Számjegyvezérlés alapjai

Dr. Zsiga Zoltán

Számjegyvezérlés alapjai

Miskolci Egyetem

Miskolc 2006.

Tartalomjegyzék

1. 2. 2.1. 2.2. 2.3.

3. 3.1.

Bevezetés.................................................................................................................. 4 NC/CNC technika alapjai......................................................................................... 5 A számítógéppel segített gyártás jellemzői .............................................................. 5 Az NC technika alapelve, általános jellemzői.......................................................... 8 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 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


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.

4


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

Gyártásirányitás CAM

Minõségbiztositás CAQA

Technológiai folyamatok CNC, ROC, PLC, FMS, FMC, AGV

Termék

2-1. ábra Egy lehetséges CIM modell

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


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

Számjegyvezérlés alapjai •

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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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


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


• 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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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


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


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

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számítógéppel segített programozás

2-10. ábra CNC gyártás információ feldolgozási folyamata

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

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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


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

Számjegyvezérlés alapjai 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

•

Pályaszámítás, pozícionálási célpontok, korrekciók számítása

•

Felügyeleti feladatok végrehajtása

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

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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

Számjegyvezérlés alapjai 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.


........

Szán, Z

TG

2-18. ábra Helyzetszabályzó pozícionáló rendszer 26

U

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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

Számjegyvezérlés alapjai 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


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

Számjegyvezérlés alapjai 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

Számjegyvezérlés alapjai 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 = , ahol n a jelkiértékelés módjára utaló szám, δϕ = 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

fE

A; A

Irányf diszkriminátor H

Jelátalakító B; B

Ub U0

0

f0

érvényesítő helyzetkapcsoló

Reverzibilis számláló

&

&

a számláló nullázása

2-25. ábra

Mérőrendszer abszolúttá tétele

32

Számjegyvezérlés alapjai 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


2-27. ábra Lineáris lécek

2-28. ábra Forgó impulzusadók

2-29. ábra Forgó impulzusadó üvegtárcsák

34


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


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


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)

•


•

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


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


A mozgások között szigorú kötöttségek vannak, ezt az interpolátor biztosít2 2 ja: v e2 = v ex + v ez

•


•

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

39


Megnevezés Jel

Nevezetes pontok

Regiszterek és tartalmuk

GÉPI KOORDINÁTA RENDSZER GKR

M a GKR origója F a szánrendszer vezérelt pontja

Gépi helyzet regiszter =MF

PROGRAMOZÓI KOORDINÁTA RENDSZER PKR

W a PKR origója P a programozott pont

Szerszámpálya regiszter =WP

SZERSZÁM KOORDINÁTA RENDSZER SKR

N=F az SKR origója P a szerszám programozott pontja

Szerszámadat regiszter =FP

2-3. Táblázat

A 2-3. Táblázatban összefoglaltuk a geometriai információs rendszer „építőelemeit.” A gépi koordinátarendszer, a GKR ,- ahogy a nevéből is következik-, a CNC gép saját rendszere, a gép ebben a rendszerben hajt végre minden mozgást. Ebben a rendszerben értelmezi a szánok helyzetét, pozícióit, s ezek értékeit a vezérlésben a gépi helyzet regiszterek tárolják. A szánok pillanatnyi helyzete mindenkor az MF távolság, ahol az M a GKR kezdőpontja, F pedig a szánok vezérelt pontja. A programozói munka megkönnyítését és a CNC géptől való függetlenítést szolgálja a programozói koordinátarendszer, a PKR alkalmazása. A kezdőpontja a W pont, a szerszámpálya értelmezett pontja a P pont. A programozás során ebben a koordinátarendszerben értelmezzük a munkadarab méreteket, valamint a programba írandó célpontok adatait. Általában igaz, hogy a munkadarab kontúrját programozzuk (K-pontot) úgy, hogy a kontúrt a szerszámpályával egybeesőnek tekintjük, de az eltérés számítására a programban szükség szerint megfelelő parancsot adunk (szerszámpálya korrekciózás). A program adataiból számított szerszámpálya adatokat az regiszterek tárolják, ezek a szerszámpálya regiszterek. A CNC gépek is, mint általában az automaták előbeállított szerszámmal dolgoznak, ezért szükség van egy vonatkoztatási rendszerre, amelyben a szerszámok megfelelő adatai értelmezhetőek. Ez a rendszer a szerszám koordinátarendszer, az SKR. Az origója az N pont, amit célszerű az F-fel egyezőnek értelmezni (N=F). Az FP távolság a szerszám hosszméret korrekciója, a P pont a szerszám programozott pontja. Ebben a rendszerben lehet értelmezni a szerszámok típusát is. A szerszámok méreteit és típuskódjait szerszámadat regiszterek tárolják

40


F=N Z

rFP Z

rMF P

rKP Y

rWP

rWK

Y

K g(x,y,z)

M

r0 W X X

2-35. ábra CNC geometriai rendszer A 2-35. ábra a CNC gépek geometriai rendszerének egy általános felépítési lehetőségét ábrázolja. Mutatja a koordinátarendszereket és a nevezetes pontokat. Az ábra jelöléseivel a jellemző elemek az alábbiak: •

r0 nullponteltolás vektor

•

rWK a programozott kontúr vektor, a g(x,y,z) kontúrgörbe pontjainak helyvektora

•

rKP a szerszámsugár vagy geometriai korrekciós vektor

•

rWP a szerszámpálya vektor

•

rFP a szerszám hosszkorrekció vektor

•

rMF a vezérelt pont vektor

A koordinátarendszerek közötti kapcsolatot az alábbi egyenlet írja le: rMF= r0+rWP-rFP, ahol rWP=rWK+rKP tehát rMF=r0+ rWK+rKP -rFP Fenti egyenletből jól látható, hogy a pozícionálás célpontja a nullponteltolás, a munkadarab aktuális mérete, a geometriai korrekció és a szerszám hosszkorrekció összessége.

41


2.3.6.1. A koordinátarendszerekkel kapcsolatos általános előírások Az alaprendszerek Descartes-i, jobbsodrású koordinátarendszerek A tengelyek jelei: X Y Z elsődleges tengelyek U V W másodlagos tengelyek A B C szögelfordulások A Z tengely a főorsóval párhuzamos Esztergáknál az X-Z a munkasík Pozitív a tengelyirány, ha a szerszám és a munkadarab távolodásakor a koordinátaérték növekvő. Amennyiben a szerszám végzi a mozgást, akkor a mozgásirányok és a tengely irányítások egyezőek, ellenkező esetben szembemutatóak. Esztergáknál a pozitív Z tengely a szegnyereg felé, a főorsóból kifelé, maró és fúrógépek esetében a főorsóba befelé mutat. A koordinátarendszerek tengelyei természetesen a szánvezetékekkel párhuzamosak A gépi GKR és a programozói PKR koordinátarendszerek egymáshoz képest eltoltak lehetnek (nullponteltolás!), elforgatás nem lehetséges. 2.3.6.2. Eszterga geometriai rendszere Szemléltetésre az EPA-320 CNC eszterga példáját mutatja a 2-36. ábra.

XM

X szán

F=N Z' X' P 2X

W

M

X0

XMF X

Xk

XW

Z0

Zk Z ZMF

Z szán Z M ZW XMF=X0+X+Xk ZMF=Z0+Z+Zk

2-36. ábra CNC eszterga geometriai rendszere Az ábrán bemutatott módon esztergák esetében célszerű a gépi koordinátarendszer , a GKR Z tengelyét a főorsó forgástengelyével egybeesőnek venni, valamint az M kezdőpontját a munkadarab befogó tokmány homloksíkján kijelölni. Ezek a megállapodások célszerűségek,

42

Számjegyvezérlés alapjai természetesen ezektől bármilyen eltérés megengedett. Az a lényeges, hogy a kezelő számára egyszerűen elképzelhető, áttekinthető legyen a kijelölés. A programozói koordinátarendszer PKR kijelölése a programozó feladata. A Z tengely értelemszerűen a munkadarab forgástengelyével egybeeső, a W kezdőpontját lehetőleg úgy kell kijelölni, hogy a technológiai és a szerkesztési bázisok egybeessenek. A munkadarabot a gép munkaterébe helyezve az ábrán vázolt állapot jön létre, ahol az X irányú nullponteltolás jellemzően zérus, X0 = 0. A szerszám koordinátarendszer, az SKR tengelyei az X’és Z’, az alaprendszerekkel ellentett irányításúak, az N kezdőpontja célszerűen egybeeső a szánrendszerek F vezérelt pontjával, N=F. Természetesen ezen utóbbi megállapodás se kötelező, csak tapasztalati célszerűség. A koordinátarendszerek közötti kapcsolatokat az alábbi egyenletek írják le: XMF=X0+X+Xk és ZMF=Z0+Z+Zk, ahol X0, Z0 a nullponteltolások, az X és Z a programozott célpontok, Xk és Zk a szerszám hosszkorrekciók. Az összefüggés akkor igaz, ha a szerszám csúcssugarának értéke nulla, vagyis nincs szükség geometriai korrekció számítására. Programozásnál általában ezt az esetet feltételezzük, de a szerszámpálya számítást megfelelő utasításokkal előírjuk. Az esztergák esetében fontos megjegyezni, hogy az X programozott értéken mindig átmérő méretet kell érteni! A bekapcsolást követően a CNC gépek többségénél először a referenciapont felvételt kell végrehajtani, vagyis ki kell jelölni a gépi koordinátarendszer helyét. Ezt a szituációt mutatja a 2-37. ábra.

XM

F=R

XMR

X szán

Z szán

M ZM XMR= ZMR

ZMR=

2-37. ábra Referenciapont felvétele CNC esztergán A referenciapont felvétel során a vezérlés a szánokat általában a munkatér szélén lévő pozíciókba mozgatja, s ott a gépi helyzet regisztereket nullázza, vagy pedig azokba az XMR, ZMR referencia távolságokat betölti. Nullázás esetén a gépi koordinátarendszert szokás rögzített nullpontos rendszernek, XMR≠0, ZMR≠0 esetén pedig lebegő nullpontos rendszernek nevezni.

43

Számjegyvezérlés alapjai Ez a megkülönböztetés ma már nem indokolt, mert a referencia távolságokat tetszőlegesen választhatjuk meg. 2.3.6.3. Fúró-maró megmunkálóközpont geometriai rendszere Példaként a Polyax TC-3 megmunkálóközpont rendszerét mutatja a 2-38. ábra. r r r r rMF = rMW + rWP − rFP YW

YM

Szerszám r rMF

r rFP F=N

P

r rWP

XW

Főorsó Főhajtómű

W

r rMW

Y

Főmotor

XM ZW

X Z

M ZM

2-38. ábra 3D-s megmunkálóközpont koordinátarendszere

YM

YM

YW

YW

F=N

P,F=N XMW

P

YWP

ZMW XW

W YMW

M

Z

XM

ZMP

XMF

ZMW

ZW

W

ZM

M ZMF

XM M

XW

XMW W XWP

A geometriai korrekció Xg, Yg

P

Xg P

ZFP ZM

ZW

ZFP

Yg F=N

YWK

K XWK

2-39. ábra 3D-s megmunkálóközpont koordinátarendszere

44


Az ábrák alapján felírhatóak a koordinátarendszerek kapcsolatait leíró egyenletek: XMF=XMW+XWK+Xg YMF=YMW+YMK+Yg ZMF=ZMW+ZWK+ZFP Az X-Z interpolációs síkban nincs szerszám hosszkorrekció, itt a szerszámpálya és a kontúr közötti távolságot az Xg, Yg geometriai korrekció határozza meg. A szerszám hosszirányú méretét az X-Z és az Y-Z síkokban veszi figyelembe a vezérlés. Forgószerszámos gépek esetében ez a sajátosság érvényesül mindenkor. A szerszámpálya számítás a CNC vezérléssel 3D-ig általában még on-line elvégeztethető, de bonyolultabb rendszereknél már a számítógépes programkészítéskor van rá lehetőség, ezért ilyenkor a CNC program a szerszámpálya adatokat tartalmazza, míg az első esetben a munkadarab kontúr adatait. 2.3.6.4. Eszterga megmunkálóközpont koordinátarendszere

Útmérő 2. revolverfej Főorsó Vezető persely

Hátsó orsó 1. revolverfej

2-40. ábra A CITIZEN E20 eszterga MC koordinátarendszere

2-40. ábra egy két revolverfejes, kétorsós hosszesztergáló megmunkálóközpont geometriai rendszerét mutatja. A gép hosszesztergáló rúdautomata, s ennek megfelelően rendelkezik rúdadagoló berendezéssel s a Z1 tengely mentén a főorsó végzi a munkadarab előtoló sebességgel történő mozgatását. A jellemző koordináták: 6 vezérelt koordináta •

Főorsó: Z1, C1

•

revolverfej: X1

•

revolverfej: X2, Z2

•

Hátsó orsó: Z3

45

Számjegyvezérlés alapjai A különböző koordinátatengelyek együttmozgatási lehetőségei az alábbiak: 1. Iker revolverfejes megmunkálás X1, X2, C1 Z1 tengelyek együttműködése 2. Kétszános megmunkálás X1, C1 Z1 X2, C1 Z2 3. Első-hátsó szimultán megmunkálás X1, C1 Z1 X2, Z3 4. Három Z-tengelyes szimultán megmunkálás X1, C1 Z1 X2, Z1, Z2 a Z1-re szuperponálódik Z3 a Z2-re szuperponálódik Az ábra és a rövid ismertető alapján könnyen belátható, hogy a több koordinátás megmunkálóközpontok programozása már „haladó” programozói ismereteket igényel.

46


3. CNC GÉPEK KÉZI PROGRAMOZÁSÁNAK ALAPJAI 3.1. CNC programozás nyelvi eszközei

3-1. ábra A CNC programozás nyelvi eszközei A CNC programozás folyamatáról, feladatairól, módszereiről az előző fejezetben általános áttekintést adtunk. A programozás geometriai modellezési és technológiai folyamattervezési feladatok megoldását jelenti oly módon, hogy az eredmény a CNC gépek által érthető formájú és tartalmú program legyen. Az NC technikában napjainkra három jellegzetes programnyelv család alakult ki: 1. Assembly szerű, funkció orientált ISO 6983 nyelv (Numerical Control Language, NCL) a kézi programozás számára. 2. Magasszintű, feladat orientált nyelv, APT (Automatic Programming Tools) nyelvek, elsősorban a számítógépes programozási eljárások számára. 3. Interaktív, vezérlésfüggő, feladatleíró nyelvek, menük, grafikus eszközök, elsősorban a CAD/CAM és a WOP eljárások segítésére. A 3-1. ábra a nyelvi eszközök összefoglalását mutatja. Az ábrán jól látható, hogy a CNC gépen való végrehajtásig milyen jellegzetes feldolgozási folyamatokon mennek át az információk, az adatok. Ebben a fejezetben elsősorban a kézi programozás sajátosságait mutatjuk be, s ennek megfelelően az ISO/DIN szócímzésű NCL jellemzőit tárgyaljuk. A programozási példákat a Sinumerik 810T eszterga vezérlés utasításrendszerének megfelelően adjuk.

3.1.1. Egy ISO NCL utasításrendszer felépítése Egy CNC szerszámgép programozásához alkalmazható utasításrendszer elmei természetesen csoportosíthatóak aszerint, hogy egy gyártási feladat leírásakor milye információkat kell megadni. Ennek megfelelően az utasításrendszer felépítése az alábbi lehet: Az NC programban megadandó gyártási információk:

47


NC specifikus adatok (pozicionálási, méretmegadási mód stb.)

•

Geometriai adatok

•

Technológiai adatok

•

Programtecnikai adatok

•

Végrehajtási sorrend

Az UTASÍTÁSOK TIPUSAI a fentiek alapján: •

Előkészítő vagy G-utasítások

•

Geometriai és interpolációs utasítások (X, I stb.)

•

Technológiai és segédutasítások (M, S, T, F )

•

Programtechnikai utasítások és vezérlő karakterek

A végrehajtási sorrendet a leírás sorrendje adja! A programnyelv egyszerűsített Backus-Naur metanyelvi definíciója: <program>::={<mondat>} <mondat>::=<mondatszám>.{<szó>}.LF <mondatszám>::=N.<sorszám> <sorszám>::={<decimális karakter>}3 <decimális karakter>::=0/1/2/3/4/5/6/7/8/9 <szó>::= <szócím>. <szócím>::=G/X/Y/Z/I/J/K/D/F/S/T/M/B/R ::=./ ::={<decimális karakter>} ::={<decimális karakter>}04. {<decimális karakter>}03 Jelölések: Metaváltozó::=Metakifejezés változó Vagy / 4 max És . Ismétlés {xx}3 min Terminális jel:ABCXYZ… A szócímzésű NCL jellegzetes címbetűit és egyéb karaktereit a 3-1. Táblázat foglalja öszsze:

48


N

Mondatszám

%

Program kezdet

G

Előkészítő utasítás

(

Megjegyzés kezdete

XYZ

Geometriai utasítás

)

Megjegyzés vége

UVW

Másodlagos geom. ut.

/

Feltételes mondat

ABC

Szögelfordulás, szögérték

:

Főmondat

IJK

Interpolációs utasítás

+-

Előjelek

D

Szerszámkorrekciós tár

=

Egyenlőség

F

Előtolás adat

LF

Mondat vége

S

Főorsó forgás-sebesség

T

Szerszám azonosító

M

Segéd és kapcsolási utasítások 3-1. Táblázat

A Sinumerik 810T vezérlés utasításrendszerének legfontosabb általános szabályai:

•

A program legkisebb egysége a SZÓ ill. a KARAKTER

•

A szavak lehetnek: - öröklődőek, újig érvényesek (többség) - öntörlőek, egy mondatra érvényesek

•

A szavakban az értéktelen nullák elhagyhatóak

•

A mondatszám elhagyható, címke jellegű

•

A mondatokban a szósorrend kötetlen, de vannak célszerű és kötelező megállapodások

•

A szavak címbetűi mindig nagybetűk

•

Szóköz megadása nem szükséges

•

A tizedesjel a tizedespont

•

A mondatokat LF vagy EOB karakterrel kell lezárni

•

A program mindig % karakterrel kezdődik, M02 vagy M30 utasítással zárul

49

Számjegyvezérlés alapjai A főrogramok felépítése

A szegmens felépítése

%MPFazonosító szám

Szerszámváltás/csere Főmondat

Bevezető mondat

Egyéb mondatok .

1. Szegmens

Cím

. . .

2. Szegmens . . .

A B C D F G X Y Z I J K stb

Az alprogramok felépítése

n-ik Szegmens

%SPFazonosító szám

Záró mondat M02

Alprogram mondatok . . .

Záró mondat M17

Adat vagy kód Real: X12.325 F0.21 stb. Integer: T12 S2560 stb.

A mondatok felépítése / Vez. ut.

N999 G00 G90 G40

X12.5 Z3.2 K1.25

Mondatszám

Geometriai és interpolációs utasítások

Előkészítő utasítások

F0.2 S1250 M04

EOB

Technológiai és Mondat kapcsolási utasítások vége

3-2. ábra CNC program felépítési struktúrája A 3-2. ábra egy CNC program felépítési struktúráját mutatja. A programok lehetnek főprogramok és alprogramok, vagy szubrutinok. Mindkettő mondatokból, a mondatok szavakból épülnek fel. A főprogram a munkadarab teljes megmunkálási folyamatát fogja át, felépítését célszerű tagolni, szegmensekre bontani. Egy-egy szegmens általában más-más szerszámhoz tartozik, tehát az „egy szerszám, egy szegmens” elv érvényesül. A tagolás eredményeként a programmegszakítás utáni folytatás biztonságosabb, kevesebb szubjektív hibalehetőség adódik. Az öröklődő utasításokat mindig meg kell adni a szegmens első, ún. főmondatában, s így kizárhatóak a folytatásnál a téves öröklődések. Egy- egy szegmens önállóan is működőképes programrészletnek tekinthető azzal a megszorítással, hogy nem zárja le záró utasítás. Az alprogramok ismétlődő elemekből álló programrészletek programozására szolgálnak. Lehetnek könyvtári alprogramok, amelyek a vezérlés szolgáltatásai, pl. esztergáló, mélyfúró vagy menetesztergáló, illetve a felhasználó által írt felhasználói alprogramok, pl. kontúrleíró, komplett megmunkáló alprogramok. Ezek az alprogramok a főprogramokból a megfelelő szabályok szerint hívhatók, aktualizálhatók, a vezérlés memóriájában a Sinumerik vezérlésnél önálló fájlként kerülnek tárolásra. A 3-3. ábra mutatja a Sinumerik 810T vezérlés alprogram hívási lehetőségeit. A főprogramból az alprogram hívható egyszeri, vagy többszörös vérehajtással, sőt az alprogramokból is lehet további alprogramokat hívni. Ennél a vezérlésnél ún. háromszoros, vagy három szintű „zsákolási” lehetőség van.

50


3-3. ábra Alprogramok hívási lehetőségei Mind a fő, mind az alprogramok mondatokból épülnek fel, ezek felépítése is látható a 3-2. ábraán. A mondat kezdő utasítása a mondatszám szó, a mai korszerűbb vezérléseknél megadása már nem kötelező, ezekben az esetekben címke funkciója van. A mondatokat mindig egy speciális záró karakterrel kell lezárni, ez a mondatvége, vagy blokkvége karakter, az EOB karakter. A mondatokon belül az utasítások sorrendje elvileg kötetlen, de a 3-2. ábraán bemutatott sorrend tapasztalati alapon ajánlott és célszerű. A vezérlő karakter a főmondatot jelölő : kettőspont, vagy a feltételes mondatkihagyást jelentő / törtvonal. A mondatok szavakból épülnek fel, a karakterektől eltekintve ezek az NC program legkisebb építő elemei. A szavak címbetűkből és adatokból állnak. A címbetűk az angol abc nagybetűi, az adatok számok (integer, real), vagy kódok (string). A programnyelv a szócímzésű nyelv elnevezést a szavak ezen jellegzetes felépítéséről kapta. Az ISO/DIN NCL jellegzetes utasítás fajtái összhangban a 3-1. Táblázatban összefoglaltakkal az alábbiak: (Sinumerik 810T) Az előkészítő G utasítások fajtái 1. Pozicionálás módja 2. Méretmegadás módja 3. Pályakorrekciózás módja 4. Koordináta transzformációk módja 5. Célpontra állás módja 6. Gépi ciklusok 51

Számjegyvezérlés alapjai 7. Mértékegység- és funkcióváltás 8. Egyéb előkészítő utasítások (lásd mellékletben) Geometriai utasítások 1. Célpont koordináták: X4.3, Z4.3 2. Szögértékek: A4.3 3. Lekerekítés és élletörés értéke: B+-4.3 4. Interpolációs adatok: I4.3, K4.3 Technológiai utasítások fajtái 1. Főorsó forgás S4 2. Előtolás F2.3, F4 3. Szerszám azonosító T2 4. Szerszám adattár címe D2 Kapcsolási utasítások 1. Főorsó forgás jobb, bal, állj M03, M04, M05 2. Szerszámváltás M06 3. Hűtőfolyadék be, ki M08, M09 Programtechnikai utasítások és vezérlő karakterek 1. Program vége M02, M30 2. Szubrutin vége M17 3. Program stop M00 4. Feltételes program stop M01 5. Ciklusismétlés száma P01-P99 6. Mondatszám Nxxx 7. Program kezdet % 8. Feltételes mondatkihagyás / 9. Megjegyzés kezdete, vége (, ) 10. Előjelek, egyenlőség + - = 11. Mondatvége LF, EOB Egyéb utasítások, amelyek nem szabványosítottak. (lásd mellékelt táblázat)

3.1.1.1. Előkészítő utasítások fajtái, programozásuk 1. Pozícionálási módok programozása 1.1. Pontvezérléssel történő mozgás gyorsmenettel: 3-4. ábra Programozandó adatok: Mozgáspálya végpontjai egyidejűleg minden irányban 52

Számjegyvezérlés alapjai Kezdőpontra állás esetén a megfelelő pályakorrekció G41, G42 Eltávolításkor a pályakorrekció törlése G40 Jellegzetes mondat: N5 G00 G40 X(X2)Z(Z2)

X vx=vy=vg X2

P2 450

X1

P1

Z

Z1

Z2

3-4. ábra Pozícionálás gyorsmenettel Megjegyzendő, hogy a mai korszerű CNC vezérléseknél a mozgáspálya gyakran a P1-P2 pontokat összekötő egyenes, a mozgás sebessége pedig gyorsmeneti. 1.2. Lineáris mozgás programozása előírt sebességgel, (3-5. ábra) 2D, 3D, lineáris és forgómozgások kombinációi Programozandó adatok: Mozgáspálya végpontjai Technológiai feltételek: Előtolás, főorsó forgás Térgörbék közelítése lineáris pályaszakaszokkal történik Jellegzetes mondat: N5 G01 X(X2) Z(Z2) F S

X P2

X2 X1

P1

Z

Z1

Z2

3-5. ábra Pozícionálás egyenes mentén előtolással 53

Számjegyvezérlés alapjai 1.3. Körpályán mozgás a fősíkokkal párhuzamos síkban (3-6. ábra) Programozandó adatok: Körpálya végpontjai Kezdőponttól a kör középpontjának relatív helyzete: I, K Körbejárás iránya: G02: órajárás irányába CW, G03: órajárással ellentett CCW Technológiai feltételek: Előtolás, főorsó forgás Jellegzetes mondat: N5 G03 X(X2) Z(Z2) I K F S

X X2

P2

Pk I K

X1 Z2

P1

Z

Z1

3-6. ábra Pozícionálás körpályán 1.4. Menetesztergálás, hengeres, kúpos, síkmenet G33 Programozandó adatok: Célpont koordináták, Menetemelkedés: I, J, K Főorsó forgás: M03/M04 Jellegzetes mondat: N5 G33 X Z K S M03/M04 Ma már ritkán használják, helyette a menetesztergáló szubrutint alkalmazzák. 1.5. Várakozás programozása G04 Elsősorban fúrási, beszúrási műveleteknél használják a forgácstörés miatt. Jellegzetes mondat: N5 G04 X(t), ahol t a várakozási idő sec-ban.

54


A G04 utasítás öntörlő. 2. Méretmegadási módok programozása (3-7. ábra) A geometriai méretek programozhatóak Abszolút értékként G90 Növekményként

G91

Az abszolút méretmegadás alkalmazása a gyakoribb, A növekményes programozást elsősorban 3-5D-s megmunkálásoknál alkalmazzák (Kisebb programméret miatt) Jellegzetes mondatok: Abszolút programozás N5 G90 G00 X(X2) Z(Z2) Növekményes programozás N5 G91 G00 X(∆X) Z(∆Z) ahol ∆X=X2-X1, ∆Z=Z2-Z1

X X2

P2 450

X1

P1

Z

Z1

Z2

3-7. ábra Méretmegadási módok 3. szerszámpálya korrekciózás programozása A pálya- vagy szerszámsugár korrekció akkor szükséges, ha a P programozott pont és a K kontúrpont nem esik egybe. Ez a geometriai korrekció: A programozási utasítások: G40 korrekció törlés G41 sugárkorrekció bal G42 sugárkorrekció jobb

55


G43 sugárkorrekció + G44 sugárkorrekció Jellegzetes alkalmazás: N5 G3 G42 X Y I J N5 G2 G41 X Y I J A 3-8. ábra mutatja az automatikus pályakorrekciózás G41, G42 utasításainak értelmezését. A mai CNC gépeken a G43 és G44 utasításokat már nem használják, funkciójukat a G41, G42 utasítások teljes egészében átveszik.

Y

G42 V

G41

P

Ve

P

e

K K

Munka-darab

Szerszám

X

3-8. ábra Pályakorrekciózás értelmezése 4. Koordináta transzformációk módjának programozása A koordináta transzformációnak két alaptípusa van:

Tárolt nullponteltolás , amikor a nullponteltolás értékeit a vezérlés megfelelő tárolóiban tárolják, s a programban ezen tárolók címével hivatkoznak rájuk. Általában a többoldalas megmunkálási lehetőségek miatt négy különböző tárolt nullponteltolás alkalmazható. Az utasítások: G53: tárolt nullponteltolás felfüggesztése, átmeneti törlése G54, G55, G56, G57 :különböző tárolt nullponteltolások Jellegzetes alkalmazás: N5 G54 X.. Z..

nullponteltolás bekapcsolása, pozicionálás az általa kijelölt PKR-ben

N55 G56 X.. Z..

nullponteltolás cseréje, pozícionálás az újabb nullpont eltolás által kijelölt PKR-ben

.

56

Számjegyvezérlés alapjai . N85 G53 X.. Z..

nullponteltolás felfüggesztése egy mondatra, pozícionálás a GKR-ben

N86 X.. Z..

felfüggesztés megszűnt, pozícionálás a legutolsó érvényes nullponteltolás szerint (N55 G56)

Programozott nullponteltolás segítségével átmenetileg a programozói koordinátarendszer helyét módosíthatjuk az alap kijelöléshez képest. Használható ráhagyások programozására, vagy ismétlődő felületcsoportok megmunkálásakor. Az utasítások a G58 és a G59. Egy jellegzetes alkalmazási példa: N5 G54 L25 P1

az L25 alprogram végrehajtása a G54 által kijelölt PKR-ben

N10G58 X16 Z48 a PKR átmeneti eltolása X és Z értékekkel N20 L25 P1

az L25 alprogram végrehajtás az eltolt PKR-ben

N25 G58 X45 Z100

a PKR eltolása az eredetihez képest X és Z-vel

N30 L25 P1

az L25 alprogram végrehajtása az újabb PKR-ben

N35 G58 X0 Z0

az eredeti állapot visszaállítása, az átmeneti koordinátarendszer eltolás törlése

Megjegyzendő, hogy a G58, G59 utasításokat tartalmazó mondatokban csak a koordinátaadatok szerepelhetnek, s a G40 pályakorrekció törlésnek érvényben kell lennie.

3-9. ábra Nullponteltolások feldolgozása A 3-9. ábra a Sinumerik 810 vezérléscsalád esetében alkalmazható tárolt, programozott és a külső nullponteltolások együttes használatának feldolgozási folyamatát mutatja be. 57

Számjegyvezérlés alapjai 5. Célpontra állás módjának programozása A CNC szerszámgépek pozícionáló rendszerei dinamikus rendszerek, amelyek az előírt elméleti szerszámpályákat és a pozícionálási célpontokat csak valamilyen követési hibával, illetve pozícionálási hibával tudják megvalósítani. Ezek a hibák a pozícionáló rendszerek tulajdonságaitól, beállítási jellemzőiktől is függnek. A korszerű CNC rendszerek gyakran lehetőséget adnak, hogy a pozícionálás minőségét a programozás során befolyásolni lehessen a munkadarabra vonatkozó minőségi előírások szerint. Erre szolgálnak az alábbi, a célpontraállás minőségét előíró utasítások: G09

pontos pozícionálás sebességcsökkentéssel, egy mondatra érvényes, öntörlő

G60

pontos pozícionálás sebességcsökkentéssel, öröklődő

G62

pályavezérlés, szakaszváltás sebességcsökkentéssel, öröklődő

G64

pályavezérlés, szakaszváltás sebességcsökkentés nélkül, öröklődő

Ezen utasítások használatával a munkadarabok alak és méretpontosságát tudjuk befolyásolni. 6. Gépi ciklusok programozása Az NC/CNC gépek fejlesztésének már az első időszakában felismerték, hogy a technológiai feladatok gyakran adnak a programozó számára ismétlődő feladatokat, amelyek tipizálhatók, s ezzel a programozás racionalizálható, egyszerűsíthető. Ezen felismerés alapján alkották meg az ún. fúró szubrutinokat, amelyeket már a KNC vezérléseknél is alkalmaztak. A szabványosított utasításaik a következők: G80

fúróciklus törlése

G81

fúrás

G82

fúrás

G83

mélyfúrás

G84

menetfúrás

G85

dörzsölés

G86

fúrórudas megmunkálás

G87

fúrórudas megmunkálás visszafelé

G88


G89


A G81 fúróciklusra mutat példát a 3-10. ábra

58


3-10. ábra Fúróciklus alkalmazás A ciklus megvalósított mozgáselemei 1-4-ig terjednek, az 5. az újabb furat fölé állás. A programmondatok: a. N10 G81 X40 Y.. Z-30 R3

Fanuc, NCT szintaktika

b. N10 L81 X40 Y.. R2=3 R3=-30

Siemens szintaktika

Megfigyelhető, hogy az a eset a „klasszikus”, a b esetben a ciklus jele L81, és a ciklus célpontjai részben paraméteresen vannak megadva (R2, R3 a paraméter regiszterek) A fúró szubrutinok ma is használatosak CNC fúrógépeken és fúró-maró megmunkálóközpontoknál. A fix fúróciklusok választékát és egy alkalmazási példát a 3-11. ábra és 3-12. ábra mutatják: A CNC gépek bizonyos változatainál lehetőség van a G80-G89 utasításokkal együtt azonos mondatban a ciklusváltozókat is megadni különféle címeken (pl. D, H, L, E stb.), más, elsősorban a korszerűbb gépeknél paraméteres megadásra van lehetőség. Ilyen módon kell például a Sinumerik 810M vezérlés esetében is használni a fix ciklusokat. A ciklusazonosítók az L81-L89 utasításokkal definiálandók, a ciklusváltozókat pedig az Rxx paraméterekként lehet megadni.

59

Számjegyvezérlés alapjai G81(L81) fúrás, központfúrás

G82(L82) fúrás, süllyesztés

z

z

R2 R3

R4

R3

R11 szerszámtengely kódja x=1, y=2, z=3

x

R2


a.

R10

x

b.

G83(L83) mélyfúrás

G85(L85) furatbővítés

R0

z

z

R1 R4

R2 R10

R3

R2 R10 R3

x



c.

x

d.

G84(L84) menetfúrás


R9

z

R0

z

R6

R7

R3

R2


R4

R3 x

R2 R10


e.

f. 3-11. ábra Fix fúróciklusok 60

x



z


z

R7

R2 R3

R3


x

R2

R4


a.

x

b.


z

Y

R7

P3

P2

50 40

R4

R3

30

R2


P4

P1

M

20 10

x

M

c.

P5

P6

10 20 30 40 50

70 x

d. 3-12. ábra Fix fúróciklusok

A 3-12 d ábra a fix ciklusok alkalmazására az alábbi példát szemlélteti a Sinumerik 810M vezérlés utasításrendszerének megfelelően: N5 G90 G81 G01 X70 Y35 F500 N10 G10 X50 U20 A60 N15 A120 N20 A180 N25 A240 N30 A300 N35 A0

(P1) (P2) (P3) (P4) (P5) (P6) (P1)

A példa esetében az L81-et a G81 utasítással vélasztják ki, az R2, R3 és R11 paraméterek értékét az N5 mondat előtt meg kell adni. A példa érdekessége, hogy a P1, P2 stb. pontok fölé állás polár koordinátarendszerben történik (N10-es mondat) 61

Számjegyvezérlés alapjai Természetesen a könyvtári ciklusoknak is géptípusonként jelentős választéka van. A teljesség igénye nélkül néhány további: zsebmarás, körmarás, horonymarás, pontmintázat fúrás, horonymintázat marás stb. Az alábbiakban a Sinumerik 810M vezérléssel ellátott CNC marógépen alkalmazható példákat mutatunk be. A 3-13. ábra a pontmintázat fúrás lehetőségét mutatja: A szubrutin azonosítója: L900 A szubrutin paraméterei: R11 A szerszámorsó tengelyének kijelölése (X=1, Y=2, Z=3) R22, R23 Az osztókör középpont (MP) abszolút koordinátái R24 Az osztókör sugara R25 Az első furat szöghelyzete R26 Osztási szög R27 Furatok száma R28 A kívánt fúróciklus jele (81-89)

3-13. ábra Pontmintázat programozás

3-14. ábra Horonymintázat alkalmazás

62

Számjegyvezérlés alapjai A 3-13. ábra a horonymintázat marási lehetőségét mutatja: A szubrutin azonosítója: L901 A szubrutin paraméterei: R1 Mélyítési lépés (növekmény, előjel nélkül) R2 Vonatkoztatási sík koordinátája (abszolut) R3 Horonyfenék síkja (abszolút méret) R11 A szerszámorsó tengelyének kijelölése (X=1, Y=2, Z=3) R12 Horonyszélesség (A szerszámátmérő kisebb, mint a 0.9*horonyszélesség) R13 Horony hossza R22, R23 Az osztókör középpont (MP) abszolút koordinátái R24 Az osztókör sugara a horony széléig R25 Az első horony szöghelyzete R26 Osztási szög R27 Hornyok száma

3-15. ábra Négyszögzseb marás A 3-15. ábra a négyszögzseb marási lehetőségét mutatja: A szubrutin azonosítója: L903 A szubrutin paraméterei: R1 Mélyítési lépés (növekmény, előjel nélkül) R2 Vonatkoztatási sík koordinátája (abszolut) R3 Zsebfenék síkja (abszolút méret) R4 Mélyítési előtolás R6 Marási irány (02/03) R11 A szerszámorsó tengelyének kijelölése (X=1, Y=2, Z=3) R12 Zseb X irányú mérete R13 Zseb Y irányú mérete R15 Előtolás R22, R23 A zseb középpontjának (MP) abszolút koordinátái

63


3-16. ábra Körzseb marás A 3-16. ábra a körszögzseb marási lehetőségét mutatja: A szubrutin azonosítója: L930 A szubrutin paraméterei: R1 Mélyítési lépés (növekmény, előjel nélkül) R2 Vonatkoztatási sík koordinátája (abszolut) R3 Zsebfenék síkja (abszolút méret) R4 Mélyítési előtolás R6 Marási irány (02/03) R11 A szerszámorsó tengelyének kijelölése (X=1, Y=2, Z=3) R15 Előtolás R22, R23 A zseb középpontjának (MP) abszolút koordinátái R24 A zseb sugármérete A zsebmarási ciklusok (L903, L930) közös jellemzője, hogy megközelítéskor az R2 paraméterhez viszonyítva 1 mm biztonsági távolságot hagy a gép. Természetesen a fenti négy példa a Sinumerik 810M vezérlésre vonatkozik, más vezérléseknél további egyéb lehetőségek is előfordulnak. A Sinumerik 810T CNC eszterga könyvtári alprogramjai a következők: Esztergáló alprogram (L95) Mélyfúró alprogram (L98) Menetesztergáló alprogram (L97) Beszúrás esztergáló alprogram(L93) A továbbiakban ezek ismertetésére térünk rá.

64


AZ L95 esztergáló alprogram

R29=xx Forgácsleválasztás módja

X R25

1 1 B

C

R26

R27=40;41;42 R20

A R21

R24

Z

W R22

3-17. ábra Esztergáló alprogram általános vázlata L95 esztergáló szubrutin paraméterei: R20=a kontúrleíró alprogram azonosítója R21=a kontúr X kezdőpontja R22=a kontúr Z kezdőpontja R24=simítási ráhagyás X R25=simítási ráhagyás Z R26=fogásvétel értéke X vagy Z irányban R27=a pályakorrekciózás módja R29=a megmunkálási mód kódja A 3-17. ábra az esztergáló alprogram felépítési vázlatát és a paraméterek kiosztását mutatja. Az R20-as paraméter a kontúrleíró szubrutin azonosító száma. Fontos , hogy a kontúrleírásban a kontúr kezdőpont adatainak meg kell egyezniük az R21 és az R22 regiszterek értékeivel. Másik fontos szabály, hogy a kontúrleírás utolsó megmunkálási mondatának célpontjai a kontúr végpontjának koordinátái, kontúrelhagyást nem szabad programozni. Az R24, R25-ös regiszterek tartalmazzák a simítási ráhagyásokat, az R26 a fogásvétel értékét. Az R27 regiszter értéke 40, 41 vagy 42 lehet, a pályakorrekciózás típusától függően. Kiemelt jelentőségű az R29–es regiszter tartalmának helyes megválasztása, mert ez határozza meg , hogy a lehetséges forgácsleválasztási módok közül melyik kerüljön végrehajtásra. Az összes lehetőséget a 3-2. táblázatban foglaltuk össze, a 3-18. ábra és a 3-19. ábra pedig a változatokat mutatják.

65

Számjegyvezérlés alapjai A 3-18. ábra a legegyszerűbb nagyolási lehetőségeket mutatja, a megmunkálások végeredménye a kontúrral párhuzamos lépcsős felület. (R29= 11, 12, 13, 14)

B

Fogásvétel iránya: - / +Z

Fogásvétel iránya: -X

R29=11

Külső felület nagyolása, eredménye: lépcsős felület

X

Külső felület nagyolása, eredménye: lépcsős felület

X

B

B

R29=11

R29=12

Z

Belső felület nagyolása, eredménye: lépcsős felület

X

Fogásvétel iránya: - / +Z

Fogásvétel iránya: +X

R29=13

R29=12

Z

Belső felület nagyolása, eredménye: lépcsős felület

X

B

R29=13

R29=14

B

R29=14

B

B

B

Z

Z

3-18. ábra Az L95 alprogram egyszerű nagyolási változatai A 3-19. ábra a komplexebb változatokat mutatja. Az R29=2x változatok egy fogásban, a simítási ráhagyásig, az R29=3x változatok többfogásos lépcsős nagyolást, majd a simítási ráhagyásig történő megmunkálást végzik. Az R29=4x változatok azzal haladják meg az R29=3x változatokat, hogy a nagyolás után egy simítási műveletet is tartalmaznak, ezzel a munkadarab készkontúrja lesz a végeredmény. X

X Nagyolt kontúr

R29=21;23

Z

Nagyolás kontúr-párhuzamosan simítási ráhagyásig egy fogásban

X

Nagyolt kontúr

R29=31;32;33;34

Z

Nagyolás koordináta- majd kontúrpárhuzamosan simítási ráhagyásig több fogásban

3-19. ábra Az L95 alprogram összetettebb változatai

66

Simított kontúr

Nagyolt kontúr

R29=41;42;43;44 Komplett megmunkálás

Z


A megmunkált felület

A forgácsleválasztás módja

Külső

Belső

Hosszirányú

R29=11

R29=13

Keresztirányú

R29=12

R29=14

Nagyolás kontúrpárhuzamosan egy fogásban simítási ráh.-ig

R29=21

R29=23

Nagyolás koordináta-párhu zamosan több fogásban

Nagyolás koordináta- és kontúrpárh. több fogásban simítási ráhagyásig

Hosszirányú

R29=31

R29=33

Keresztirányú

R29=32

R29=34

Komplett megmunkálás

Hosszirányú

R29=41

R29=43

Keresztirányú

R29=42

R29=44

(Nagyolás koordináta- és kontúrpárh. több fogásban, majd simítás)

Eredmény Lépcsős nagyolt felület Kontúrpárhuzamos felület simítási ráh.-sal Kontúrpárhuzamos felület simítási ráhagyássalsal

Kész nagyolt, simított kontúr

3-2. Táblázat

A mélyfúró alprogram (L98)

X

R22 R25

R26

W R28

Z

R28

R28

1

1 L3

R28 L2

Gyorsmenet

L1

1

a degresszió R24 = L1-L2

Előtolás

3-20. ábra Mélyfúró ciklus A ciklus paraméterei R22 furat kezdőpont (Z) R24 fúrási mélység csökkentés R25 első fúrási mélység R26 furat végpont(Z) R27, R28 várakozási idők

67

R27


Alkalmazási példa N5G00X0Z100S600F0.2M4 N10R22=80R24=5R25=30 R26=10R27=2R28=1 N15G98P1 N20G00X Z stb.

Menetesztergáló alprogram (L97) R29 X R20

R32

R21

R31

W

R26 R24

R27

Z

R22 Gyorsmenet Menetvágás

3-21. ábra Menetesztergáló alprogram vázlata A 3-21. ábra menetesztergáló alprogramjával hengeres, kúpos és síkmenetek egyaránt megmunkálhatók. A fogásfelosztást képes a menetprofil oldaliránya irányában elvégezni, ha az R29 regiszter tartalmát ennek megfelelően adjuk meg. Az R21, R22, R31és R32 értékek a hasznos menetrész határpontjait adják, a rá-és túlfutásokat az R26 és R27 regiszterek tartalmazzák. Az R20 a menetemelkedés értéke, az R24 a menetmélységé, amely külső menetek esetén mindig kisebb, mint nulla. Az alprogram alkalmazásánál mindig állandó fordulatszámot kell programozni, s a főorsónak is forognia kell.

68


Beszúrás esztergáló szubrutin (L93) A beszúró alprogrammal különféle szimmetrikus és aszimetrikus horonymegmunkálások programozhatóak. Az R23 regiszter értékének megválasztásával a megmunkálás kezdőpontját lehet kijelölni, az R10-es regiszterekkel pedig a horony típusát tudjuk definiálni (hosszanti vagy keresztirányú.), lásd 3-22. ábra. A két regiszterrel így összesen nyolc változat választható ki, de ezeken belül a horonyprofilok számtalan különféle lehetőséget kínálnak.

Hosszanti horony, R10=0 R23=-1

X

Keresztirányú horony, R10=1

R23=1

X

R23=1

R23=1

R23=-1

R23=-1

Z

Z R23=-1

R23=1

3-22. ábra Horonydefiníciók A 3-23. ábra különféle elhelyezkedésű hornyok paraméter értelmezéseit ábrázolja. Látható, hogy a regiszterek segítségével tulajdonképpen a horonygeometria paraméteres programozására nyílik lehetőség. R21 R23=1

R29

R25 R22

R28

R28 X

R35 R33

R22 R27

R23=-1 R35

R34

Z

R31

Z

R2 1 R22

R32

R27 R33

R31 R2 8

R26

R30

R26

R24

R29

R29

R35

R27

R30

R32

R23=1

R33

R23=1 R25

X

R24 R31

R24 R29 R30

R26

R27

R34

R21

R32

R30

R25

R26

R23=-1 R32

R34

R24

R28 R35

R23=-1 X

R23=-1 R21

R25

X

R34

R23=1 Z

Z

3-23. ábra A horonymegmunkálás paraméterei 69

R31

R33 R22

Számjegyvezérlés alapjai A beszúró alprogramban alkalmazott paraméter regiszterek az alábbiak: R10

típus paraméter 0,1

R21

horony belépő méret

R22

horonyfenék helye

R23

kezdőpont kijelölés 1,-1

R24, R25 simítási ráhagyás R26

beszúrás lépés

R27

fenék szélesség

R28

várakozási idő sec

R29, R35 oldalszögek R30, R33 fenék lekerekítés, letörés +,R31

horonyfenék méret

R32, R34 belépés lekerekítés, élletörés +,Mintapélda az L93 alprogram alkalmazására N55 T08 D08 (szerszám definíció) N60 R10=..R21=..(stb. paraméterlista feltöltés) N65 L93 P1 (beszúró alprogram hívás) A szerszámadatok megadása valamint a paraméterlista feltöltése az L93 hívás előtt kötelező. A szerszám kezdő sarokpontjának a szerszámadattár címe Dn , a második szerszámcsúcsé Dn+1 7. Mértékegység- és funkcióváltás programozása A CNC vezérlés lehetővé teszi a geometriai adatoknak inch (G70) és metrikus (G71) rendszerben való programozását is. Természetesen Európában a metrikus rendszer az alkalmazott, a CNC gépek is ennek megfelelően vannak beállítva. Az előtolás programozható sebességként mm/min dimenzióval (G94), vagy főorsó fordulatra vonatkoztatva mm/ford dimenzióval (G95). Esztergáknál a G95-nek, marógépeknél a G94-nek van általában bekapcsolási prioritása. A főorsó fordulatszáma programozható állandó értékűnek, közvetlenül (G97), vagy közvetetten, az állandó vágósebesség megadásával, abból számíttatva (G96) 8. Egyéb előkészítő utasítások programozása (lásd mellékletben) Ezeket az utasítástípusokat itt nem tárgyaljuk részletesen. Néhány gyakrabban előforduló, jellegzetes lehetőség a csoportból a következő:

70


Munkatér korlátozás: A munkatér korlátozást elsősorban fúró- maró gépeken alkalmazzák, de szükség lehet rá esztergák esetén is. Ez utóbbi alkalmazás különösen a tengely és tárcsa szerű alkatrészek megmunkálására egyaránt használható esztergagépeknél fontos, mert ebben az esetben könnyen ütközés állhat elő. Az utasítások a G25 a korlátok minimumai G26 a korlátok maximumai. Programozási szabály, hogy a G25 és G26 utasításokat tartalmazó mondatokban egyéb utasítások nem adhatók meg. A szánok vezérelt pontjának (F) mindig a kijelölt tartományon belül kell lennie, s ezért a határok kijelölésénél figyelembe kell venni a szerszámok valós szerszámhossz korrekcióit is (az FP távolságot, lásd geometriai rendszer ismertetése). Figyelembe veendő, hogy a G25, G26-os mondatokban megadott adatokkal a gépi adat regiszterek íródnak felül (MACHINEN DATA), s ennek későbbi következmányeivel is számolni kell. A munkatér korlátozás mind a programban, mind a kezelés során előálló ütközésék elkerülését szolgálja. A 3-24. ábra munkatér korlátozás alkalmazására mutat példát:

XM

XW Xmax

M W

X szán

F=N Z'

Xmin Zmin

P

X' Zmax

Z szán ZM ZW

N5 G25 X(Xmin) Z(Zmin) N10 G26 X(Xmax) Z(Zmax)

3-24. ábra A munkatér korlátozás programozása Főorsó fordulatszám korlátozás: A főorsó fordulatszám korlátozás programozására akkor van szükség, ha a főorsó kívánt forgási sebességét a programozott vágósebesség alapján a vezérléssel számíttatjuk ki, s esetenként a számított érték mechanikailag meg nem engedhető lenne. Természetesen ez a funkció esztergák esetén szükséges például középpontig való homlokesztergálás esetén. Az alkalmazási mintapélda az alábbi: N5 G01 G96 S120 N10 G92 S2500 N15 G1 X0

a programozott vágósebesség v= 120 m/min a fordulatszám határ 2500 ford/min pozicionálás X=0 értékre, de a főorsó fordulatszám nem lehet több, mint 2500 ford/min.

A G92-t tartalmazó mondatban csak az S utasítás szerepelhet. A fordulatszám korlát is a munkatér korlátokhoz hasonlóan a gépi adatokat felülírja.

3.1.1.2. Geometriai utasítások fajtái és programozásuk A geometriai utasításoknak négy fő csoportja van. Ezek a következők: 1. Célpont koordináták, X,Y,Z, U,V,W, 2. Szögértékek A 71

Számjegyvezérlés alapjai 3. Lekerekítés és élletörés mértéke, B+, B4. Interpolációs adatok I, J,K Az adatok megadhatóak metrikus és zoll rendszerben egyaránt a kiválasztástól függően. A szögértékeket fokban illetve ezred fokban lehet megadni. A szöget a +Z tengelytől az órajárással ellentett forgásirányban kell mérni. Metrikus rendszerben a geometriai adatok formátuma 4.3, vagyis a tizedesponttal 4 egész és 3 tizedes helyiértéket választunk el. A programozó kényelmét szolgálja, hogy a tizedespont elhagyása esetén a jobboldali első számjegy egyes helyiértékű. A legkisebb útegységek 1 mikron illetve 1 ezred fok. Az X, Y, Z, valamint az U, V, W címeken mindig koordináta adatok adhatók meg, A címen pedig szögek. A B cím adata lehet körív sugara, vagy élletörés letörési élhossza attól függően, hogy előjele pozitív, vagy negatív. Az I, J, K interpolációs segédadatok kör programozásánál a kör kezdőpontjából a kör középpontjába mutató vektor koordinátatengelyek irányába mutató komponensei. Menetesztergálásnál a menetemelkedés értékét kell az I, J, K címeken programozni. A formátum ezekben az esetekben is 4.3. A geometriai utasítások esetében is elhagyhatóak az elöl és a hátul álló értéktelen nullák, de arra vigyázni kell, hogy a helyiértékek megfelelőek maradjanak.

3.1.1.3. Technológiai utasítások fajtái és programozásuk A technológiai utasítások fajtái az alábbiak: 1. Főorsó forgási sebessége, S4 2. Előtolás értéke F2.3 mm/ford, és F4 mm/min 3. Szerszám azonosító T2, T01-T12-ig 4. Szerszám adatokat tároló regiszter címe D2, D00-D99 A főorsó fordulatszámának megadása a kívánt fordulatszám egész típusú számértékével programozandó, kivéve, ha állandó vágósebességet akarunk előírni. Ekkor az S címbetű után a kívánt forgácsolási sebesség írandó egész típusú számként. Az előtolás értékét is annak konkrét számértékével lehet megadni akár főorsó fordulatra vonatkozóan, vagy sebességként. A szerszám azonosítása helykódos rendszerű, vagyis a T cím után a kijelölt szerszám revolverfejbeli helyének kódját kell megadni. Más vezérlések esetén természetesen más szintaktikájú T utasítások is előfordulhatnak. A szerszám adattár címének programozása a D2 utasítással történik. Bármelyik T-hez bármelyik D utasítás hozzákapcsolható. A D00 utasítás a szerszámadatok törlését jelenti, vagyis azt, mintha a gép vezérelt pontja és a szerszám programozott pontja egybeesne (F=P!). A Dxx adattárak tartalma a következő:

•

Szerszám azonosítója

•

Szerszám típuskódja (1-9)

•

X irányú hosszkorrekció

•

Z irányú hosszkorrekció

72


•

Forgácsoló lapka csúcssugara

X 4

5

8

3

P

P

P

P

P

P

7

Z

9 P

P

1

P

6

2

3-25. ábra Szerszámtipus meghatározás A szerszámok típusának meghatározását segíti esztergaszerszámok esetén a 3-25. ábra. Az X-Z síkon a szerszámok a P proramozott pont és a csúcssugár középpont relatív helyzete szerint 1-9-ig különböző pozícióban állhatnak, attól függően, hogy milten feladatra szolgálnak. A jellegzetes szerszámtípusok az alábbiak: 2 tipus 3 tipus 6 tipus 8 tipus

furatesztergáló szerszám külsö felület esztergáló szerszám furatban menetesztergáló szerszám külső felületen menetesztergáló szerszám

3.1.1.4. Kapcsolási utasítások és programozásuk A kapcsolási utasítások a szerszámgép pozícionáló rendszerein kívüli mechanizmusainak működtetésére szolgálnak. Ilyenek pl.: 1. Főorsó forgás bekapcsolása, főorsó leállítása, M03, M04, M05 2. Szerszámváltás M06 N5 T8 D8 M06 valós szerszámváltás N15 D9 szerszámkorrekció váltás Hűtés be-és kikapcsolás, M08, M0.

73


3.1.1.5. Programtechnikai utasítások és karakterek A program futásának befolyásolására, módosítására szükséges elemek. Típusai és felhasználásuk az alábbiak: 1. Program vége, M02, M30 a programok lezárására szolgál, az utolsó mondatban megadása kötelező. 2. Szubrutin vége, M17 az alprogramok záró utasítása. 3. Program stop M00 a programfutás felfüggesztése, a start megnyomására a futás folytatódik. 4. Feltételes program stop M01, lásd M00, de az érvényességének feltétele a kezelőpulton beállítandó. 5. Ciklusismétlési szám P01-P99, a ciklusok hívásánál megadása kötelező. 6. Mondatszám Nxxx a mondatok megjelölésére szolgál, megadása csak hivatkozási címkeként kötelező. 7. Feltételes mondatkihagyás /, olyan mondatok megjelölésére, amelyek a kezelő döntésétől függően kihagyhatóak, vagy végrehajtandóak. 8. Program kezdet %, a programok kezdetének jelölésére szolgáló karakter, megadása kötelező. 9. Megjegyzés kezdete ( és vége ), kommentek megadására szolgál. 10. Előjelek, egyenlőség, műveleti jelek +,-,=,+,11. Mondatvége, blokk vége, return, a mondatok lezárására szolgál, kötelező programozni.

74


3.1.1.6. Speciális egyszerűsített kontúrleírások a Sinumerik 810T vezérlésnél

Egyenes megadása hajlásszögével

X X2;Z2

Körív megadása sugarával

X

X2;Z2

A1

P2

X

P2

Metszõ egyenesek programozása X3;Z3

B

X2;Z2

P1 I P1

Z

Érintõ körök programozása X3;Z3

P1 és P2 azonos síknegyedben legyen

>0

I2

P3

>0 ?;?

X2;Z2 P2

B+

?;?

>0

>0

X1;Z1

P1

Z

X1;Z1

P1

Z N5 G01 X2 Z2 BN6 X3 Z3

N5 G02 X3 Z3 I1K1 I2 K2 A körök ellentett irányításúak

Lekerekítés programozása

X

B?;?

I1 K1

3. ábra

X3;Z3

P2

?;? X2;Z2

X1;Z1

2. ábra

B-

X3;Z3 P3

G02

N5 G01 A1 A2 X3 Z3

Élletörés programozása

X

X2;Z2=?;?

K2

Z

N5 G03 X2 vagy Z2 I K B

1. ábra

P3

P1 X1;Z1

K

Z

N5 G01 A X2 vagy Z2

X

A1

X1;Z1

Xk;Zk

X1;Z1

P2=?;?

A2

P3

4. ábra

Z N5 G01 X2 Z2 B+ N6 X3 Z3

5. ábra

6. ábra

3-26. ábra A Sinumerik 810T vezérlés speciális kontúrleírási lehetőségei X

Egyenest érintõ kör programozása

X

P2=??

P3

X

P2=?;?

A

Élletörés programozása B-

X3;Z3

X3;Z3

A

P3

Kört érintõ egyenes programozása

P3

B

>0 ?;?

P2

X2;Z2

X3;Z3 X1;Z1

P1

B?;? A >0

B

Z

N5 G03 A B X3 Z3

X

P3

>0 ?;? B+

Körívszög kisebb mint 180 0

7, ábra

Lekerekítés programozása X3;Z3

X

A2 P3 X3;Z3

A

>0

?;?

P2

A2

P2=?;?

B+

A1

9. ábra

Lekerekítés programozása hajlásszögekkel

P3 >0 X3;Z3 ?;?

B-

P1 X1;Z1

P2 A1

?;? >0

P1

X1;Z1

Z N5 G01 A X2 vagy Z2 B+ N6 X3 Z3

X

P2=?;?

B-

?;? >0

>0

8. ábra

Élletörés programozása hajlásszögekkel

X2;Z2 P2 ?;?

Z N5 G01 A X2 vagy Z2 BN6 X3 Z3

N5 G03 B A X3 Z3

Körívszög kisebb mint 180 0

X1;Z1

P1

X1;Z1

Z

P1

X1;Z1

Z N5 G01 A1 A2 X3 Z3 B-

10. ábra

Z N5 G01 A1 A2 X3 Z3 B+

11. ábra

12. ábra

3-27. ábra A Sinumerik 810T vezérlés speciális kontúrleírási lehetőségei A3-26. ábra és a 3-27. ábra a kontúrleírások speciális eseteit, lehetőségeit mutatják be öszszesen 12 esetre. A lehetőségekben az a közös, hogy egy-egy geometriai elem az alapleírásokhoz képest más jellemzővel is definiálható (hajlásszöggel, rádiusszal), valamint lekerekítések élletörések illeszthetők be, egymást követő elemek láncolhatók. Az 1-12 ábrákon fel vannak tüntetve a szintaktikai specialitások, ezek betartás kötelező (szórend, megadandó adatok, stb.)

75


3.1.2. Egyszerű programozási mintapélda A következőkben egy egyszerű példát mutatunk be az EPA 320 Sinumerik 810T CNC esztergán történő megmunkálás programozására

3-28. ábra A programozandó munkadarab felfogási terve A munkadarab rajzáról látható, hogy a munkadarab megmunkálandó felülete egy egyszerű kontúr, a nyersdarab 96 mm átmérőjű, 30 mm-es átmenő furattal, a bal oldalán a felfogásra alkalmas hengeres átmérővel és az ütköztetéshez használható vállal. A megmunkálandó felületek a homlokfelület és a külső kontúr. A felfogási terv elkésztése 3-28. ábra

•

a gépen alkalmazható befogási mód megválasztása,

•

a programozói koordináta-rendszer kijelölése,

•

a CNC programozáshoz illeszkedő méretláncok megtervezése

A munkadarabot a 88 mm átmérőjű hengeres felületen egy hárompofás esztergatokmányba fogjuk fel, a hosszirányú ütköztetésre a pofák homlokfelületét használjuk. A programozói koordinátarendszer helyének kijelölése is rendkívül egyszerű, az X tengelyt célszerűen az ütközési síkban kell elhelyezni, ezzel elérhető, hogy a szerkesztési és a technológiai bázisok egybeessenek.

76

Számjegyvezérlés alapjai A méretláncok átszámítására nincs szükség, az ábrán megadott a programírás céljainak megfelel. A műveletterv elkészítése: 1. A homlokfelület nagyolása

3-29. ábra A homlokfelület nagyoló megmunkálása

A megmunkálás technológiai adatai: fogásmélység 1,5 mm, simítási ráhagyás 0,5 mm, előtolás 0,25 mm/ford. →F0.25 vágósebesség 80 m/min,→G96 S80 szerszám: →T02 D2 2. Külső kontúr nagyolása fogásmélység 3 mm, simítási ráhagyás 1 mm X és Z irányban, előtolás 0,25 mm/ford. →F0.25 vágósebesség 80 m/min, → G96 S80 szerszám →T02 D2 alkalmazott alprogram száma: →L95

77


3-30. ábra Külső kontúr nagyolása Homlokfelület majd külső kontúr simítása

3-31. ábra Simítási műveletek

78

Számjegyvezérlés alapjai fogásmélység a simítási ráhagyások szerint, előtolás 0,1 mm/ford.→F0.1 vágósebesség 100 m/min, →G96 S100 szerszám →T08 D8 kontúrleíró alprogram száma: SPF110 →L110 A szerszámozási terv elkészítése A szerszámozási terv készítése során a gép szerszámozási lehetőségei és a feladat alapján az alkalmazandó szerszámok és szerszámtartók kiválasztása, a szerszámok pontos definiálása, megnevezése (Txx Dxx), a programozott pontok (P) kijelölése, a szerszámtípus és a korrekciók meghatározása a feladat.

3-32. ábra A nagyoló és simító szerszámok vázlata

A mozgásciklusok tervezése A szerszámpályák kvalitatív és kvantitatív meghatározását jelentik. Példákban a mozgáspályákat a műveletekhez tartozó ábrákon mutattuk be. A kontúrleíró alprogram tervezése Ezen alprogramot a külső felület nagyolásánál, az L95 alprogramban , majd a külső felület simító megmunkálásához használjuk. A kontúrleírás elkészítéséhez ad segítséget a 3-33. ábra .Megjegyezzük, hogy természetesen az X geometriai adatok most is a munkadarab aktuális átmérőit jelentik.

79


3-33. ábra A kontúrleírás vázlata A kontúrleíró alprogram %SPF110

(alprogram azonosító)

N5 G00 G42 X56 Z58

(kezdőpontra állás)

N10 G01 X72 A135

(45°-os élletörés)

N15 X72 Z30 B22

(az átmérő 72 felület és R22 lekerekítés)

N20 X100 A150

(30°-os kúpfelület)

N25 M17

(alprogram vége)

A főprogram elkészítéséhez a műveletek tervezésénél bemutatott ábrák adatait használtuk. A főprogram listája az alábbi: %MPF100 (Főprogram azonosító) N5 G00 G90 G40 G53 D00 X200 Z300 (Szerszámváltási pozícióba mozgás) N10 T02 D02 M06 (Nagyoló szerszám beváltása) N15 G00 G54 G90 G40 G97 X99 Z58.5 S1000 M04 M08 (Főmondat) N20 G01 G96 X27 F0.25 S80 80

Számjegyvezérlés alapjai (Homlokfelület nagyolása) N25 G00X100 Z65 (Szerszám kiemelés) N30 R20=110 R21=56 R22=58 R24=1 R25=1 R26=3 R27=42 R29=31 (Regiszter értékadás) N35 L95 P1 (Esztergáló alprogram hívás, külső felület nagyolás) N40 G00 G40 G97 X100 Z100 S1000 (Szerszám kiemelés) N45 G53 D00 X200 Z300 (Szerszámváltási pozícióba mozgás) N50 T08 D08 M06 (Simító szerszám beváltása) N55 G00 G54 G90 G40 G97 X62 Z58 S1000 M04 M08 (Főmondat) N60 G01 G96 X27 S100 F0.1 (Homlokfelület simítása) N65 G00 X62 Z61 (Szerszám kiemelés) N70 L110 P1 (Kontúrleíró alprogram hívás, külső felület simítás)N75 G00 G40 X110 Z58 (Szerszám kiemelés) N80 G53 D00 X200 Z200 M05 M09 (Hátrafutás munkadarab cserehelyzetbe) N85 M02 (Program vége) Természetesen a fenti feladatnak nem csak ez az általunk bemutatott helyes megoldása van, több helyen van lehetőség más megoldást alkalmazni, s ez a programozó technológus „ízlésétől” függ.

81


3.1.3. A Sinumerik 810 T vezérlés utasításai

82


83

Számjegyvezérlés alapjai

Recommend Documents