NÁVRH A REALIZACE NC ŘÍZENÍ PRO PODÉLNOU A PŘÍČNOU OSU SOUSTRUHU SVOČ FST 2010 Vít Veselý, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Tématem bakalářské práce je: Návrh a realizace NC řízení pro podélnou a příčnou osu soustruhu. V této práci se zabývám dimenzováním vedlejších pohonů vzhledem ke stávajícím technologickým možnostem stroje. Dále výběrem komponent pohonu a výběrem řídicího systému, aplikací softwarového řídicího systému pro NC řízení a testovací obrábění a jeho hodnocením se zaměřením na přesnost a opakovatelnost. KLÍČOVÁ SLOVA NC řízení, MACH 3, modul CAM pro NX 6. ÚVOD Číslicově řízené obráběcí stroje jsou v dnešní době nedílnou součástí každého většího podniku. Při číslicovém obrábění je program výroby součástí zadán stroji. Program získáváme pomocí CAM systémů. Tyto stroje pak umožňují zvýšení kvality i kvantity výrobků, produktivnější a hospodárnější výrobu a možnost vícestrojové obsluhy - méně pracovních sil. Další výhodou těchto strojů může být zvýšení přesnosti a přizpůsobivosti výroby, také zkrácení průběžné doby výroby a konečně i možnost sériové výroby. 1. VÝBĚR KOMPONENT POHONU A VÝBĚR ŘÍDÍCÍHO SYSTÉMU 1.1. Výběr stroje Pro soustružnické obrábění byl použit standardní konvenční stroj - mini soustruh UNI-MAX CQ9318. (Obr 1.1) Mini soustruh UNI-MAX CQ9318 Soustruh není určen pro trvalý provoz, nýbrž pro,,kutilské potřeby. To se projevuje i na jeho konstrukci, zvláště pak v provedení posunových jednotek, které jsou realizovány šrouby s metrickými závity. Výrobce popisuje soustruh následovně: Je vhodný pro operativní obrábění malých dílů. Je vybaven plynulou regulací otáček ve dvourychlostních rozsazích s automatickým podélným posuvem, i možnost volby posuvu. Možnost volby posuvu pro M i W závity. Příslušenství stroje tvoří 3čelisťové sklíčidlo, otočný hrot, 2 pevné hroty, výměnné kolo. Hmotnost stroje je 36 Kg. [1]
Technický popis stroje: Napětí 230 V Příkon 250 W Počet otáček 1.st. 200-1150 ot/min 2.st. 460-2500 ot/min Točná délka 210 mm Upínací průměr 80mm Točný průměr nad ložem 180mm nad supportem 70mm Soustruh byl přestavěn tak, aby umožňoval připojení krokových motorů v ose X a Z místo manuálního polohování a docílil tak programově řízeného obrábění. 1.2 Popis přestavby Pohybová osa je tvořena krokovým motorem, spojkou a posuvovým šroubem s metrickým závitem se stoupáním 1 mm. (Obr. 1.2) Osa Z a X před úpravou (Obr.1.3) Osa Z a X po úpravě 1.3 Popis nakupovaných komponent: Krokový motor 57STH76 - krokový 2 - fázový motor 1,9Nm. Technický popis: 8 vodičů, základní úhel 1,8, hřídel 6,35x20mm + 6,35x36mm, rozměry motoru 57x57x76mm. Krokový motor byl zvolen vzhledem k jednoduché realizovatelnosti řízení a cenové dostupnosti. V porovnání se synchronními motory, které jsou nejběžněji používány u CNC strojů v průmyslovém nasazení, má krokový motor následující výhody, resp. nevýhody: Výhody: - nižší cena - jednoduchá elektronika pro generování pulzů, realizujících krok motoru - není potřeba odměřovací systém, požadované natočení je dáno počtem pulzů na otáčku Nevýhody: - není zaručena přesná poloha, při přetížení může dojít k nedodržení žádaného kroku (přeskočení kroků), jelikož není realizováno zpětnovazební řízení - závislost krouticího momentu na otáčkách
(Obr. 1.4) Krokový motor Spojka Jako spojovací článek mezi krokovým motorem a pohybovým šroubem byla zvolena: pružná spojka FLEX-BF - svěrná. Pružné bezvůlové spojky typu FLEX-BF se skládají ze dvou hlavic a plastového středu. Jsou určeny pro kompenzaci nesouososti a radiální vůle mezi hřídelí motoru a pohybového šroubu. Výrazně také omezují rezonance a tlumí přenos vibrací mezi motorem a šroubem. Na trhu jsou dodávány ve svěrném provedení s vrtáním 6,35mm na obou stranách. Díky pružné spojce se nám podařilo vyrovnat nepřesnosti, které vznikli při výrobě příruby, jež nám nese krokový motor. Posuvový šroub (Obr. 1.5) Pružná spojka FLEX-BF Byl zachován původní šroub s metrickým závitem. Pro posunové jednotky obráběcích strojů je sice nevhodný v porovnání s trapézovým, popř. kuličkových šroubem, ale cenové možnosti nedovolily použití těchto šroubů. Matice použitého šroubu je však vyrobena s vysokou přesností a vykazuje minimální vůli. Vzhledem k navrženým maximálním posuvům, vychází otáčky šroubu. Tato poměrně malá hodnota a fakt, že pracovní cyklus je omezen maximálně na 2hod. denně nepovede k nadměrnému opotřebování šroubu. V případě zvýšeného opotřebení může být šroub pořízen nový v cenově dostupných relacích. 1.4 Aplikace softwarového řídícího systému pro NC řízení: MACH 3 modul pro soustruh, je potřeba nastavit parametry pro nastavení krokového motoru s posuvem, omezení max. rychlostí a zrychlení a omezení posuvu souřadného systému. Celá realizace viz. Přiložené schéma (Obr 1.6)
Obr (1.6) Zapojení hardwaru (Obr 1.7) Foto zapojení
1.5 Řídící systém: Jako řídící systém volím software MACH 3. Software je z dílny ArtSoft USA pro řízení CNC strojů pomocí běžného PC s LPT portem. Tento systém je běžně dostupný na internetu. Jde o verzi s omezením 1000 řádky programu, to je však pro testovací obrábění dostačující. System je jednoduše zapojitelný, s krokovými motory. (Obr. 1.8) Pracovní prostředí MACH 3 pro modul soustružení (Obr. 1.9) Pracovní prostředí MACH 3 pro modul frézování Na vytvoření tvarově složitých ploch byl použit CAM, přesněji NX6 CAM expres. Programování se provádělo v modulu turning expres. V NX6 byl vytvořen model, technologie a vytvářely se dráhy nástroje. Poté nám CAM umožnil vytvoření CL dat. CL data byla překládána pomocí postprocesoru na NC kód, který byl jednoduše načten v řídícím systému MACH3. Na obrázcích (1.10 1.13) je vidět příprava technologie výroby:
(Obr. 1.10) Tvorba modelu (Obr.1.11) Strategie obrábění
(Obr.1.13) Generování NC kódu pomocí postprocesoru a jeho načtení v řídícím systému MACH3 1.6 Plán další práce -vyhodnocení technologičnosti stroje -násobnost výroby -přesnost výroby (Obr 1.14) Ukázka obábění materiálu dřeva (dub lesní) ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Je zřejmé, že daný soustruh není určen pro trvalé obrábění, ale pouze pro kutilské využití. Díky použitým pohybovým šroubům s nevhodným metrickým závitem není dosahováno velkých přesností. Realizace přestavby probíhala v ryze experimentálním duchu. Výsledkem je jednoduchá přestavba konvenčního stroje na nekonvenční stroj, který je cenově dostupný a umožňuje výrobu tvarově složitých obrobků a její násobnost.
PODĚKOVÁNÍ K tomuto projektu mi bylo poskytnuto zázemí rodinné dílny, kde mi bylo umožněno realizovat veškeré konstrukční a výrobní procesy. Neméně bych chtěl poukázat na pomoc ze strany vedoucího bakalářské práce Ing. Jana Hnátíka, Ph.D. LITERATURA Publikace ze elektronického dokumentu: [1] www.uni-max.cz Knižní publikace: JANDEČKA K., ČESÁNEK, J., KOŽMÍN, P..: Programování NC strojů. 1.vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, 2000. 159 s. ISBN 80-7082-692-4