Číslicové řízení ve strojírenské technologii Ing. Oskar Zemčík, Ph.D. vznik a vývoj základní pojmy vztahy, definice výpočty Vznik a vývoj CNC CNC zařízení se vyvinula s původně NC zařízení Numerical control => NC Computer numerical control => CNC zařízení bez NC řízení => konvenční Vznik a vývoj na CNC navazuje DNC Direct numerical control nebo také Distributed numerical control využívá propojení do počítačových sítí původně vzniklo na základě nedostatečné kapacity řídících počítačů na jednotlivých strojích pro transfer programu do stroje a kontrolu stroje DNC z počátku 80tých let terminály řízené mikropočítači připojené na velké počítače firem SUN, HP, Prime, DEC či IBM od 90tých let se v po čítačích používají plnohodnotné počítače s operačním systémem a výrobci přecházejí na řešní založená na PC Základní pojmy CNC řízení na CNC zařízení přímo navazují, a využívají, různé aplikace CAD Computer-aided design (aplikace pro návrh modelů, či výkresové dokumentace) CAM Computer-aided manufacturing aplikace pro tvorbu CNC řídícího programu CIM Computer integrated manufacturing (automaticky řízená celá výroba) Základní pojmy počítačové podpory CAA - Computer Aided Assembly montáž podporovaná počítačem CAE - Computer Aided Engineering počítačová podpora konstrukce CAO - Computer Aided Organisation počítačová podpora obchodních činností CAP - Computer Aided Production počítačová podpora technologické přípravy výroby CAPE - Computer Aided Production Engineering počítačová tvorba a údržba informací v technologické přípravy výroby, tvorby technologických postupů, plánování výroby, spotřeby nářadí, projekce výrobních prostředků
Základní pojmy počítačové podpory CAPP - Computer Aided Process Planing plánovacích funkcí operativního řízení výroby, plánování procesů, projektová analýza CAQ - Computer Aided Quality control počítačová podpora plánování a řízení kvality CAT - Computer Aided Testing počítačová podpora kontroly výroby včetně zpětného inženýrství Konstrukce NC strojů první stroje, konvenční konstrukce s digitálním odměřováním optické snímače magnetické snímače potenciometrické kruhové lineární (běžně se dnes používá skleněné odměřovací pravítko) Princip určení směru pohybu lineární odměřovací členy 2/3 1/3 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 Nepřímé odměřování polohy Místo lineárních pravítek využíváme odměřování například rotace pohybového šroubu Konstrukce NC strojů vyžaduje vysokou tuhost stroje je potřeba minimalizovat vůle v pohybových elementech je potřeba jak vysoká přesnost nastavení tak i odměřování pohyb pomocí šroubového převodu kuličkovým šroubem lineární
Konstrukce NC strojů pohyb jednotlivých členů s pomocí krokové motory (pomalé malý výkon servomotory (větší výkon potřebují stále převody) lineární motory (nákladné) krokový motor jsou levnější, v případě správného dimenzování velikosti spolehlivé,v dnešní době především 3-fázové varianty (dříve 5 a 2 fázové) kroutící a přídržný moment až desítky Nm. krokový motor - příklad příklad parametrů krokového motoru (Berger-Lahr) lineární motor v principu krokový motor rozvinutý do délky (místo statoru je primární část, místo rotoru sekundární) umožňuje plynulejší pohyb, odpadají převody. Pro síly 10 20000N. Rychlost pohybu v desítkách ms -1. servopohon Zajištění přesnosti dojezdu rychlostním regulačním obvodem obsahuje elektronickou zpětnou kontrolu pohybu. Obvykle má více poloh a vyžaduje menší převod. Je nákladnější než krokový motor. posuf fmin [m/min] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Průběh rychlosti přejezdu 0 60 80 100 120 140 160 180 200 dráha l [mm]
Řízené osy řízené osy u prvních verzí pouze základní osy 2osy (soustružení, 2D frézovaní, vrtání, vyvrtávaní, řezání) 3osy (3D frézování) později řízení ostaních procesů + další osy stroje 4, 5osé frézky přídavná vřetena řízené hlavní vřeteno řízené chlazení, výměny nástrojů, změny technologických podmínek atd. 2D soustruh 3D frézka řízené osy víceosé stroje kromě standardních os X, Y a Z používáme pro další řízené osy značení A, B, C, U, V, W případně P, R či další. Přídavné osy mohou být rovnoběžné se stávajícími, řídí však jinou část stroje (přídavný suport, či vřeteno) Časté je rovněž použití řízení rotace hlavního či pomocného vřetene. tyto stroje jsou také někdy označovány jako soustružnická či frézovací centra. víceosé stroje svislý soustruh se třemi suporty 6ti-osá frézka víceosé stroje
Videozáznam CNC strojů 4-osá frézka Víceosý soustruh s hnaným přídavným vřetenem 2-osý soustruh Soustruh s automatickým podáváním materiálu Soustruh s řízeným hlavním vřetenem a přídavným vřetenem Soustruh 2-osý Soustruh (s protivřetenem) 4-osá frézka Mazak integrex (5os, rotační součást) 5-osá frézka Nástrojové hospodářstní u CNC stroje Značení Kontrola stavu Seřizování Nastavení korekcí Kontrola a výměna opotřebovaných nástrojů Skladování Transport Kódování nástrojů Pevné kódovaní (každý nástroj má pevné místo v zásobníku) Variabilní kódování )každý nástroj nese pevné označení a může být umístěn na libovolné místo zásobníku) Výhody a nevýhody zásobníků: Krátké časy výměny nástroje Možnost výměny během výrobního cyklu stroje Snadnější přechod na jinou výrobu Složitější konstrukce a výroba Náročnější provoz Nutnost mít jednotný typ upínací části Zásobníky nástrojů S přenosem řezné síly (rotační, revolverové, nožové hlavy) Jednodušší Snadnější údržba, menší poruchovost Menší počet nástrojů Složitější řešení kolize nástroje Bez přenosu řezné síly (vyměňuje se nástroj s upínačem) Maloobjemové Velkoobjemové (nad 40míst pro nástroje) S dopravníkem Typy zásobníků nástrojů Otočné, Rotační (s pevným stanovením místa nástroje) Typy zásobníků nástrojů Řetězový zásobník (nepřenáší síly je nutný manipulátor pro výměnu nástroje)
Typy zásobníků nástrojů Maloobjemové Kotoučový Talířový Sférický Typy zásobníků nástrojů Velkoobjemové Kotoučový Deskový Bubnový Řetězový Deskový Bubnový Řetězový Typy zásobníků Typy zásobníků Způsoby variabilního kódování nástrojů Bezkontaktní Čárové kódy Integrované čipy Korekce nástroje Kontaktní Binární kódování pomocí kruhových kroužků Pomocí děrného štítku, pásky
Upínání obrobků na CNC strojích Na pracovní stůl stroje Pomocí sklíčidel Pomocí kleštin Pomocí speciálních přípravků Na technologickou paletu Vznik a rozvoj G - kódu Z NC původně pouze souřadnice, pevný formát bloku. Vznik a rozvoj G - kódu Vznik a vývoj G-kódu N001 X+01200 Y-01120 EOB N002 X+00000 Y+01120 EOB... Struktura CNC programu Blok Blok slovo slovo slovo Povelová část Významová část PROGRAM Blok......... Formát bloku Pevný (je třeba uvádět všechny části bloku v přesně daném tvaru) Proměnný Složení bloku Číslo bloku Informační slova (přípravná a rozměrová funkce) Konec bloku Posuvová funkce Funkce pro otáčky vřetena Funkce pro práci s nástrojem Pomocné funkce
Obecný zápis bloku (Příklad) N3 G2 X±43 Z±43 I±43 K±43 E6 F4 S3 T2 H1 M2 N3 Př: N001 číslo bloku, určuje pořadí vykonávání jednotlivých bloků G2 Př: G01 přípravná funkce, například lineární interpolace X±43.. K±43 Př: X+40.21 argument prípravné funkce, např. Konrátní souřadnice pro lineární interpolaci s 4mi číslicemi před a třemi za desetinou tečkou E6 Př: E200 posuv v až šestimístném formátu v tisícinách mm/ot Obecný zápis bloku (Příklad) F4 Př: F200 posuv v až čtyřmístném formátu v desetinách mm/min S3 Př: S2000 otáčky vřetena min -1 T2 Př: T01 číslo nástroje H1 Př: H1 číslo použitého korekčního přepínače M2 Př: M03 pomocná funkce např. Roztočení vřetene po směru hodinových ručiček Znaky adres dle ISO 646 Vztažné body CNC stroje M absolutní počátek souředného systému stroje (dán výrobcem) R referenční bod od určený koncovými spínači na stroji (najetím na referenční bod osdstraníme chybu polohování, která může vzniknout) W nulový bod obrobku (počátek souřadného systému obrobku, určí programátor, např. Na čele obrobku atd.) Vztažné body CNC stroje T vztažný bod upínače nástrojů (vztahuje se k němu korekce nástroje) P výchozí bod nástroje (Poloha nástroje mimo obráběcí cyklus) Řídící program v ISO-kódu N10 G00 G20 G40 G49 G80 G90 G98 (1/4" SLOT DRILL) N12 T3 M06 N14 S10000 M03 N16 G00 G54 G43 X0.25 Y0.1 Z1. H03 M08 N18 Z0.1 N20 G99 G81 Z-.1 R.05 F12. N22 M97 P1000 N24 M09 (13/64" DRILL) N26 T4 M06 N28 S3761 M03 N30 G00 G54 G43 X0.25 Y0.1 Z1. H04 M08 N32 Z0.1 N34 G99 G73 Z-1. R.05 Q.1 F18. N36 M97 P1000 N38 M09 (1/4-20unc TAP) N40 T3 M06
Řídící program v ISO-kódu N42 S1000 M03 N44 G00 G54 G43 X0.25 Y0.1 Z1. H03 M08 N46 Z0.1 N48 G99 G84 Z-.75 R.05 F50. N50 M97 P1000 N52 M09 N54 G91 G28 Y0 Z0 N56 G90 N58 M30 N1000 (P1000: HOLE PATTERN) N1002 X0.5 Y0.1 N1004 X0.75 Y0.1 N1006 X1.0 Y0.1 N1008 X1.25 Y0.1 Standardní G - kód Základy položeny v MIT Servemechanism laboratory a přesněji definovány v 60-tých letech 20 století V USA Electronic Industries Alliance. Konečná verze byla dokončena v únoru 1980 v americké normě RS247D, jíž odpovídá evropská verze ISO DIN 66025. V dnešní době každý z výrobců CNC systémů pokračuje ve vlastním vývoji. Programování z hlediska souřadnic Absolutní (zadávané souřadnice jsou od nulového bodu /obrobku/ ) Relativní (zadávané souřadnice jsou od poslední polohy nástroje Kombinované (například základní část programu absolutně a podprogram přírůstkově /inkrementálně/) Příklady funkcí CNC ISO kódu G00 rychloposuv N001 G00 X... Y... Z... X,Y cílový bod Příklady funkcí CNC ISO kódu G01 lineární interpolace pracovním posuvem Příklady funkcí CNC ISO kódu G02 kruhová interpolace pracovním posuvem N002 G01 X... Y... Z... X,Y cílový bod N003 G02 X... Y... Z... R... R X,Y cílový bod
Příklady funkcí CNC ISO kódu G64 cyklus podélného hrubování N004 G64 X... Z... U... Příklady funkcí CNC ISO kódu G78 soustružení závitu s kolmým přísuvem N005 G78 X... Z... U... K... Příklad G - kódů CNC soustruhu Příklad M - kódů CNC soustruhu Příklad G - kódů CNC frézky Příklad M - kódů CNC soustruhu
Způsob návrhu CNC programu Určení uzlových bodů dle hotového výrobku a polotovaru (náčrt) Výpočet uzlových bodů Návrh programu včetně technologických podmínek Kontrola výsledného programu (bez nástroje na stroji sníženým posuvem) Moderní CAD/CAM aplikace Konstrukční část Vytvoření 3d modelu obrobku a polotovaru (případně jejich načtení z jiných aplikací) Pro určení dráhy nástroje Plošný model (u starších aplikací drátěný model) Pro simulaci obrábění objemový model (polotovar) 3D modelář Většinu těchto funkcí vykonává CAM aplikace. Moderní CAD/CAM aplikace Technologická část Volba nástrojů Volba technologických podmínek Volba technologie Volba dráhy nástroje Moderní CAD/CAM aplikace Výstupní a kontrolní aplikace Simulace včetně kontroly kolizí Postprocesor pro konkrétní stroj Rozšířené CAM aplikace CAD Autocad, Catia, Turbocad, Inventor Solidworks, Pro-engineer, Solidedge, CAM Edgecam, TurboCAM, Surfcam, Mastercam, Powermill, Vericut, použité zdroje www.vues.eu en.wikipedia.org S.Beroun Výrobní stroje S.Beroun TU Liberec R.Havlík Programování a řízení CNC strojů TU Liberec M. Chudoba Základy programování a obsluha CNC strojů SPŠ Jihlava www.google.com