Moderní technologie – část VII Přednášející:
Doc., Ing. Karel Jandečka, CSc.
Moderní technologie – část VII Témata přednášek: přednášek: Témata
NCtechnologie technologie--základní základnípojmy pojmy(část (částVII) VII) •• NC
Projektovánívýrobních výrobníchprocesů procesůvvmalých malýchaastředních středních •• Projektování podnicích--základní základnípojmy pojmy(část (částVIII) VIII) podnicích Matematickémodelování modelováníreálných reálnýchobjektù. objektù.CAD/CAM CAD/CAM •• Matematické systémy(část (částIX) IX) systémy CAD/CAMsystémy systémyzákladní základnípojmy(část pojmy(částX) X) •• CAD/CAM SIMULACE--základní základnípojmy(část pojmy(částXI) XI) •• SIMULACE CLdata, data,Postprocesing, Postprocesing,Programování Programovánípostprocesorů postprocesorů(část (část •• CL XII) XII) Teoriepovrchů, povrchů,Reverse Reverseengineering, engineering,Rapid Rapidprototyping prototyping •• Teorie (částXIII) XIII) (část
NC technologie základní pojmy pojmy základní
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC
Definice: •• Definice: NC stroje stroje -- jsou jsou stroje stroje nebo nebo skupiny skupiny strojů strojů NC řízených číslicovými číslicovými obvody obvody nebo nebo číslicovým číslicovým řízených zařízením. zařízením. NC stroj stroj je je komplikovaný komplikovaný systém, systém, tvořený tvořený NC subsytémy založenými založenými na na mechanickém, mechanickém, subsytémy elektickém nebo nebo hydraulickém hydraulickém principu principu řízený řízený elektickém digitálními obvody. obvody. digitálními
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC Frézovacícentrum centrumMCV MCV500 500 •• Frézovací CNC. CNC.
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC Mechanickáčást částstroje strojejejesložena složena ••Mechanická řadykomponent komponentnebo nebosubsystésubsystézzřady můnapř.: např.:lože, lože,stojan, stojan,vřeteník, vřeteník, mů vřeteno,zásobník zásobníknástrojů nástrojůatd. atd. vřeteno, Obrázekzobrazuje zobrazujekoncepci koncepcimomoObrázek derníhofrézovacího frézovacíhoNC NCstroje. stroje. derního
Stojan Machine base Holder-console Konzola of zásobníku cabinet
Shear Lože
Head Vřeteník stock Stůl Table
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC Příkladtechnického technickéhořeře••Příklad šenízásobníku: zásobníku:bubnový bubnový šení zásobníkpro proukládání ukládánínánázásobník strojů(12 (12pozic). pozic). strojů
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC Příklad5ti 5tiosého oséhostro stro •• Příklad -je.Rotační Rotačnístůl stůlWALTER. WALTER. -je. Technickéřešení řešenítohoto tohotozazaTechnické řízeníumožňuje umožňujerotaci rotacikokořízení lemos osA,B. A,B. lem
Moderní technologie – část VII NC stroj stroj –– blokové blokové schéma: schéma: NC NCstroj stroj––shéma shématoku toku •• NC datmezi mezijednotlivými jednotlivýmisubsubdat systémyaajejich jejichpropojepropojesystémy ní. ní.
Interface Přizpůsobovací obvody circuits
Obsluha Operating staff Seřizovač Tool setter Technolog Te Technologist programátor Programer
Logical Logický subsystém subsystem (PLC)
Snímač Detecting elem.
Auxiliary Pomocné mechanismy subsystems Mechanická Mechanical část subsystem
Číslicový řídící Control systém system
Tape punch Děrovač Conrol unit of Regulátory pohonů drives Supervisig system: Nadřazený systém: počítač, DNC, computer, DNC, CIM CIM
Obráběcí Machine stroj stool
Pohony Drives (posuvy (feed ,X,Y,Z, ,X,Y,Z, A,B,.., vřeten, spindle,..)..)
Snímače Detector of polohy position
Moderní technologie – část ViI NC stroj stroj –– řídící řídící systém: systém: NC •NCstroj strojzjednodušezjednoduše•NC néschéma schémařídícího řídícíhosyssysné tému. tému.
CPU Control Řadič unit
Processor Operační jednotka unit Operational Operační paměť memory (RAM )
Uživatelská User memory paměť (RAM - počátky, begin, cutter korekce, compensation, programs… programy… - rserved) zálohovaná)
System Paměť systémových information memory informací (EPROM)
Vstupy Inputs
Výstupy Outputs
1 2 .. n
1 2 .. n
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC
Počet řízených řízených os: os: Počet
osé (např. (např.soustruh: soustruh:řízené řízenéosy osyX,Z) X,Z) •• 22 osé osé (např. (např.frézovací frézovacístroj: stroj:řízené řízenéosy osyX,Y,Z) X,Y,Z) •• 33 osé 4-5 osé osé (např. (např.frézovací frézovacícentrum: centrum:řízené řízenéosy osy •• 4-5 více osé osé •• více
X,Y,Z,A,B) X,Y,Z,A,B)
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC Z
X Z
X
W
Y
Pomocná osa W (3. osa) Např. pro vrtací operace
2 osý stroj - soustruh
3 osý stroj – frézovací stroj.
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC C Z Y X
Z
Y X
4 osý stroj – frézovací stroj.
5ti osý stroj – frézovací stroj.
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC
NC kódy kódy EIA, EIA, ISO, ISO, ASCII: ASCII: NC
7
6
5
4
3
2
ISO DR 1314 8
1
1
0 1
2
2
3 4 5 6
Významjednotlivých jednotlivýchznazna••Význam kůvvNC NCprogramu programu––tabulka tabulka ků symbolů.Příklad PříkladEIA EIAaaISO ISO symbolů. kódu. kódu.
Meanig of characters
EIA RS 244 8
0
3
Numerical definition of parameters
7
4 5 6 7
8
8
9
9
a b c d e f g h i j k l m n s t u v w / + SP DEL BS TAB
STP
Angle dimmension arround X Angle dimmension arround Y Angle dimmension arround Z Feed function Feed function Feed function Preparing function Cutter compensation Parametr of interpolation Parametr of interpolation Parametr of interpolation Empty parametr Help function - M Number of block Spindle speed Tool number Movement parallel with axis X Movement parallel with axis Y Movement parallel with axis Z Skip over block Sign of coordinate Sign of coordinate Space Wrong characters Back Space betwen characters New line, end of block EOB End of program EOP
A B C D E F G H I J K L M N S T U V W / + SP DEL BS TAB LF STP
7
6
5
4
3
2
1
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC
Souřadný systém: systém: Souřadný Pravoúhlýsouřadný souřadnýsystém. systém. ••Pravoúhlý Označenísouřadných souřadnýchos, os,ssvyvyOznačení Značenímkladných kladnýchsměrů. směrů. Značením
ZZ
YY
XX
Moderní technologie – část VII NC stroj: stroj: NC
Souřadný systém: systém: Souřadný Pravoúhlýsouřadný souřadnýsystém. systém. ••Pravoúhlý Označenísouřadných souřadnýchos, os,ssvyvyOznačení značenímkladných kladnýchsměrů, směrů,papaznačením ralelníchpohybů pohybů(os) (os)aarotačrotačralelních níchos os.. ních
ZZ
YY
C+ C+
B+ B+ V+ V+
W+ W+
XX A+ A+ U+ U+
Moderní technologie – část VII NC Stroj: Stroj: NC
Význam jednotlivých jednotlivých symbolů–Pravidlo symbolů–Pravidlo pravé pravé ruky ruky :: Význam CC
ZZ
BB
+Z +Z
YY
++XX
+Y +Y
+Z +Z +X +X
XX
+Y +Y AA
Moderní technologie – část VII Programování NC NC strojů strojů:: Programování
Absolutnímód. mód.Každý Každýbod bodpohypohy•• Absolutní bunástroje nástrojejejeprogramován programovánvvabsolutabsolutbu níchsouřadnicích souřadnicíchvůči vůčipočátku počátku––nununích lovémubodu. bodu. lovému … N011 G01 X+10000 Y+10000 … … N018 G01 X+30000 Y+20000 … … N025 G01 X+50000 Y+30000
YY N025
30 30 20 20
N011
N018
10 10
XX 10 10
30 30
50 50
Moderní technologie – část VII Programování NC NCstrojů: strojů: Programování
Relativnímód. mód.Každý Každýbod bodpohypohy•• Relativní bunástroje nástrojejejeprogramován programovánvvrelativrelativbu níchsouřadnicích souřadnicíchvůči vůčiposlednímu poslednímu ních (předchozímu)bodu boduprogramu programu (předchozímu) … N011 G01 X+10000 Y+10000 … … N018 G01 X+20000 Y+10000 … … N025 G01 X+20000 Y+10000
YY N025
30 30 20 20
N018 N011
10 10
XX 10 10
30 30
50 50
Moderní technologie – část VII Tvar špičky špičky nástroje nástroje:: Tvar Tip of Špička nástroje tool RN = 0
Theoretický tvar špičky
Tip of Špička nástroje tool RN
Realný tvar špičky
Moderní technologie – část VII Seřizovací bod bod nástroje nástroje:: Seřizovací Tip of Špička nástroje tool
Tip of Špička nástroje tool RN
Zero Nul. bod point
Seřízení nástr. na teoretic. špičku
RN
Zero Nul. bod point
Seřízení nástr. na střed zaoblení
Moderní technologie – část VII Programmování tvarů tvarů:: Programmování Rozdíl způsobu programování podle způsobu seřízení nástroje: Rozdíl způsobu programování podle způsobu seřízení nástroje: 5[X 5,Y5]
The shape of transition -line elem.
4[X 4,Y4]
5[X5,Y5]
4[X4,Y4]
Nástroj
2[X 2,Y2]
The shape of transition - line elem.
2[X2,Y2] RN
1[X1,Y1]
Y
Nástroj
3[X 3,Y3]
X
Programovaná dráha - červeně
RN
1[X1,Y1]
Y
3[X3,Y3]
X
Programovaná dráha - červeně
Moderní technologie – část VII osé programování programování -- základní základníinformace: informace: 55 osé Contact point Contact point
Tool Tool Axis of tool Axis of tool
N(I,J,K) N(I,J,K)
Parametric curves Parametric curves Machined surface Machined surface
Section curve Section curve
Spine curve Spine curve
Moderní technologie – část VII Programování5ti 5tiosého oséhoobrábění: obrábění: Programování
•• • •
•
• •
• •
•
• •
• • • • • • • • • • •
•
•• •• •• ••
Popisvýpočtu výpočtuúhlů úhlůAAaaBBpro pro55- -titiosé osé Popis řízení: řízení: VÝSLEDNÁ TRANSFORMACE (trasformační VÝSLEDNÁ TRANSFORMACE (trasformační matice TA): matice TA):
Nejprve se vypočte úhel B a potom A. Transformační matice Nejprve se vypočte úhel B a potom A. Transformační matice pro komlexni transformaci v prostoru se ziská jako součin pro komlexni transformaci v prostoru se ziská jako součin transformačních matic (rotací kolem) X a Y, podobně pro jiné transformačních matic (rotací kolem) X a Y, podobně pro jiné rotační osy. rotační osy. X - matice Y - matice X - matice Y - matice |1 0 0 | | cos B 0 -sin B | |1 0 0 | | cos B 0 -sin B | | 0 cos A sin A | x | 0 1 0 | | 0 cos A sin A | x | 0 1 0 | | 0 -sin A cos A | | sin B 0 cos B | | 0 -sin A cos A | | sin B 0 cos B | Koeficient výsledné transformační matice se ziská Koeficient výsledné transformační matice se ziská vynásobenim podle principu: vynásobenim podle principu: ta11 = x11 * y11 + x12 * y21 + x13 * y31 ta11 = x11 * y11 + x12 * y21 + x13 * y31 ta12 = x11 * y12 + x12 * y22 + x13 * y32 ta12 = x11 * y12 + x12 * y22 + x13 * y32 . . . . ta33 = x13 * y31 + x23 * y23 + x33 * y33 ta33 = x13 * y31 + x23 * y23 + x33 * y33
Výslednátransformační transformačnímatice maticeTA TAmá mátvar tvar: : Výsledná cosB -sinB | | cosB 00 -sinB || | sinAsinB sinB cosA cosA sinA sinAcosB cosB | | | sinA | cosAsinB sinB-sinA -sinA cosA cosAcos cosBB| | | cosA
Moderní technologie – část VII Struktura NC NC programu programu:: Struktura %100 (Main program) (Main program) %100 N2 . . . . . N2N4. .. .. .. .. . N4N6. .. .. .. .. . N6 . .. . . . . . . . (Subprogram) . . (Subprogram) . N100 L50 L50 N100 L50 L50 . N1 . . . . . . N1 . . . . . . N2 . . . . . . N2 . . . . . . . . . . . . . :200. G90 G54 G17 S80 D02 :200 G90 G54 G17 S80 D02 . T02 . N62 L51 T02 . N62 L51 . . . . . . . . N150 M17 . N150 M17 . . . . N100. M30(M02) N100 M30(M02)
(Suprogram) (Suprogram) L51 L51 N1 . . . N1 . . . N2 . . . N2 . . . . . . . . N72 . M17 N72 M17
Moderní technologie – část VII Způsob programování: programování: Způsob ISO/DIN •• ISO/DIN N9362 N9364 N9366 N9368 N9370
G00 Z+50.000 G00 X+211.537 Y+172.453 Z+50.000 G00 X+0.000 Y+0.000 Z+50.000 M05 M30 . . N4767 G00 Z+50,000 * N4768 G00 X+0,000 Y+0,000 * N4769 M05 * N4770 M30 * N99999 %400 G71 *
Dialog •• Dialog
. 9 L Z+5.000 F500 10 L Z-0.900 11 L X+0.580 RL F1000 12 L Y-273.003 F1100. . . 29 L Z+5.000 F500 30 L Z-0.900 31 L X+0.580 RR F1000 32 L Y-273.003 F1100
Moderní technologie – část VII Programovací metody: metody: Programovací 1. Ručně v ISO kódu 2. Dialogovým způsobem v interaktivním rozhranní mezi CNC řídícím systémem a programátorem 3. Sestavováním tzv. výrobního postupu v interaktivním rozhranní mezi CNC řídícím systémem a programátorem
Moderní technologie – část VII Moderní CNC CNC řídící řídící systémy systémy :: např. např. HEIDENHAIN HEIDENHAIN Moderní HEIDENHAINprogram programřízení řízeníkontury konturypro profrézovací frézovacísoustružnické soustružnickéaafrézovací frézovacícentra centrazahrnuje zahrnuje HEIDENHAIN obráběníod odjednoduché jednoduchékontury konturyss33nebo nebo44osým osýmřízením řízenímaž ažpo podigitální digitálnířídící řídícísystémy systémyssřízeřízeobrábění nímvv 55- -99osách. osách. ním
Moderní technologie – část VII Moderní CNC CNC řídící řídící systémy systémy :: např. např. HEIDENHAIN HEIDENHAIN Moderní Controls from HEIDENHAIN TNC For milling, drilling and boring machines, and for machining centers
TNC 124
Compact straight cut control for 3 or 4 axes
TNC 310
Compact contouring control for 3 or 4 axes
TNC 410
Contouring control for 4 axes and spindle
TNC 426/ TNC 430
Fast contouring control for up to 5 (or 9) axes and spindle
For lathes and turning centers
MANUALplus M
Contouring control for manual lathes with 2 axes and spindle
Accessories
Touch Probes
For workpiece set-up measurement and tool measurement
Moderní technologie – část VII Přenos NC NC programů programů:: Přenos DNC síť: Příklad řešení na ZČU v Plzni
Schéma sítě NOVELL Netware Informační systém např. SYSKLASS
U L 211 E M C O M IL L 100
EM CO
SIN 810M
F1C N C
S U F 16
F 1C N C
LAN W IN D N C 1-4 kanálů E M C O T U R N 120
U L 209
SIN 810M
D ÍL N A V X K 50N C A N S 632 TRANS
C im atron it
M C V 750C N C
FN C 4
LAN
it DNC segment - NC stroje CAD/CAM: např. Cimatron
F G S40
C N C 836
práce s jednotnou databází dokumentace a možnost W IN D N C 1-4 kanálů S P T16N C
N S720 TRANS
její správy, průchod na UNIX, možnost dalšího rozvoje vyšší pořiz. náklady jsou kompenzovány jednodušším způsobem přenosu informací
NC technologie
Moderní technologie – část VII Důvody aplikace aplikace NC NC technologie: technologie: Důvody • Zvyšující se konkurence na našem i světovém trhu • Potřeba efektivně vyrábět stále složitější tvary • Rychle reagovat na změny ve výrobě ( pružnost výroby) • Návaznost na vývoj moderních technologií (suché obrábění, tvrdé obrábění, HSC obrábění) • Uplatnění nových pracovních cyklů řezných nástrojů ve výrobě
Moderní technologie – část VII Uplatnění NC NC technologií technologií :: Uplatnění • v kusové výrobě při výrobě forem a zápustek a v opravárenským průmyslu • v malosériové a sériové výrobě - možnost spojení jednotlivých NC strojů do výrobních linek prostřednictvím dopravníků, zásobníků a manipulátorů ⇒ přechod k plně automatizovaným výrobním procesům
Moderní technologie – část VII Popis NC NC technologií technologií Popis • v podstatě se neliší od konvečních technologií - vychází z obecných principů, tzn. postupnou volbou technologických operací (hrubovací, dokončovací) a jednotlivých úkonů se realizuje požadovaný technologický výsledek • je však řešena na detailnější úrovni (způsob a strategie frézování, dynamické vlastnosti stroje, záběrové podmínky zbytkové objemy materiálu po předchozím obrábění, řezné podmínky, geometrické parametry nástroje aj.) • vždy spojena s tvorbou NC programu
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch 1. Úvod V současné době je problematice obrábění tvarově složitých ploch věnována velká pozornost nejen pro jeho aplikaci při výrobě forem pro vstřikování plastických hmot, výrobě kovacích zápustek, nástrojů pro lisování komponent v automobilovém nebo leteckém průmyslu, ale i pro využití v oblasti výroby součástí lopatkových strojů (parní turbíny nebo kompresory plynových turbín atd.).
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch Základní pojmy •řezné rychlosti [m/min] •posuvu [mm/min]. •způsob pohybu nástroje vůči obrobku (sousledný a nesousledný pohyb). •tvar nástroje.
a)
b)
R
R
R c)
d)
R e)
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch Cíl technolog. řešení • •
kvalita povrchu volba řádkování s ohledem na poloměr né ploše vhodná řezná rychlost (u kulových nástrojů také přistupuje problém malé resp. nulové řezné rychlosti v oblasti kolem osy nástroje). To lze kompenzovat vhodnou polohou nástroje resp. naklopením nástroje při obrábění rovinných segmentů tvarové plochy. V současné době je také naklápění nástroje využíváno k eliminací nebo snížení ohybových momentů při HSC obrábění. sa< sb < sc sa
sa
v
sb
sb
v
a)
b)
v
sc
sc
c)
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch Technologická realizace Technologická realizace obrábění tvarových ploch vychází z obecných technologických principů. Z hlediska druhu operací můžeme opracování tvarových ploch rozdělit na operace: •Hrubovací •(Polohrubovací) •Dokončovací Hrubování v režimu SPIRAL
Hrubování v režimu PARALELL
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch Dokončování v režimu FINISH
Dokončování v režimu PARALELL
Optimalizace Při obrábění je vhodné mít k disposici také metody, pomocí kterých získáme optimální a bezchybný výsledek. Optimalizaci technologického procesu můžeme rozdělit podle následujících kriterií: •tvar polotovaru jako vstupní parametr technologie •tvar a parametry obráběcího nástroje a upínače •zbytkový materiál a optimalizace jeho odstranění
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch Simulace Simulace reprezentuje metodu, která umožňuje grafickou kontrolu pohybů nástroje v jednotlivých technologických operacích vytvořených v NC modulu CAD/CAM systému nebo programu zpracovaném konvenční metodou eventuelně kontrolu kolizních stavů. Simulace v režimu stroj- nástroj – obrobek
Simulace v režimu nástroj - obrobek
Moderní technologie – část VII Obrábění tvarových ploch
Moderní technologie – část VII Obrábění Obrábění tvarových tvarových ploch ploch – Simulace – Simulace obrábění obrábění - video .
