Számjegyvezérlés alapjai

Átírás

1 Dr. siga oltán Számjegyvezérlés alapjai 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... 82

4 1. BEVEETÉS 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

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, Y, : 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. F S z 3 z 1 Gépi funkciók és az NC utasítások kapcsolata z 2 Y x k yk N5G00(x k )Y(y k )(z 3 )S500F0.2M4 N10(z 1 )M8 N15G1(z 2 )F0.2 N20G00(z 1 ) N25(z 3 )M5M 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, STAKI, 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 (), és a keresztszán () 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 -szán Főhajtómű -szán Y 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 ábra Számítógéppel segített CNC programozás folyamata NCL File Szimuláció Editálás ISO NCL 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

21 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 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 ábra mutatja. Kezelőpult Display Kijelzők Program I/O LAN DNC Kommunikáció CPU Memória RAM ROM BUS ill. Hálózati modul BELSŐ BUS PLC Vezérlési funkciók Tengelyek Pozicionálás, Útmérés Alapjelképző Interpolátor Felügyelet Vezérelt mechanizmusok, jeladók Pozicionáló rendszerek GÉP Szenzorok ábra Egy CNC vezérlés funkcióinak ábrája 21

22 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 ábra a Sinumerik 810T CNC vezérlés kezelőpultját ábrázol- 22

23 ja. Az ábra természetesen a Siemens vezérlés jellemzőit mutatja, de alkalmas a CNC vezérlések általánosságainak a bemutatására is 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

24 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. SERVÍ üzemmód: Gépbeállítás javítás esetén a szervízmérnök munkáját segíti, általában jelszavas elérési lehetőséggel. TOOL, ERO 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

25 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 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 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 P L C CNC Vezérlés I I O O O -Munkadarab és szerszám cserélők -Burkolatok -Tolótömbök -stb ábra Egyféle vezérelt mechanizmus felépítés Az információleképző mechanizmusok másik jellegzetes csoportja a sebességszabályozott mechanizmusok. Ilyet mutat a ábra. 25

26 CNC Vezérlés Alapjel képző INPUT: közvetlen S2520 1/min közvetett v=120 m/min D A -1 Sebesség szabályzó Sebesség visszacsatolás Hajtás erősitő Szabályozható Főmotor ábra Sebességszabályozott mechanizmus vázlata Főhajtómű n i Szabályozott főorsó fordulat 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 ábra egy lehetséges felépítést mutat. Hajtás erősitő Alapjel képző D A -1 Helyzetszabályzó -1 Sebesség szabályzó Szán,, CNC vezérlés INTERPOLÁTOR Y... Helyzet visszacsatolás Sebesség visszacsatolás TG Szabályozható előtolómotor DC, AC, Hidr. Útmérő U D A Helyzetszabályzó Sebesség szabályzó Szán, TG U ábra Helyzetszabályzó pozícionáló rendszer 26

27 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 ábra Pozicionáló rendszerek A 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 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

28 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 CNC vezérlés Alapjel képző EKL S Y D A... D A -1 "O" imp. -1 Sebesség szabályzó Sebesség visszacsatolás Helyzetszabályzó TG -1 Főmotor Sebesség szabályzó Főhajtómű n i U Útmérő Szán, Master tengely Főorsó Elfordulás mérés Slave tengely TG U Szabályozható előtolómotor ábra CNC eszterga menetvágó elektronikus kinematikai lánca 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

29 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 ABSULUT (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 ábra és ábra) KÖVETLEN (nincs mozgásátalakító) KÖVETETT (van mozgásátalakító) útmérők illetve útmérési eljárások. U 1 Golyósorsó Szán Motor U 2 U 3 Illesztő hajtómű ábra Útmérők elhelyezési lehetőségei A szerszámgépek esetében a lineáris elmozdulások mérése a leggyakoribb feladat. Ennek megoldási lehetőségeit szemlélteti az ábra. Az U 1 és U 2 jelű útmérők közvetett mérést valósítanak meg, mert az érzékelő és a mért lineáris elmozdulás között mozgásátalakító van (menetesorsó-anya, illesztő hajtómű). Az U 3 jelű útmérő közvetlenül a lineáris mozgást méri. A ábra a szögelfordulások, pl. egy folytonos osztású körasztal elfordulás mérésének lehetséges megoldásait mutatja. Az U 1 és U 2 útmérők itt is közvetett, míg az U 3 jelű közvetlen mérést valósít meg. 29