Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése II. NC/CNC programozói ismeretek, számítógéppel segített CNC programozás Szakmérnöki jegyzet

Átírás

1 Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program Dr. Makó Ildikó - Dr. Zsiga Zoltán Forgácsolástechnológia számítógépes tervezése II. NC/CNC programozói ismeretek, számítógéppel segített CNC programozás Szakmérnöki jegyzet Készült A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében Miskolci Egyetem Miskolc 2006.

2

3 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés NC/CNC technika alapjai A számítógéppel segített gyártás jellemzői Az NC technika alapelve, általános jellemzői CNC-vel történő gyártás információ feldolgozási folyamata, általános jellemzői A külső adatfeldolgozás módszerei, jellemzői A belső adatfeldolgozás jellemzői Az információleképzés jellemzői, eszközei Számjegyvezérlésű gépek útmérő berendezései CNC gépek jellegzetes pozícionálási módjai CNC gépek geometriai információs rendszere CNC gépek kézi programozásának alapjai CNC programozás nyelvi eszközei Egy ISO NCL utasításrendszer felépítése Egyszerű programozási mintapélda A Sinumerik 810 T vezérlés utasításai Számítógéppel segített CNC programozás alapelemei A számítógéppel támogatott programozás jellegzetességei Integrált mérnöki tervezőrendszerek Felületek tipikus származtatási módszerei különös tekintettel a szabad térbeli felületekre Hálófelületek készítése Jellegzetes felületek származtatási módszerei Felületek létrehozása pontokból Görbéken fektetett felületek Érintőfelület létrehozása Felület létrehozása metszeteiből Söprött (Swept) felületek létrehozása A geometria és a megmunkálás egymáshoz rendelése A Megmunkálás applikáció eszköztárai Megmunkálási program létrehozásának elemei Jellegzetes megmunkálási példák Komplex feladat megoldása Műveletek és szerszámpályák létrehozása Posztprocesszálás Posztprocesszor írása A Unigraphics NX program beépített szerszámkönyvtára

4 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. A tananyag második része a számítógéppel segített NC programozást alapozza meg. A bonyolult térbeli felületek, vagy szabad felületek esetén a manuális NC programozás a geometriai összetettsége miatt nem valósítható meg. Ilyenkor a felület modelljét számítógép segítségével valamilyen CAD rendszerben hozzuk létre, és a a geometriai modell alapján hozunk létre NC programokat, generálunk szerszámpályákat, vizualizáljuk az anyagleválasztást, szimuláljuk a megmunkálást és végezzük a posztprocesszálást. Az anyag második részében a CAM szoftverek használatának jellegzetes tevékenységeit tekintjük át a Unigraphics NX szoftver segítségével. 4

5 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 Gyártásirányitás CAM Minõségbiztositás CAQA Anyag, Energia Technológiai folyamatok CNC, ROC, PLC, FMS, FMC, AGV 2-1. ábra Egy lehetséges CIM modell Termék 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

6 NC Numerical Control Számjegyes Vezérlés CNC Computer Numerical Control Számítógépes Számjegyes Vezérlés CIM Computer Integrated Számítógéppel Integrált Gyártás Manufacturing MC Manufacturing Centre Megmunkáló központ DNC Distributed Numerical Control Elosztott NC MIS Management Information Vezetési Információs Rendszer System JIT Just in Time Pont Időben gyártásszervezési mód Caxx Computer Aided Számítógéppel Segített CAD Design Tervezés (termék) CAE Engineering Mérnöki Tevékenység CAPP Process Planning Technológiai Folyamat Tervezés CAM Manufacturing Gyártás CAQA Quality Assurance Minőségbiztosítás CAST Storing & Transport Raktározás és Szállítás CASE Software Engineering Szoftver készítés MRP Manufacturing Resource Gyártás Erőforrás Tervezés Planning PPS Production Planning & Scheduling Termelési Folyamat Tervezés és Ütemezés ROC Robot Controller Robot Vezérlés PLC Programmable Logical Programozható Logikai Vezérlés Controller FMC Flexible Manufacturing Cell Rugalmas Gyártócella FMS Flexible Manufacturing Rugalmas Gyártórendszer System AGV Automatically Guided Vehicle Robotkocsi LAN Local Area Network Helyi Hálózat MAP Manufacturing Automation Gyártásautomatizálási Protokoll Protocol WS Workstation Munkaállomás HOST Host Computer Rendszergazda Számítógép C. NCL Numerical Control Language NC Programnyelv APT Automatically Programmed Tool Automatikus Szerszámpálya Programozás WOP Workshop Oriented Műhelyszintű Programozás Programming ONC Open NC Nyitott Struktúrájú NC UIC Universal Industrial Controller 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

7 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 Gépsorok Célgépek Tömegszerűség 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 ütkö- 7

8 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 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

9 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 z 3 z 1 Gépi funkciók és az NC utasítások kapcsolata z 2 X Y x k yk N5G00X(x k )Y(y k )Z(z 3 )S500F0.2M4 N10Z(z 1 )M8 N15G1Z(z 2 )F0.2 N20G00Z(z 1 ) N25Z(z 3 )M5M9... X 2-3. ábra Az NC alapelve 9

10 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: 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

11 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

12 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 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

13 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 ábra Az EPA 320 CNC eszterga főhajtás kinematikai vázlata és fordulatszám ábrája 13

14 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 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, ig a kivett szerszám tárba történő visszahelyezése. 14

15 Szerszámtár Szerszám-cser élő Körasztal Y-szán X-szán Főhajtómű Z-szán X Y Z 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 ábra ezen feladatsort mutatja. 15

16 Feladat leírás Alapjel képzés Információ leképzés Munkadarab Rajz / Grafikus modell Külső adatfeldolgozás Program hordozó Belső adatfeldolgozás CNC P L C D A MST Pozicionálás Programozás Kézi programozás Lyukszalag Mágnesszalag Mágneslemez Memória kártya Főbb feladatok Kommunikácíó Program ellenőrzés Program tárolás Vezérlési feladatok Pozicionálás irányítás Felügyelet Számítógéppel segített programozás ábra CNC gyártás információ feldolgozási folyamata 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 ábra mutatja be. 16

17 Rajz NC műveleterv Felfogási terv Szerszámterv Mozgásciklus terv CNC utasitásrendszer Programozói tudás ISO NCL ASCII kód Programkézirat Programhordozó Szövegszerkesztő Próbaforgácsolás Dokumentálás 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

18 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

19 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 ábra mutatja be. 19

20 APT program Tecnológiai és Szerszám adatok Posztprocesszálás Posztprocesszorok Rajz NCművelet terv CAD File Interaktiv bevitel CAD Posztprocesszor: az adott géphez a CLDATA-t illesztő program Geometriai feldolgozás Technológiai feldolgozás Szerszámpálya generálás CLDATA File CLDATA File : technológiától függő, általános programformátum Próbaforgácsolás NCL File Szimuláció Editálás ISO NCL ábra Számítógéppel segített CNC programozás folyamata Dokumentálás 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