CNC programozs alapjai Bevezets NC szerszmgpek fejldse Az

CNC programozás alapjai Bevezetés

NC szerszámgépek fejlődése • • • Az NC - technika, amely a Numerical Control angol szavak kezdőbetűiből származik és a magyar fordítása "számvezérlés" - létrejöttét, fejlődését az alábbi évszámokhoz és kutatókhoz köthetjük: - 1808. J. M. Jaoquard, francia selyemszövő és mechanikus a róla elnevezett szövőszéken lyukkártyákat alkalmazott. Ez jelentette a cserélhető adathordozó feltalálását. - 1938. C. E. Shannon, amerikai matematikus doktori disszertációjában arra az eredményre jutott, hogy gyors számítás adatátvitel csak bináris formában, a Boole algebra felhasználásával történhet és a megvalósítás eszközei az elektronikus kapcsolók lehetnének. Shannon dolgozta ki a mai számítógépek, illetve számjegyvezérlések alapelveit. - 1946. J. W. Mauchly és J. P. Eckert az USA-ban elkészítette az első digitális számítógépet. Ők teremtették meg az elektronikus adatfeldolgozás alapjait. - 1949 -52. J. Parsons és az M. I. T. (Massachusetts Technológiai Intézet) fejlesztett ki egy rendszert, amelyben a munkadarab megmunkálását közvetlenül egy számítógép vezérelte Az első működő magyar NC-gép az ERS 200 szakaszvezérlésű eszterga volt, amit Csepelen gyártottak és az 1960 -as BNV-n mutattak be

NC szerszámgépek fejlődése » Az elképzelés négy lényeges tétele, a következő volt: • 1. Egy pálya elérendő pontjainak tárolása lyukkártyákon. • 2. A lyukkártyák adatainak automatikus beolvasása a gépbe. • 3. A beolvasott helyzetek folyamatos kiadása és közbenső értékek számítása annak érdekében, hogy • 4. a szervomotorok a tengelyek mozgását vezérelni tudják

összehasonlítás A szerszámgépet számok és betűk programozásával vezéreljük. A működtető program tetszőlegesen változtatható, ismételhető és megfelelő formában tárolható. Az NC-technika lényegét a legjobban úgy lehet megérteni, ha összehasonlítjuk a hagyományos és az NC-eszterga működését. • Fordulatszám. A hagyományos szerszámgép főorsójának fordulatszámát a munkadarab elkészülése során többször kell változtatni, ezt a gépkezelő a forgácsolási folyamatot megszakítva a megfelelő kapcsoló karokkal végzi, majd utána folytathatja az megmunkálást. • Az NC-gép számára betűk és számok kombinációjából álló kód segítségével programozzuk a kívánt fordulatszámot, amelyet a gép automatikusan kapcsol. • Elmozdulás. Ha meghatározott hosszúságot kell elmozdulni, akkor a szánt mozgató hajtókeréken lévő beosztásos tárcsa (noniusztárcsa) jeleit figyelve a dolgozó állítja le a szánmozgást a kívánt hosszúság elérésekor. Így készíthető hengeres vagy sík felület. Az alakos alkatrészeket csak különleges készülékkel, a gép állításával vagy alakos szerszámmal lehet elkészíteni. A szán mozgási sebessége (előtolása) az előtoló-hajtómű áttételeinek kézi kiválasztásával állítható be •

összehasonlítás • Hagyományos kézi vezérlésű esztergagép

CNC gépek • A jelen és jövő cnc gépei cnc 1 cnc 2

A NC technika és a szerszámgép • Az NC-gép szánjait nagy pontosságú golyós orsók mozgatják, amelyeket villamos motorok forgatnak. Az elfordulás mértékét és sebességét az orsókhoz kapcsolt elektronikus mérőrendszer érzékeli. Így a szükséges elmozdulás hosszúsága és sebessége is betű-szám kombinációkból álló kóddal programozható. Van tehát egy olyan berendezés, amelyekbe ezeket a kódokat "be lehet adni", rendszerint lyukszalag beolvasásával lehet beprogramozni. Ezt nevezzük számvezérlésű (NC) berendezésnek. A hagyományos és az NC-gépek közötti alapvető különbség, hogy az NCgép a kezelő beavatkozása nélkül végzi el a műveleteket. Ezért nem kell használni az elmozduló géprészekhez kézi kezelő elemet, a gép kezelőjének forgácsolás közben nem is kell néznie a munkadarabot. Az NCszerszámgép külső formájában is eltér a hagyományostól, kialakításának legfontosabb célja, hogy az NC-technika minden lehetőségét a legjobban lehessen kihasználni. A hagyományos és a CNC-esztergát összehasonlításánál az utóbbi vezérlőberendezése a gép szerves része, és nagyon kis helyen elfér. Ez a kis helyszükséglet az elektronika fejlődésének eredménye, amely lehetővé tette azt is, hogy egyre több vezérlési feladatot lehessen.

CNC technika - A CNC (Computer Numerical Control) olyan számvezérlésű berendezés, amely szabadon programozható mikroszámítógépet is tartalmaz. Működését alapvetően a beépített mikroszámítógép programozása határozza meg. Ezt a programot - kitörlődés ellen biztonságosan védve - a vevő készen kapja, ami a CNC-berendezés üzemprogramja (szoftvere). A szerszámgép állandóan optimálisan működtethető, mivel a CNC több részegységet vezérel, felügyel a kenésidőre, a holtjáték kivételére, a biztonsági reteszelésekre, az általános hibaállapot kijelzésére. - A CNC gép külső jegyeiben is eltér a kézi működtetésű gépektől. A képernyő a program kijelzésére a billentyűzet a program beadására, illetve módosítására szolgál. Robosztus, merev felépítésű, jellemzője a gépet beborító burkolat. Nincsenek, vagy nem a megszokott helyen találhatók a kézi vezérlőelemek. Speciális konstrukciós megoldásokkal is találkozni, hol a szerkezeti elemek hasonlóak, de a gép felépítése eltérő (pl. NC v. CNC lézersugaras kivágó, lángvágó, lemezdaraboló).

CNC gépek fő részei Vezetékek. Napjainkban gördülő vezetékeket alkalmaznak a forgácsoló szerszámgépek döntő többségénél. Ezek lehetnek golyós illetve görgős kivitelűek a terhelés függvényében.

CNC gépek fő részei • Mozgató orsók. A lineáris szánok mozgását leggyakrabban golyósorsó- anya párral oldják meg. Az orsó és az anya közötti kapcsolatot agolyók biztosítják. A súrlódás hatásfoka jó (éta= 0. 95 ), a hézagmentesség, a nagy merevség pontos mozgást tesz lehetővé. Holtjáték kiküszöbölésére előfeszítést alkalmaznak, két anyát kell egymással szemben felhelyezni.

CNC gépek fő részei • A golyók visszavezetését VV taggal v. áthidaló elemmel oldják meg. Ilyen áthidaló elemes megoldást látni az ábrán. Golyós orsó áthidaló taggal

CNC gépek fő részei • Motorok. Szabályozott egyenáramú (DC) vagy váltóáramú (AC) hajtómotorral közvetlenülhajtva, az orsó elfordulását mérve (közvetett útmérés) pontos szánmozgást lehet elérni. • Főhajtóműveknél az asszinkron váltóáramú (AC) motorokat alkalmazzák. Az előtoló hajtások motorjainak (pozícionáló motorok) legfontosabb tulajdonsága a nagy, ugyanakkor egyenletes gyorsító - lassító képesség • Útmérők. Mérési eljárás szerint lehetnek abszolút vagy növekményes mérőrendszerek

Útmérő rendszerek fajtái – Abszolút mérés szánelmozdulásra vonatkoztatott minden méret egy kiindulási ponthoz, a mérőrendszer nullpontjához mérve abszolút értelemben jelenik meg. – Növekményes mérés a szánelmozdulásmértékét egy-egy útméret egység folyamatos megszámlálásával érzékeljük, ill. e diszkrét egységek egész számú többszörösével adjuk meg minden útszakaszra külön-külön, nem a nullponthoz, hanem a korábbi szánhelyzethez képest az útegységek összeszámlálásával

Méret megadás

Méretmegadás

Méretmegadás

Szerszámtartók. Külön érdemes itt megemlíteni a CNCforgácsológépek szerszámtartóit, melyek önálló szerkezeti egységként az egyik legfontosabb szerepet töltik A baloldali 2 revolverfejes, a jobboldali ábra lánctáras szerszámtartót ábrázol.

Ez a 4 tengelyes esztergagép 12 -12 szerszámot a jobboldali ábra megmunkáló-központja 90 szerszámot tárolhat. A munkadarab fajtájától függően több megmunkálási lépés és többféle szerszám szükséges a gyártáshoz. Ehhez a szerszámgépnek mindenképpen rendelkeznie kell egy bemért szerszámtárral. A szerszámtárnak tartalmaznia kell az adott alkatrész megmunkálásához szükséges összes szerszámot. Ezzel költségnövelő átszerszámozási időket takaríthatunk meg. Minél összetettebbek a megmunkálási lépések, annál több szerszámot kell a szerszámtárba helyezni. A szerszámváltás automatikusan történik, pontos és gyors. A gép árát jelentősen növeli (kb. 15 -20%).

Az első alkatrész elkészítése előtt: • • • 1. Meg kell írni a programot. 2. A szerszámok helyzetét be kell mérni. 3. A nyersdarabot be kell fogni. 4. A programot be kell juttatni a vezérlő berendezésbe (CNC). 5. A programot először a gép működése nélkül ellenőrizni kell a vezérlőberendezésen belül. • 6. El kell készíteni az alkatrészt. Ezek részben programozói, részben gépkezelői feladatok, mint hogy azonban ismerni kell egymás tevékenységét is, ezért beszélünk CNC-megmunkálási ismeretekről, amelyekre a szakmunkásnak, technológusnak, művezetőnek, üzemmérnöknek egyaránt szüksége van.

A számvezérlés elve • • • Most, hogy megismerkedtünk az alapvető elemek funkcióival és vázlatos felépítésükkel, beszélnünk kell az alkatrészek gépen való geometriai meghatározásáról is. Azt kell tehát tisztázni, hogy a majdani programkészítés során a szerszámgépen milyen főirányokat kell figyelembe venni. A koordináta rendszereket, nevezetesen a derékszögű (Descartes-féle) koordináta rendszert már az általános iskolai tanulmányok során is használtuk pontok, egyenesek ábrázolására.

X, y, z tengely kijelölése Az első főtengelyt X, a második főtengelyt Y, a harmadik főtengelyt pedig Z-nek nevezték el. A koordináta rendszer kezdőpontját (origóját) legtöbbször a gép alaphelyzetének megfelelő pontra helyezik. Ez eszterga típusú gépeknél – ennek megfelelően - a munkadarab befogó (pl. : tokmány) homlokfelülete és a munkadarab forgási tengelyének metszéspontja, tengelyeit pedig a szánmozgások irányának megfelelően választják meg. Egyezményesen tehát a főorsó tengelye a "Z", a keresztszán mozgatása az "X" tengelyt jelöli ki

• A programozási koordináta rendszer felvételének vezérelve, hogy a Z tengelyirány mindig a szerszámgép főorsójának szimmetriatengelye legyen, és a szerszám pozitív Z irányú mozgásakor a munkadarab és a szerszám közötti távolság növekedjen. (pl. cnc marógép)

Gépi koordináta rendszer A gépi koordinátarendszer origója a gép referenciapontja. Ahhoz hogy a CNC tudja az egyes szánok abszolút helyzetét, bekapcsolás után ebbe az origóba kell elküldeni a szánokat. Egyes CNC-k lehetővé teszik a gépkezelő által kijelölt gépi nullpontfelvételét is. Ahol a munkadarab mozog a tengelyek előjele megváltozik. Az NC program készítésénél a munkadarab koordinátarendszert kell előállítani és ebben kell a programot megírni. A programozás során minden mozgást a szerszámmal végzünk, a munkadarab áll. Ez programozási koordináta rendszer A szerszámgépeken azonban nem mindig a szerszám mozdul el. Azon tengelyek mentén, ahol a mozgást a munkadarab végzi, a gépi és a programozási koordináta rendszer tengelyeinek iránya fordított. A programozást a programozási koordináta rendszerben végezzük el. Az NC gép mindig a gépi koordinátarendszerben mozog. A munkadarab koordinátarendszer origójának helyzetkoordinátáit automatikusan veszi figyelembe, és számolja hozzá a programozott adatokhoz.

Vonatkoztatási pontok A koordinátatengelyeken kívül a számvezérlésű szerszámgépeken meghatározott pontokat is megjelölnek, amelyeknek a programozás és gépkezelés során van jelentőségük.

Vontakoztatási pontok jelölése • Jelölésük szabványos az alábbi felsorolás ismerteti.

Vonatkoztatási pontok ismertetése -Gépi nullpont, M: A gépi nullpont a gép nem változó - nem eltolható koordináta rendszerének kezdőpontja (nullpontja). Ezt a pontot a gép gyártója rögzíti, és a gépen lévő összes további koordináta rendszer és vonatkoztatási pont kiindulási pontja. – Referenciapont, R: A referenciapontot a szerszámgép gyártója választja meg, amelyet azért rögzítenek, hogy a szerszámot (pl. a munka megkezdése előtt) pontosan meghatározott kiindulási helyzetbe lehessen beállítani. – A referenciapont a szerszám- és szánmozgás mérőrendszerének hitelesítésére és ellenőrzésére alkalmas és használatos. – A referenciaponttal a mérőrendszernek egy alkalommal, pl. a gép bekapcsolása után tájolást adnak, ezáltal a gép munkaterében minden pont egyértelműen elérhető. – Munkadarab nullpontja, W: A munkadarab nullapontja a munkadarab koordinátarendszerének kezdőpontja (nullapontja). Ez a pont szabadon választható, és gép beállításakor vagy a program kezdetén a gépi nullapontra, illetve a referenciapontra vonatkoztatva rögzítik. – A munkadarab nullapontját ne tetszőlegesen jelöljük ki, hanem mindig arra gondolva, hogy lehetőleg megkönnyítsük a programozási munkát. A koordinátákat lehetőség szerint közvetlenül a műhelyrajzról vegyük át. A rajz méretmegadását figyelembe kell venni

Vezérlés

Teljes munkafolyamat régen 1. A felfogási terv tartalmazza a munkadarab azonosításához szükséges adatokat, a munkadarab vázlatát a felfogáshoz szükséges főbb méretekkel, a munkadarab koordinátáit a gép koordinátáihoz viszonyítva, valamint a befogókészülék megnevezését. Az elkészítéséhez szükséges segédleten fel kell tüntetni a gép felfogóelemeinek jellemző méreteit, a programozható munkatartományt. Segédletként szerepelnek a különböző készülékek, katalógusok is. 2. A megmunkálási terv a művelettervhez, műveleti utasításhoz hasonlóan tartalmazza a munkalépéseket, a technológiai adatokat, a szerszámterv azonosítási számát és a munkadarab azonosításához szükséges adatokat. A segédletek a technológiai tervezéshez szükséges szempontokat tartalmazzák.

Teljes munkafolyamat régen • 3. A szerszámterv a műveleti sorrendnek megfelelő szerszámok adatait és a hozzájuk tartozó technológiai adatok kódjeleit, a szerszámok vázlatát, beállítási méretét tartalmazza. Segédletként szerszámkártyákra van szükség, amelyeken feltüntetik a szerszámok jellemző adatait, a különböző anyagminőségekhez és az adott géphez tartozó technológiai adatok kódjelét. • 4. A koordinátaterv a munkadarabnak a programozás koordinátarendszerében való ábrázolása. Elkészítésének alapja a felfogási terv, mint segédlet. A koordinátaterv tartalmazza a megmunkáláshoz szükséges összes útinformációt, a munkadarab és a szerszám relatív pályáját. • 5. A programlap az előbbi tervek alapján állítható ki és a megmunkálási terv szimbolikus leírását tartalmazza. Segédletként a gép kódtáblázatára van szükség, amely a gépen beállítható technológiai adatok kódjelét tartalmazza.

Programnyelv szerkezete A CNC vezérlések programozási nyelve - hasonlóan a számítógépi programnyelvhez- speciális szintaxissal és szemantikai szabályokkal rendelkezik. Ma már kizárólag a címkódos rendszert használják. A címzési eljárás segítségével a szavak a mondaton belüli helyüktől függetlenül dekódolhatók, így a szavak sorrendje kötetlen. A programlap tartalmazza a megmunkáláshoz szükséges valamennyi kapcsolási és útinformációt is. Az egyes utasításokat általában "szó"-nak nevezik és a több szóból álló "mondat" legtöbbször a megmunkálási folyamat valamely ciklusának egy szakasza (pl. szerszám előrefutás, visszafutás). A szimbolikus nyelv lehet betűkből (alfabetikus), számjegyekből (numerikus) és betű és számjegyekből álló (alfanumerikus). Ez utóbbi a legelterjedtebb. A program mondatokból áll. Egy mondat minden olyan adatot tartalmaz, amely egy művelet végrehajtásához szükséges (pl. X 50 F. 5). Minden mondat több szóból áll. Minden szónak meghatározott jelentése van (pl. F. 5 0. 5 mm/ford. előtolás). A szó egy betű és számjegyek kombinációja. A betűt címnek nevezzük. X 50 cím szám A programmondat felépítési szabályait a programozási utasítások tartalmazzák, ezek vezérlőberendezésenként különböznek egymástól. Az eltérő programozási utasításokban azonban sok azonos kód is van. Az alfanumerikus nyelv esetében az egyes utasítások betű- és számjelekből állnak. A betűjel mint "címzés" alapján kerülnek az egyes utasítások a funkciónak megfelelő tároló- vagy elosztóegységbe. A számjelek az egyes funkciókon belüli utasításadatokat tartalmazzák. Az alfanumerikusrendszernél az utasítások sorrendje (szórend) nem kötött, változatlan utasításokat nem kell még egyszer leírni. A programozás egyszerűbb. Általánosságban megemlítjük azokat az információkat, amelyeket egy programrésznek tartalmazni kell. Ezek a következők (MSZ 9226 -73 szerint) [ 6] : - a programazonosító - a mondatformátum sorszáma (mondatszám) (N) - koordinátaértékek, geometriai információk (X, Y, Z, A, B, C, I, H, K) - művelet-előkészítő (G) funkciók - kapcsolási, vagy más néven segédfunkciók (M) - fordulatszám kódja (S) - szerszám kódja (T) - szerszámkorrekció kódja (H, D) - előtolás kódja (F) - programciklusra vonatkozó utasítások. A szavak tartalmilag négy nagyobb csoportba sorolhatók: programtechnikai, geometriai, technológiai, programszervezési. A szó általában egyetlen gépi funkcióra vonatkozó utasítás. A mondat egy pályaelemhez vagy akár egy teljes műveletelemhez tartozó össze utasítást tartalmazza. A vezérlés a cím megfejtésével (dekódolás) értelmezi az adatokat. Elvileg teljesen közömbös, a különböző gépfunkciókhoz milyen címbetűket rendelünk hozzá. Az egységesítés azonban elengedhetetlen feltétel, így az egyes vezérlések az ISO előírásokhoz ragaszkodnak. A következőkben összefoglaljuk az MSZ 9226 és az MSZ 9227 alapján a szabványos művelet-előkészítő funkciókat

Tervezés folyamata napjainkban • CAD tervező rendszerek • CAM • CNC szimulátorok

• A műhelyi programozás mellett a programozás gyakran a munkaelőkészítő részlegekben zajlik. Ezzel a CNC gépek állásideje lecsökken és a programozást egy zajmentes helyen végezhetjük, így egy koncentráltabb, hibamentesebb programozás válik lehetővé. Ettől függetlenül az optimalizálást és a programkorrekciót továbbra is a gépnél kell végezni, tehát a gépkezelőnek ismernie kell az ide vonatkozó programszerkezetet és a vezérlés teljes programozását. A kézi programozó-helyeken a PC-t ugyan úgy kell programozni, mint a gépet. Csak a gép kezelőpultját váltja fel a PC billentyűzet. A CNC programot közvetlenül át lehet vinni a szerszámgépre. A szoftver szimulálja a programot, szerszámadatok bevitele után figyelembe veszi azokat, szintaktikai hibákra figyelmeztet, kirajzolja a szerszámpályákat, stb.

• Gépi programozásnál a programot már nem CNC mondatok ban adjuk meg a PC-n, hanem az adott rajz alapján mértani alapelemek segítségével határozzuk meg a munkadarabot. A megmunkálási sorrendet és a munkadarab körvonalának megmunkálási pályáját a képernyőn rögzíthetjük. Ezekből az információkból a technológiai és kapcsolási adatok hozzárendelése után előáll a forrásprogram. Ez a szerszámmozgások meghatározását egy általános formában tartalmazza. Így azokat a gépi programozóhelyeken is lehet szimulálni. A posztprocesszor (program) a forrásprogramot az adott vezérlésre jellemző CNC programra fordítja. Minden CNC vezérléstípushoz külön speciális posztprocesszor szükséges. Nagy előnye, hogy a munkadarabot különböző vezérlésű gépeken is egyszerűbb legyártani, mivel a megmunkálás rajza, a forrásprogram rendelkezésre áll, (és csak egyszer kell elkészíteni).

• • A rajzok elkészítésénél egyre nagyobb jelentőséggel bírnak a CAD rendszerek. Miután elkészült a rajz, a munkadarab alakjának összes adata geometriai alapelemek (pontok, egyenesek, körök stb. ) formájában áll rendelkezésre. Ezeket az adatokat a CNC program elkészítésekor használja fel a rendszer. A megfelelő program segítségével csak a megmunkálás sorrendjét és a technológiai adatokat kell a geometriai információkkal összekapcsolni. Ugyan úgy mint a gépi programozó-helyeknél egy forrásprogram készül, amelyet a posztprocesszor CNC programmá fordít le. Az ilyen, a tervezéstől a gépi megmunkálásig terjedő koncepciót nevezzük CAD-CAM rendszernek [ 16]. Az alkatrészprogram előkészítő munkahely működéséhez szükséges adatok adatbázisokban vannak tárolva. Ezeket az adatbázisokat egy központi adatbáziskezelő rendszeren keresztül érik el az egyes modulok. Az adatbázis-kezelő rendszer biztosítja a rendezett adattárolást, a gyors adatelérést a programok közötti adatforgalmat, az adatátvitelt, az adatbázisok karbantartását, valamint egységes adatkezelési módot nyújt a felhasználó számára. Az adatbázis-kezelő rendszer szolgáltatásai az egyes programmodulokon keresztül automatikusan, illetve a felhasználó által előírt módon érhetők el. A kezelés döntő mértékben menütechnikával, rámutatásos alapon történik, gépeléssel csak a legszükségesebb esetekben kell adatot megadni. Az adatbázisok telepítése úgynevezett "fa" rendszerű. Egy adott adathoz egy azonosító, vagy azonosítók láncolatának kijelölése útján jutunk.

WINCAM