a Kézikerék használat, amely igen nagy segítséget ad különösen a gépbeállítások során. • REF referenciapont felvételi üzemmód: A CNC gépek túlnyomó részénél létező, az automatikus üzemmód alapfeltételeként alkalmazott üzemmód. Feladata a gép szánjainak helyzetét és a szánhelyzeteket tároló regiszterek tartalmát reprodukálható módon történően egymáshoz rendelni, más szavakkal a gép geometriai rendszeréből a gépi koordinátarendszert kijelölni, „feléleszteni”. Referenciapont felvételt csak a növekményes útméréssel felszerelt gépeknél kell végrehajtani. Ez gyakran a bekapcsolást követően kézi parancsokkal történik, de az újabb gépeknél lehet kezelői beavatkozás nélkül automatikusan végrehajtott is. • MDI kézi adatbevitel üzemmód: a CNC gép a kezelőpultról bevitt komplett utasítássorokkal, mondatokkal üzemeltethető, de ezek az utasítások nem tárolódnak el, tehát ez nem programozási üzemmód. • EDIT programszerkesztő üzemmód: a memóriában tárolt, illetve tárolandó programok írására, szerkesztésére, javítására szolgál. A vezérlések jelentős támogatást nyújthatnak a szerkesztéshez, megadhatják az utasítások jelentését, a könyvtári szubrutinokat és használatuk módját, stb. Amikor a teljes számítógépes CNC programozást a gép mellett végzik úgy, hogy a CNC gép párhuzamosan egy másik programot hajt végre, akkor beszélünk műhelyszintű programozásról, WOP-ról. • AUT automata üzemmód: a programok futtatására szolgál. A CNC gépeken alapként kétféle programfuttatási lehetőség van. A Mondatonkénti futtatást elsősorban a programbelövés során használják, a kész programot folyamatos futtatás üzemmódban alkalmazzák. Vannak speciális CNC gépek, ahol a folyamatos futtatás is vonatkozhat egyetlen munkadarabra, vagy egy-egy sorozatra (pl. CNC rúdautomaták). A korszerű CNC gépeknél előfordul, hogy a programfuttatás során on-line szimulációra is van lehetőség. • SIM szimuláció üzemmód: Önálló, vagy alüzemmód lehet, programkészítés vagy gyártáselőkészítés során használjuk elsősorban. • SERVÍZ üzemmód: Gépbeállítás javítás esetén a szervízmérnök munkáját segíti, általában jelszavas elérési lehetőséggel. • TOOL, ZERO szerszámkezelési illetve nullponteltolás kezelési üzemmódok: A szerszámok adatainak tárolói illetve a nullponteltolás regiszterek feltölthetők kézi adatbeírással, de lehetséges lehet a szerszámbemérés, a gépen történő nullponteltolás meghatározás próbaforgácsolás és külső mérőeszköz alkalmazásával is.
24
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
EGYÉB üzemmódok: A különböző CNC gépeken lehetséges más-más, a fentiektől eltérő üzemmódok alkalmazása is. Ezek általában a gépek specialitásainak, a vezérlésgyártók szokásainak megfelelőek. Ilyenek lehetnek pl. a memóriakezelési, a betanítási üzemmódok.
2.3.3. Az információleképzés jellemzői, eszközei A CNC vezérlés a programfuttatás, a programfeldolgozás során a vezérlési és a pozicionálási feladatok elvégzéséhez szükséges alapjeleket állítja elő. Ezen parancsokat a gép különféle mechanizmusai hajtják végre, s ezáltal a programmal a CNC géphez eljuttatott információk a munkadarabba mintegy leképződnek. A CNC gépek jellegzetes információleképző mechanizmusai az alábbiak: 1. Vezérelt mechanizmusok 2. Sebességszabályozott mechanizmusok 3. Pozícionáló mechanizmusok 4. EKL-ek, elektronikus kinematikai láncok A 2-15. ábra egy vezérelt mechanizmus egyszerű felépítési vázlatát mutatja. A CNC gépeken számtalan olyan funkció van, amelyek aktiválása a PLC-n keresztül egyszerű vezérlési parancsokkal megvalósítható. Ilyenek lehetnek pl. a burkolat mozgatások, hűtés ki-be kapcsolások, tolótömb mozgatások, szerszámcserélés mozgásai, stb. Ezek a mechanizmusok gyakran hidraulikus, pneumatikus rendszerek, de lehetnek elektro-mechanikusak is.
Nyugtázó jel
HA
HV
Mozgatott elem
I P L C
I
-Munkadarab és szerszám cserélők -Burkolatok -Tolótömbök -stb.
O O O
CNC Vezérlés
2-16. ábra Egyféle vezérelt mechanizmus felépítés Az információleképző mechanizmusok másik jellegzetes csoportja a sebességszabályozott mechanizmusok. Ilyet mutat a 2-17. ábra.
25
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése Hajtás erősitő CNC Vezérlés Alapjel képző
D
Sebesség szabályzó
A -1
Főhajtómű Sebesség visszacsatolás
ni
INPUT: közvetlen S2520 1/min közvetett v=120 m/min
Szabályozható Főmotor
Szabályozott főorsó fordulat
2-17. ábra Sebességszabályozott mechanizmus vázlata A CNC gépek legjellegzetesebb sebességszabályozott mechanizmusa a főhajtás. Az akár forgácsolás közben is változtatható főorsó-fordulatszám létrehozására szolgál. A tipikus főmotorok a szabályozható egyen- (DC) vagy váltóáramú (AC) motorok. A mai korszerű CNC gépeknél sokszor előfordul, hogy elmaradnak a főhajtás fogaskerekes mechanizmusai is, gyakran alkalmaznak a főorsóval egybeépített ún. orsómotorokat. A szabályozott főhajtás teszi lehetővé a vágósebesség programozást is (fordulatszám közvetett programozása). A főhajtások szabályozási minőségével, a pontosságával kapcsolatos elvárások nem túlzottan szigorúak, itt a szabályozott fordulatszám tartomány nagysága és a megfelelő stabilitás a legfontosabb jellemzők. A CNC gépek minőségét alapvetően a pozícionáló rendszereinek a minősége határozza meg. A pozícionáló rendszerek különféle felépítésűek, teljesítőképességűek lehetnek. Alaptípusai a következők: 1. Lekapcsolókörös pozícionáló rendszer. Ma már elavultnak tekinthető, az „idő meghaladta”. Pont- és szakaszvezérelt pozicionálási feladatokra volt alkalmas. 2. Helyzetvezérelt pozícionáló rendszer. Szerszámgépeken már ritkán használják. Pályavezérlési feladatokra is alkalmas. Jellegzetessége, hogy nem tartalmaz helyzetvisszacsatolást (nincs útmérő), tipikus végrehajtó eleme a léptetőmotor, ami lehet tiszta villamos motor, vagy elektrohidraulikus felépítésű. 3. Helyzetszabályozott pozicionáló rendszer. A mai igényeket mindenben kielégítő rendszerek, 2-5D-s gépeknél pályavezérlési feladatok megvalósítására is alkalmasak. A 2-18. ábra egy lehetséges felépítést mutat. Hajtás erősitő X
D A
INTERPOLÁTOR
Alapjel képző CNC vezérlés
Helyzetszabályzó
Sebesség szabályzó -1
-1
Szán, X,
Sebesség visszacsatolás
Y ........
Helyzet visszacsatolás Z
D
Helyzetszabályzó
A -1
U
TG Útmérő
Szabályozható előtolómotor DC, AC, Hidr.
Sebesség szabályzó -1
........
Szán, Z
TG
2-18. ábra Helyzetszabályzó pozícionáló rendszer 26
U
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése A CNC gépeken minden pozícionált tengelyhez tartozik egy-egy helyzetszabályozott pozícionáló rendszer. Ezek alapjelét a vezérlés tárgyalásánál már ismertetett interpolátor állítja elő. Attól függően, hogy egyidejűleg hány tengely mentén tud a rendszer szinkronizált mozgásokat létrehozni beszélhetünk 2D, 2.5D, 3-4-5D-s gépekről. Megjegyzendő, hogy egy CNC gép vezérelhető koordinátatengelyeinek száma nem mindig azonos a szinkronban mozgatható tengelyek számával (pl. egy öt koordinátás rendszer lehet 3D-s, vagyis mindig az ötből három tengely szinkronizálható csak). A 2.5D jelentése: síkban történő 2D interpoláció, s a síkra merőleges irányú szakaszos fogásvételi mozgás (0.5D). A helyzetszabályozó pozícionáló rendszerek építőelemei is sokfélék lehetnek. Általánosan igaz, hogy minden lehetséges elemet igyekeznek digitális rendszerként megépíteni. A végrehajtó elemek, a motorok is többfélék: 1. Forgó motorok + golyósorsós mozgásátalakítók Egyenáramú, hengeres forgórészű, kommutátoros motor Egyenáramú, tárcsás forgórészű, kommutátoros motor (Disc motor) Egyenáramú, hengeres forgórészű, kommutátor nélküli motor Váltóáramú, szabályozott motor 2. Hidraulikus motorok Lineáris vagy forgó motorok 3. Lineáris villamos motorok Természetesen a motor típusától függetlenül mindegyik speciális kialakítású azért, hogy a szigorú szabályozási feltételeket, elvárásokat meg tudják valósítani. Az utóbbi években rohamosan terjednek a lineáris villamosmotor alkalmazások, s ezekkel igen dinamikus, nagy sebességű hajtásokat építenek.
2-19. ábra Pozicionáló rendszerek A 2-19. ábra a pozícionáló rendszerek hagyományos és az újabban terjedőben lévő lineáris motoros felépítéseket vázolja. Az ábrából is jól látható, hogy mindkét estben szükséges a szánmozgások érzékelése, az útmérés. Az információleképzés mechanizmusainak egy sajátos rendszerei az EKL-ek, az ún. elektronikus kinematikai láncok. Alapvető jellemzője, hogy valamely mozgás adja az alapjelét egy, vagy több másik mozgásnak, úgy, hogy a mozgások között nincs mechanikus kinematikai kapcsolat. Szabályozástecnikai szempontból Master-Slave rendszereknek nevezik az EKL-eket. Például CNC gépeknél a leginkább ismert EKL-ek a fogaskerék megmunkáló gépek osztó kinematikai láncai, esztergáknál pedig az ún. menetmegmunkáló kinematikai kapcsolatok. Utóbbi egyszerűsített felépítési vázlatát mutatja 2-20. ábra. A főorsó elfordulását egy szögelfordulás érzékelő, egy forgó impulzusadó méri, amely a kimenetén egyrészt a szögelfordulás nagyságával arányos számosságú, és sebességével arányos frekvenciájú impulzussorozatot, másrészt főorsó körülfordulásonként mindig ugyanabban a szöghelyzetben egy
27
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése nullipulzus jelet ad. Ezek a jelek együttesen lehetővé teszik a sebesség és a helyzeti szinkron biztosítását, vagyis azt, hogy a szerszám a menetemelkedésnek megfelelő csavarvonalat írja a munkadarabra, valamint hogy mindig visszataláljon a menetárokba. Megjegyzendő, hogy fentieknek megfelelően kúpos és síkmenetek megmunkálása is lehetséges. Hajtás erősitő S
D A
Alapjel képző CNC vezérlés
Sebesség szabályzó -1
Főhajtómű
Sebesség visszacsatolás
Y ........
TG
Master tengely
ni
Főmotor
Főorsó
EKL "O" imp. U Z
Elfordulás mérés
Útmérő D
Helyzetszabályzó
A -1
Sebesség szabályzó
Slave tengely
-1
Szán, Z
TG
U
Szabályozható előtolómotor
2-20. ábra CNC eszterga menetvágó elektronikus kinematikai lánca
2.3.4. Számjegyvezérlésű gépek útmérő berendezései A számjegyvezérlésű berendezések működtetésének egyik alapvető feladata az egyes részegységek, szánok, orsók, robotkarok meghatározott helyzetbe hozása. Ezt a feladatot az ún. pozicionáló rendszerek látják el, s ehhez nélkülözhetetlen, hogy a pozícionált részegységek helyzetéről az irányító rendszer folyamatosan információval bírjon. Ennek az információnak a megszerzésére és biztosítására szolgálnak az NC vezérlésű berendezések útmérő rendszerei. Az útmérő rendszerek fő építő elemei a következők: 1. Elmozdulásérzékelő egy olyan mérőátalakító, amely a lineáris elmozdulásról vagy szögelfordulásról annak nagyságával esetleg sebességével arányos villamos jelet ad. 2. Jelátalakító, amely az érzékelő villamos jelét formálja, feldolgozza vagy dekódolja. 3. Számláló, tároló egység, amely az elmozdulással arányos digitális jelet számlálja, nyilvántartja. Megjegyzendő, hogy az NC/CNC vezérlések számára az útmérő rendszereknek mindenkor digitális jelet kell szolgáltatniuk. A szokásos szóhasználatban, amikor útmérőről, útmérésről beszélünk, akkor ez alatt mindig a teljes érzékelő-feldolgozó-tároló rendszert kell érteni. Az útmérő rendszereknek biztosítaniuk kell a mért elmozdulásról a teljes mérési tartományban, a megfelelő felbontóképességgel és előírt pontossággal a kívánt adatokat. E három követelmény teljesítését a megfelelő érzékelő és elektronika megválasztásával lehet biztosítani. Természetesen az érzékelő milyensége egyértelműen meghatározza az elektronika feladatának jellegét, ezért azt mondhatjuk, hogy egy útmérő rendszert alapvetően a benne lévő elmozdulásérzékelő milyenségével jellemezhetjük.
28
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése 2.3.4.1. Az útmérő rendszerek csoportosítása Az útmérőket, vagyis az elmozdulás-érzékelőket az alábbi jellemzők szerint osztályozhatjuk: a kimenő jel jellege szerint lehetnek ANALÓG (a jel a mérési tartományon belül folyamatosan és folytonosan arányos a mért jellemzővel) és DIGITÁLIS (a mért jellemző a kimenő jelben diszkrét egységekben számjegyes kód formájában képződik le) érzékelők. az adott jel vonatkoztatása szerint lehetnek ABSZULUT (van saját nullája) NÖVEKMÉNYES (relatív helyzet) érzékelők. Az érzékelőket a mérendő részegységekhez különböző beépítési móddal csatlakoztatják, így az érzékelő és az elmozdulás közötti kinematikai kapcsolat alapján vannak (lásd 2-21. ábra és 2-22. ábra) KÖZVETLEN (nincs mozgásátalakító) KÖZVETETT (van mozgásátalakító) útmérők illetve útmérési eljárások.
G olyósorsó Szán
U1 M otor
U2 U3
Illesztő hajtómű
2-21. ábra Útmérők elhelyezési lehetőségei A szerszámgépek esetében a lineáris elmozdulások mérése a leggyakoribb feladat. Ennek megoldási lehetőségeit szemlélteti az 2-21. ábra. Az U1 és U2 jelű útmérők közvetett mérést valósítanak meg, mert az érzékelő és a mért lineáris elmozdulás között mozgásátalakító van (menetesorsó-anya, illesztő hajtómű). Az U3 jelű útmérő közvetlenül a lineáris mozgást méri. A 2-22. ábra a szögelfordulások, pl. egy folytonos osztású körasztal elfordulás mérésének lehetséges megoldásait mutatja. Az U1 és U2 útmérők itt is közvetett, míg az U3 jelű közvetlen mérést valósít meg.
29
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
Körasztal U1 U2
Motor U3 2-22. ábra Szögelfordulások mérési lehetőségei
Közvetlen mérés esetén a mérőrendszer felbontóképessége azonos a legkisebb mérhető elmozdulás nagyságával, tehát kis mérendő elmozdulások esetén nagyon “finom” mérőrendszer szükséges. Ugyanakkor előny, hogy a mérés pontosságát nem befolyásolják kinematikai hibák. Közvetett mérésnél a mozgásátalakítók pontatlanságai rontják a mérési pontosságot, de ezek ma már nem számottevőek normál pontosságú gépek esetében. Ugyanakkor a mozgásátalakítók illetve az illesztő hajtóművek megfelelő megválasztásával “durvább” útmérővel is elérhető a kívánt mérhető legkisebb elmozdulás, az ún. útegység. A közvetett útmérés eszközei ma már olcsóbbak is, és a beépítésük is egyszerűbb, ezért a CNC gépeken elsősorban ezeket az eljárásokat alkalmazzák. Természetesen mind a közvetett, mind a közvetlen mérési eljárásoknál különböző felépítésű, különböző elven működő útmérők is felhasználhatók. Az alábbi táblázatban a CNC gépeken alkalmazott útmérő rendszereket foglaltuk össze a fentebb már ismertetett osztályozási szempontok figyelembe vételével. Az osztályozásnál azt tekintettük alapnak, hogy a mérendő elmozdulás lineáris mozgás.
KÖZVETETT
KÖZVETLEN
DIGITÁLIS
ANALÓG
ABSZOLUT
NÖVEKMÉNYES
ABSZOLUT
NÖVEKMÉNYES
RÁCSLÉC
LINEÁRIS POTENCIOMÉTER
INDUKTOSZIN
KÓDLÉC
KÓDTÁRCSA
FORGÓ IMPULZUSADÓ
FORGÓ POTENCIOMÉTER
REZOLVER
2-2. Táblázat
30
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése A CNC gépeken elsősorban a digitális útmérőket alkalmazzák, s ezen belül is többségében a növekményes közvetlen és közvetett, eljárásokat. Az útmérők gyártói a növekményes eszközöket is különböző módszerekkel igyekeznek kvázi abszolúttá tenni, s ezzel gyakran szükségtelenné válik a bekapcsolás utáni ún. nullpontfelvétel. Az analóg eszközök köréből elsősorban a rezolvereket alkalmazzák. 2.3.4.2. Növekményes, digitális útmérők A leggyakrabban használt eszközök a forgó impulzusadók. A digitális, növekményes eszközök működési elvét a 2-23. ábra mutatja, a forgó adók felépítését a 2-24. ábra. Alapelvük, hogy a mérési tartományban minden útegységnyi elmozdulásra adnak egy-egy jelet, melyeket megszámlálva nyerik az elmozdulás nagyságával arányos számértéket. Lineáris elmozdulás közvetlen mérésekor (digitális, növekményes, közvetlen) egy rácsléc, közvetett méréskor (digitális, növekményes, közvetett) egy rácstárcsa a mérőelem. A leolvasó optikai rendszer a fényátbocsátás vagy a fényvisszaverés elvén működik. A jelátalakító feladata a fényérzékelő elemek jelének feldolgozása, a mozgásirány meghatározása. A reverzibilis számláló az irányhelyesen kibocsátott impulzus jeleket előjelhelyesen számlálja, tartalma a 0-pont jellel nullázható. A jelformázást, a fázis-összehasonlítást a jelátalakító elektronika végzi. Rácsosztás ∆
M érő csatorna
leolvasó
rácsléc
0-pont jel Jelátalakító + 0 Reverzibilis számláló
2-23. ábra Növekményes, digitális útmérés elve
31
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése Kondenzor lencse
Leolvasó rácsok Fényérzékelő diódák
Fényforrás
Φ A
A,B
B
0
0 Nullpont csatorna
Mérő csatorna
Leolvasó rácsok
Osztásszám: ν
Rácstárcsa Alaprács
2-24. ábra Forgó impulzusadó felépítési vázlata A forgó impulzusadó a közvetett, digitális, növekményes mérés eszköze. Az ábra jelöléseivel a tárcsa osztásszöge 360 0 ∆ϕ = , ahol ν a tárcsa osztásainak száma. ν Az impulzusadó által biztosított szögfelbontás itt is a jelfeldolgozás módjától függ, (négyél-kiértékelés esetén n=4) ∆ϕ 360 0 δϕ = = , ahol n a jelkiértékelés módjára utaló szám, n n⋅ν (n=4;10;20;40;100). Az irányérzékeny mérés megvalósításának érdekében a forgó impulzusadó A és B érzékelő diódák jelei közötti 900-os fáziseltolást azzal biztosítják, hogy a leolvasó rácsokat egymáshoz viszonyítottan
1⎞ 1 ⎞ 360 0 ⎛ ⎛ Φ = ⎜ k ± ⎟ ⋅ ∆ϕ = ⎜ k ± ⎟ ⋅ 4⎠ 4⎠ ν ⎝ ⎝ szögeltolással szerelik. A jeladó körülfordulásonként a forgástengely mindig azonos szöghelyzetében egy-egy nullimpulzust ad. Ez a jel biztosítja a mérőrendszer abszolúttá tételét. Lásd Helyzettel arányos digitális kimenet φ
Ua
ν
Ub
fE
A; A
Irányf diszkriminátor H
Jelátalakító B; B U0
0
f0
érvényesítő helyzetkapcsoló
Reverzibilis számláló
&
&
a számláló nullázása
2-25. ábra
Mérőrendszer abszolúttá tétele
32
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése A szerszámgépek szánelmozdulásának forgó impulzusadóval történő mérésekor a beépítés tervezésekor két feltételt kell kielégíteni. Egyrészt biztosítani kell, hogy az impulzusadó egy impulzusához a szán egy elemi elmozdulása, az ún. útegység tartozzon (inkrement illesztés), másrészt a legnagyobb szánsebesség esetén is hibátlan legyen a jelfeldolgozás (sebesség illesztés). A egy forgó impulzusadóval történő útmérés vázlatát a 2-26. ábra mutatja. A rendszer adatai: golyósorsó menetemelkedése: h az illesztő hajtómű hajtóviszonya: k = z1/z2 a forgó impulzusadó mérőtárcsa rácsosztásainak száma: ν az útegység: δ
X
G olyósorsó
Z1
δ
Szán M otor
h
Z2
Illesztő hajtómű
ν
Forgó impulzusadó
2-26. ábra Szánelmozdulás mérés forgó impulzusadóval Az impulzusadó tengelyének φ szögelfordulása és a szán x lineáris elmozdulása közötti kapcsolatot leíró egyenlet:
ϕ= x⋅
2π ⋅k. h
Behelyettesítve az útmérő felbontás δφ , és az útegység δ értékét rendezés után az illesztő hajtómű szükséges hajtóviszonya:
k=
h , ahol n a már korábban definiált, a jelkiértékelés módjára utaló szám. ν⋅n⋅δ
Ha a forgó impulzusadót a fentebb meghatározott hajtóviszonyú illesztő hajtóművel kapcsoljuk a szánmozgató orsóhoz, akkor ezzel megvalósul az ún. inkrement illesztés. A sebesség illesztés során azt kell ellenőrizni, hogy a szán legnagyobb sebessége esetén a jelsorozat frekvenciája alatta marad-e az útmérőre megengedett legnagyobb jelsorozat frekvenciának, vagyis:
f v max =
v max ;LésLf v max ≤ f max , ahol az fmax az útmérő kimenő jelsorozatának δ
az a legnagyobb frekvenciája, amelynél a jelfeldolgozás még hibátlan (ez a gyártó által megadott, az útmérőre jellemző érték). A következő ábrák a Dr. Johannes Heidehain GmbH. által gyártott eszközökre, azok építőelemeire mutatnak példákat.
33
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2-27. ábra Lineáris lécek
2-28. ábra Forgó impulzusadók
2-29. ábra Forgó impulzusadó üvegtárcsák
34
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2.3.5. CNC gépek jellegzetes pozícionálási módjai A CNC gépek talán legfontosabb funkciója a pozícionálás. A hagyományos szerszámgépek előtoló rendszereinek a feladata az előírt illetve beállított előtolási sebességek biztosítása, míg a CNC pozícionáló rendszereknek a programozott pályasebesség mellett a megfelelő, szigorú követelmények szerinti célpont elérés, célpontra állás. Az időben külön, vagy párhuzamosan történő szánmozgások eredőjeként más-más mozgáspályák adódnak, s ennek megfelelően a CNC gépek különféle pozícionálási feladatokat hajthatnak végre. A jellegzetes pozícionálási módok az alábbiak: 1. Pontvezérléssel történő pozícionálás 2. Szakaszvezérléssel történő pozícionálás 3. Pályavezérléssel történő pozícionálás • Lineáris pálya mentén • Körpályán • Parabola pályán 2.3.5.1. Pontvezérléssel történő pozicionálás Gyorsmeneti sebességgel történő célpontra állás, megközelítés, eltávolodás. Jellemzői az alábbiak: •
Gyorsmeneti mozgás
•
Egyidejűleg több koordináta mentén
•
A mozgások között nincs kapcsolat
•
Mozgás közben nincs forgácsolás
•
Tipikus programmondat:
N52 G00 X és/vagy Y és/vagy Z és/vagy A stb, ahol X,Y, Z. A acélpont koordináták, G00 a pontvezérlési utasítás. A 2-30. ábra és a 2-31. ábra egy-egy tipikus pontvezérlési feladatot mutatnak. A mozgások egyszerre indulnak, de a befejezés pillanata lehet különböző a megteendő elmozdulásoknak megfelelően. Megjegyzendő, hogy amennyiben a CNC vezérlés számítja a geometriai vagy pályakorrekciót, akkor azt a G41 vagy G42 utasításokkal a megközelítő, a kontúrra álló mondatokban kell bekapcsolni és az eltávolodást leíró mondatban a G40 utasítással törölni az alábbiak szerint N52 G00 G42 X112 Z25 (kontúrra állás) .szükséges megmunkáló mondatok . N125 G00 G40 X200 Z160 (kontúr elhagyás)
35
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2-30. ábra Pontvezérléssel történő célpontra-állás fúrógépen
X
vx vx=vy=vg
X2
t
P2
vz
450
X1
P1 Z1
Z Z2
t
2-31. ábra Pontvezérléssel történő mozgás mozgáspályája és sebesség–idő diagramja. 2.3.5.2. Szakaszvezérléssel történő pozícionálás A szakaszvezérlés sajátosságai az alábbiak: •
Koordináta párhuzamos mozgások
•
Egyidejűleg csak egy koordináta mentén van mozgás
•
A mozgás sebessége a programozott előtolás
•
Mozgás közben van/lehet forgácsolás
•
Tipikus programmondat:
N51 G73 X vagy Y vagy Y…..Fxxx Sxxx Mxx, ahol G 73 a szakaszvezérlésre vonatkozó utasítás, X, Y, Z, a célpontok, F az előtolás, S, M a főorsó forgás, hűtés A szakaszvezérlés jellemzőit a 2-32. ábra mutatja. 36
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
2-32. ábra Példák szakaszvezérlésre Az ábra marógépen illetve esztergán végrehajtható szakaszvezérlési feladatokat mutat. Megjegyzendő, hogy a szakaszvezérlést, mint önálló funkciót ma már nem használják. A mai korszerű pozicionáló rendszerek alkalmasak pályavezérlésre is, és az egy tengely menti lineáris interpoláció tökéletesen szükségtelenné teszi a szakaszvezérlés önálló alkalmazását. 2.3.5.3. Pályavezérléssel történő pozícionálás A pályavezérlési mód ma már a pozícionáló és irányító rendszerek fejlettsége révén minden CNC gépnek lehetséges szolgáltatása. Általános jellemzői az alábbiak: •
Egyidejűleg több tengely menti mozgás
•
A mozgások között szigorú kötöttségek vannak, ezt az interpolátor biztosítja (2-5Ds megmunkálások)
•
Mozgás közben van/lehet forgácsolás
•
A pályamenti sebesség a programozott előtolási sebesség
Általánosan a lineáris és a körinterpoláció terjedt el, egyéb lehetőségek esetlegesek, különlegesek 1. Lineáris interpoláció A lineáris interpoláció jellemzőit a 2-33. ábra mutatja be.
37
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése
X
vx P2
X2
vex t
X1
vz
P1
vez
Z
Z1
t
Z2 2-33. ábra Lineáris interpoláció
Lineáris interpolációval a szerszám programozott pontja úgy jut el a P1-pontból a P2-be, hogy a pályamenti sebesség az állandó programozott sebesség, amely a interpolátor által meghatározott állandó koordináta tengely menti sebességek eredője. A tranziens folyamatoktól eltekintve a tengely menti mozgások mindig azonos pillanatban kezdődnek el ill. fejeződnek be. A lineáris interpoláció tipikus NC mondata az alábbi: N66 G01 X és/vagy Y és/vagy Y Fxx Sxxx Mxx, Ahol G01 lineáris interpoláció utasítása, X, Y, Y a célpontok, F,S M a technológiát definiáló utasítások. 2. Körinterpoláció A körinterpolációval történő mozgás során a szánok olyan kapcsolt mozgásokkal mozognak, hogy a szerszám programozott pontjának eredő elmozdulása az előírt körpályának megfelelő lesz. A 2-34. ábra a körinterpoláció jellegzetességeit ábrázolja.
X X2
v e2 (t ) = v ex2 (t ) + v ez2 (t ) P2
I K
X1 Z2
P1 Z1
2-34. ábra A körinterpoláció •
Egyidejűleg kettő tengely menti mozgás
38
Z
Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése •
A mozgások között szigorú kötöttségek vannak, ezt az interpolátor biztosít2 2 ja: v e2 = v ex + v ez
•
Mozgás közben van/lehet forgácsolás
•
A pályamenti sebesség a programozott előtolási sebesség, ve
A 2-34. ábran bemutatott esetben a szerszámpálya a P1 és a P2 pontok közötti körív, melynek sugara legyen Rp. Az ábrából belátható, hogy a kezdőpontból a végpontba RP sugarú íven összesen négyféleképpen lehet eljutni. Az egyértelmű pályakijelöléshez meg kell adni az ún. körüljárási irányt és a pályák középpontjainak helyzetét. Az előbbire a G02 és a G03 utasítások, míg az utóbbira az I és K interpolációs segédadatok szolgálnak. Ezzel a körpálya tipikus programmondata: Nxx G02 vagy G03 X(x2) Z(z2) Ixx Kxx Fxxx Mxx Sxxx, ahol G02 a körinterpoláció utasítása CW, azaz órajárással egyező irányban, G03 a körinterpoláció utasítása CCW, azaz órajárással ellenkező irányban, X, Z a célpont- koordináták, I a kezdőpont távolsága a középponttól x irányban, K a kezdőpont távolsága a középponttól z irányban, F, S, M a technológiai és segédutasítások. Fontos tudni, hogy az interpolációs segédadatok mindig a kezdőpontból a középpontba mutató vektor koordináta tengelyek irányú komponensei. Ezen szabály a gyakoribb, de vannak vezérlések, ahol a körpálya középpontját annak abszolút koordinátáival kell definiálni.
2.3.6. CNC gépek geometriai információs rendszere Minden CNC gép esetében alapvető, hogy értelmezni tudjuk: •
a gép szánjainak helyzetét, mozgását
•
a programban megadandó geometriai adatokat, a munkadarab méreteit
•
a megmunkáló szerszámok méreteit, fő geometriai jellemzőit
Ezt biztosítja a CNC gép geometriai információs rendszere, melynek részei: • a koordináta rendszerek • a vezérlésben az adatokat tároló elemek, az ún. tároló regiszterek
