3 Dr. Zsiga Zoltán-Dr. Makó Ildikó CNC SZERSZÁMGÉPEK, CÉLGÉPEK A jegyzet a HEFOP támogatásával készült. Miskolci Egyetem. Minden jog fenntartva
A jegyzet a HEFOP támogatásával készült. 6050073 (HEFOP-3.3.1-P-2004-09-0102/1.0) Szerzők: Dr. Zsiga Zoltán főiskolai docens Dr. Makó Ildikó egyetemi docens Lektor: Dr. Csáki Tibor egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Szerzők, 2007
A dokumentum használata A dokumentum használata Tartalomjegyzék Hiba! A hivatkozási forrás nem található.vissza 3 A dokumentum használata Mozgás a dokumentumban A dokumentumban való mozgáshoz a Windows és az Acrobat Reader megszokott elemeit és módszereit használhatjuk. Minden lap tetején és alján egy navigációs sor található, itt a megfelelő hivatkozásra kattintva ugorhatunk a használati útmutatóra, a tartalomjegyzékre, valamint a tárgymutatóra. A és a nyilakkal az előző és a következő oldalra léphetünk át, míg a Vissza mező az utoljára megnézett oldalra visz vissza bennünket. Pozícionálás a könyvjelzőablak segítségével A bal oldali könyvjelző ablakban tartalomjegyzékfa található, amelynek bejegyzéseire kattintva az adott fejezet/alfejezet első oldalára jutunk. Az aktuális pozíciónkat a tartalomjegyzékfában kiemelt bejegyzés mutatja. A tartalomjegyzék használata Ugrás megadott helyre a tartalomjegyzék segítségével Kattintsunk a tartalomjegyzék megfelelő pontjára, ezzel az adott fejezet első oldalára jutunk. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 3
Tartalomjegyzék A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 4 Tartalomjegyzék 1. A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei...9 2. AZ NC/CNC technika alapjai... 18 2.1. A számítógéppel segített gyártás jellemzői...18 2.2. Az NC technika alapelve, általános jellemzői...20 2.3. CNC-vel történő gyártás információ feldolgozási folyamata, általános jellemzői...29 2.3.1. A külső adatfeldolgozás módszerei, jellemzői...30 2.3.2. A belső adatfeldolgozás jellemzői...36 2.3.3. Az információleképzés jellemzői, eszközei...41 2.3.4. Számjegyvezérlésű gépek útmérő berendezései...47 Az útmérő rendszerek csoportosítása...48 Növekményes, digitális útmérők...50 2.3.5. CNC gépek jellegzetes pozícionálási módjai...55 Pontvezérléssel történő pozicionálás...56 Szakaszvezérléssel történő pozícionálás...57 Pályavezérléssel történő pozícionálás...59 2.3.6. CNC gépek geometriai információs rendszere...61 A koordinátarendszerekkel kapcsolatos általános előírások...64 Eszterga geometriai rendszere...65 Fúró-maró megmunkálóközpont geometriai rendszere...67 Eszterga megmunkálóközpont koordinátarendszere...69 2.3.7. CNC gépek szerszámrendszerei...70 3. CNC gépek kézi programozásának alapjai... 71 3.1. CNC programozás nyelvi eszközei...71 3.1.1. Egy ISO NCL utasításrendszer felépítése...72 Előkészítő utasítások fajtái, programozásuk...78 Geometriai utasítások fajtái és programozásuk...101 Technológiai utasítások fajtái és programozásuk...102 Kapcsolási utasítások és programozásuk...103 Programtechnikai utasítások és karakterek...104 Speciális egyszerűsített kontúrleírások a Sinumerik 810T vezérlésnél...105 3.1.2. Egyszerű programozási mintapélda...106 A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 4
Tartalomjegyzék A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 5 3.1.3. A Sinumerik 810 T vezérlés utasításai...112 4. Agregát egységekből felépülő automata célgépek...114 4.1. Alapfogalmak, általános jellemzők...114 4.2. Az agregatizálás alapelve, az építőszekrény elv alkalmazása...115 4.3. Az agregát egységek csoportosítása, jellegzetes egységtípusok...117 Példák különféle agregát egységekre:...118 4.4. Gépfelépítési (kompozíciós) elvek...130 4.5. A célgépi műveletek időrendjének meghatározása, a műveletek időbeli kiosztása...135 4.5.1. A célgépi időciklogramok...141 4.6. A célgépi műveletek térbeni összevonásának kérdései...144 4.6.1. A műveleti eszközök elsőfokú térbeli összevonása...144 4.6.2. A műveleti eszközök másodfokú térbeli összevonása...146 4.6.3. A célgépi megmunkáló szerszámok harmadfokú térbeli összevonásának kérdései, pozíció-változatok képzése...148 4.7. A célgépi pozíciók összekötésének módjai, a jellegzetes célgépi struktúrák...149 4.7.1. Az egypozíciós célgépi struktúrák...149 4.7.2. Többpozíciós célgépstruktúrák...154 4.8. Az agregát célgépek készülékezésének kérdései...166 4.9. A szerszámcserék tervezési kérdései...167 4.10. A célgépi egységek kiválasztása, a diszpozíciós terv elkészítése, kiegészítő tervezések...168 4.11. Az agregát célgépek tervezési folyamatának összefoglalása...168 5. Célgéptervezési mintafeledat kidolgozása...170 5.1. Az előgyártmány kiválasztása...171 5.2. Az alkatrész előzetes technológiai bírálata...172 5.2.1. Tűrések és felületminőségi előírások összhangjának ellenőrzése...172 5.2.2. A célgépen megmunkálásra kerülő felületek gyártási követelményeinek betarthatósága...172 MD1 szelepház ellenőrzése...173 MD2 szelepház ellenőrzése...173 5.2.3. A munkadarab anyaga, jellemzői...173 5.2.4. Alkatrész anyag bírálata forgácsolhatóság szempontjából..174 A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 5
Tartalomjegyzék A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 6 5.3. A célgépen előállítandó felületek megmunkálási módjainak kiválasztása...174 5.3.1. Megmunkálási módok az MD1 szelepházra:...175 5.4. Műveletek időbeli kiosztása...176 5.4.1. Az MD1 ( MD2 ) alkatrészek felületkomplexumokra való bontása...176 5.4.2. Komplexumon belüli párhuzamosítási lehetőségek...176 5.4.3. Komplexumok közötti párhuzamosítási lehetőségek...176 5.4.4. Komplexumok közötti kötelező sorosodások...177 Lehetséges időbeli kiosztások...177 5.5. Műveleti eszközök térbeli összevonása...177 5.5.1. Elsőfokú összevonás...178 5.5.2. Másodfokú összevonás...179 5.5.3. Harmadfokú összevonás...179 5.5.4. Pozíciók összekötésének módozatai, végleges struktúra meghatározása...183 5.6. Ütemidő elemzés...183 5.7. Végleges technológiai adatok tervezése...186 5.8. Agregát egységek kiválasztása...190 5.9. Korrigált technológiai adatok Készülékezés, munkadarab befogásának módjának meghatározása...199 5.10. Dob tervezése...200 5.10.1. Körasztal kiválasztása...201 5.10.2. Állványok...202 5.11. Végleges időciklogram, ciklusidő elemzése...203 5.12. Éltartam összehangolás, szerszámcsere tervezés...204 5.12.1. Éltartam számítása minden komplexumra...204 5.12.2. Szerszámcsere tervezés...205 5.13. A célgép vezérlése...206 5.14. A célgép strukturális tervei...207 5.14.1. Elrendezési vázlat...207 5.14.2. Az egyes szerkezeti egységek felépítése...208 5.14.3. Célgép vizuális bemutatása...215 A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 6
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 7 Előszó Ezen jegyzet a felsőoktatás fejlesztése kapcsán a HEFOP támogatásával készült. A tananyagot elsősorban a BSc képzésben tanuló gépészmérnök hallgatók számára állítottuk össze. Ebben a formájában az anyag hiánypótló, hisz a célgépek témakörben nincs elérhető tananyag. A számjegyvezérlés területén a tömör, alapozó tudás elsajátításának a segítését céloztuk meg, amelyre a gyakorló szakemberek, a témával ismerkedők vagy az MSc képzésben továbbtanulók is építhetnek. 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. Ezen eszközök építéséhez, üzemeltetéséhez a mai gépészmérnököknek elengedhetetlenül szükségük van az összefoglalt ismeretekre. Az automatizált gyártásnak sajátos eszközei a tárgyalt agregát szerszámgépek. Az ismertetett tervezési módszer jól használható nem csak forgácsoló rendszereknél, hanem egyéb automatizált technológiai rendszerek összeállításánál és üzemeltetésénél is. A jegyzet megírásánál több évtizedes egyetemi oktatói tapasztalatunk mellett tanárainkra és tanítványaink munkáira támaszkodhattunk. Köszönet illeti dr. Erdélyi Ferenc nyugalmazott egyetemi docenst, aki a szájegyvezérléssel kapcsolatos ismeretekkel vértezett fel bennünket, valamint dr. Sántha Csongor nyugalmazott egyetemi docenst, aki az agregát célgépek rejtelmeit szerettette meg velünk. Mindkettejük tanáraink és évtizedeken át kollégáink voltak. Jó érzéssel és köszönettel használtuk fel egykori tanítványunk, Hammer György okleveles gépészmérnök 2004-ben készített diplomatervét az agregát célgépi mintafeladat összeállításánál. Köszönjük dr. Csáki Tibor egyetemi docens lelkiismeretes lektori munkáját, jobbító szándékú észrevételeit. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 7
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 8 Természetesen tudjuk, hogy egy tananyag soha nem lehet tökéletes, tartalmazhat hiányosságokat, esetlegesen hibákat. Megköszönjük olvasóinknak, ha észrevételeikről tájékoztatnak bennünket, hogy szükség estén korrigálni tudjuk jegyzetünket. Miskolc, 2007. szeptember A szerzők A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 8
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 9 1. A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A gépipari gyártási folyamatok jellemzően ún. diszkrét gyártási folyamatok, melynek az alapvető jellemzői a következők: a munkadarabok térben, a gyártási részfolyamataik időben elhatárolhatóak, 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 tömegszerűség-rugalmasság síkon az 1-1. ábra mutatja. Tömegszerűség Merev programú, kötött ütemű gépek Gépsorok Célgépek Átállitható gépek Mechanikus automata Másolók Ütközős programvez. Rugalmasan programozható rendszerek FMS FMC MC CNC Rugalmasság, termék sokféleség 1-1. ábra Jellegzetes automatizált szerszámgépek A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 9
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 10 A gépipari gyártási folyamatban a feladat elvégzéséhez három jellegzetes információt szükséges megadni, s ezek a következők: a munkadarab méreteinek kialakításához kapcsolódó geometriai információk, amik a munkadarab-szerszám mindenkori relatív helyzetének meghatározásához szükségesek, ezeket nevezik útinformációknak is, a technológiai információt, amely az adott gyártási feladatra, technológiára jellemző gépi adatok beállításához szükségesek, ezek az ún. kapcsolási információk, a részfolyamatok szekvenciáját, időbeli sorrendjét, amely az egyes munkadarabokon megmunkálandó felületek elkészülésének időrendjét rögzítik. A mechanika, a technológia, az automatizálás, vezérlés- és irányítástechnika, a számítógéptechnika, informatika, valamint a gyártóeszközökkel szembeni elvárások és lehetőségek fejlődése, változása különböző eszközöket, módszereket eredményezett. A gyártási információk tárolásának, megadásának különféle eszközei és módszerei más-más teljesítőképességű technológiai erőforrásokat eredményeztek a fejlődésük során. Az 1-1. ábra ezeket a jellegzetes csoportokat foglalja össze. 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. A gépipari gyártás-automatizálás ezen jellegzetes eszközeivel a jegyzet 4. fejezetében foglalkozunk részletesen. Az átállítható gépek, a mechanikus automaták és az ütközős programvezérlésű gépek közös jellemzője, hogy a megmunkáló programjaik már módosíthatóak, de ez a tevékenység klasszikus 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, vagyis a gép működését meghatározó program összetevő információit célzatosan kialakított (átállítható vagy beállít- A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 10
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 11 ható, illetve cserélhető) mechanizmusok illetve mechanizmus csoportok segítségével tárolják. Ezen sajátosság a mechanikus automaták döntő ismérve. A gép villamos vezérléssel nem rendelkezik. Az automaták építőelemei alapvetően két fő csoportra bonthatók: a gépek alapmechanizmusai, fő és mellékhajtások, szánok, stb. a vezérlő és információtároló mechanizmusok A mechanikus automaták jellegzetes felépítését az 1-2. ábra től 1-5. ábraábrák mutatják be. FM Főhajtás Főorsó T beáll. ω vt Kapcs. dob Vez.tár. ω vt Vez.dob Vezértengely 1-2. ábra Egyszerű vezértengelyes vezérlés Az 1-2. ábra szerinti felépítés az ún. egy vagy egyszerű vezértengelyes megoldás. Jellemzői az alábbiak: a vezértengely ω vt = állandó sebességű és forgásirányú szögsebességgel forog, egy körülfordulásához tartozik egy munkadarab elkészülte, minden információtároló a vezértengelyen helyezkedik el, a tárolóelemek egyúttal energiaközlő elemek is (pl. előtoló erő), hosszú T ciklusidő esetén ω vt kicsi, így lassú a segédtevékenységek végrehajtása. Ennek kiküszöbölésére kifejlesztették a gyorsított vezértengelyes rendszereket, illetve bevezették a segédvezértengelyek alkalmazását. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 11
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 12 Az 1-3. ábra egy egyszerű vezértengelyes-segédvezértengelyes megoldást mutat. Jellemzői az alábbiak: a vezértengely ω vt = állandó sebességű és forgásirányú szögsebességgel forog, egy körülfordulásához tartozik egy munkadarab elkészülte, a vezértengelyen lévő tárolóelemek egyrészt végrehajtó elemeket működtetnek (vezértárcsák), másrészt ún. végrehajtó rutinokat indítanak, azok működését váltják ki (kapcsolódobok). A rutinok mindig azonos sorrendű, azonos időtartamú segédtevékenységeket hajtanak végre (pl. rúdelőtolás), a rutinokat a vezértengely indítja, de azok önmagukat kapcsolják ki, a rutinok az energiát a segédvezértengelytől kapják, a segédvezértengely forgási sebessége nagyobb, mint a vezértengelyé (ω svt > ω vt ). FM Főhajtás Főorsó T beáll. Vez.tár. ω vt Vezértengely ω vt ω svt Segédvezértengely Vezérlő rutin 1-3. ábra Vezértengely-segédvezértengelyes vezérlés A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 12
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 13 A mechanizmusok által vezérelt gépeknél természetesen léteznek az előző kettőhöz hasonló, de néhány tulajdonságukban célszerűen eltérő vezérlő mechanizmusok is. A mechanikus automatáknál az analóg út- és sebességinformációkat vezérpálya felülettel rendelkező mechanizmusok tárolják. Három változata terjedt el: (sík)vezértárcsa, vezérharang, vezérdob. A jellegzetes vezértárcsát az 1-4. ábra mutatja. termelő szakasz Φ v e R szán meddő szakasz vez.teng. Vezértárcsa információ kiolvasó és továbbító mechanizmus várakozási szakasz 1-4. ábra Vezértárcsa kialakítása A tárolófelületekhez az információk kiolvasása és a végrehajtó elemekhez való továbbítása érdekében különféle csúszkás, görgős, csúszó vagy billenő mechanizmusok kapcsolódnak. A vezérpálya ívek tartozhatnak meddő mozgásokhoz (megközelítés, kiemelés, stb.), termelő mozgásokhoz (forgácsolások), várakozáshoz. A vezérpálya pontok radiális illetve axiális helyzetkülönbsége ( r, l ) az útinformációt, míg a pályameredekség ( r/ φ, l/ φ) sebességinformációt tárol. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 13
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 14 A diszkrét kapcsolási információk tárolása hengeres dobra felhelyezett kapcsoló bütykök, ütköző lovasok segítségével történik. Ezen lovasok léte vagy nem léte hordozza az információt, nem pedig a geometriájuk. A kapcsoló bütykök kapcsoló karokat működtetnek (lsd. 1-5. ábra). A karok diszkrét helyzeteihez az automata meghatározott mozgásállapota tartozik. kapcsoló kar "lovas" kikapcsló mechanizmus segéd vt. kapcsoló dob 1-5. ábra Diszkrét kapcsolási információk tárolása Az információk felhasználási sorrendjét a tárolási sorrend biztosítja, vagyis a vezértengelyen való, egymáshoz viszonyított szöghelyzet. A mechanikus automaták ma már ritkán alkalmazott forgácsoló szerszámgépek, de a jellegzetes vezérlő mechanizmusokat még ma is használják más gépeknél, pl. az üvegiparban. Az ütközős programvezérlésű gépek alapvető jellegzetessége, hogy a geometriai információk, az útinformációk, a mozgások célpontjainak megadására és tárolására az elmozduló szánokra szerelt ún. ütközőléc-ütközőérzékelő rendszereket építenek, s így az elmozdulások végpontjai az ütközők 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 programoz- A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 14
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 15 hatóak is. Az ilyen típusú vezérlési módokat ma manipulátoroknál, kiszolgáló eszközöknél használják. Az 1-6. ábra egy egyszerű felépítési vázlatot mutat. Az útinformációkat az ütközőlécen elhelyezett ütközők tárolják, s ezt a helyzetkapcsolók olvassák ki. A helyzetkapcsolók jelei a vezérlés inputjai, egy-egy mozgás végrehajtását nyugtázzák. Ennek hatására a vezérlés továbblép, kiolvassa a programtárolóból az aktuális feladatot s továbbítja a végrehajtószervek felé. Az ütközős programvezérlésű gépek bizonyos értelemben a mai CNC gépek elődeinek tekinthetőek. Programtároló Végrehajtó rendszer Vezérlés FH MH Ütközőléc Kezelő elemek Helyzet kapcsolók 1-6. ábra Ütközős programvezérlés Az átállítható szerszámgépeknek egy különleges családja a másoló szerszámgépek. Ezek fő sajátossága, hogy a munkadarab geometriájára vonatkozó adatokat az ún. sablon tárolta, s ezt a másoló tapintórendszere olvasta ki, s a másoló létrehozta az alakadáshoz szükséges mozgást. Az egyéb parancsokat a gép többi funkcionális egységei hozták létre. A CNC technika, a számítógépes tervezés ma már kiszorították a másoló eljárásokat, illetve sajátos módon a minta 3D-s szkennelése, s az adatokból a CNC programok generálása útján lehet a másoláshoz hasonló feladatokat megoldani. 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, azt a rendszert irányító digitális vezérlésekben, számítógépekben tároljuk, s a technológiai rendszer ezen programok végrehajtásával hozza A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 15
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 16 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 rendszerirányító 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 típusú, minimális raktárkészlettel működő gyártásszervezésnek. Az 1-7. ábra egy rugalmas gyártócella lehetséges felépítését mutatja: MNC CNC1 ROC CNC2 FMCC Munkadarab ellátó 1-7. ábra Rugalmas gyártócella A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 16
A gépipari gyártási folyamatok jellemzői, automatizálásának eszközei A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 17 A vázlaton bemutatott felépítésnél a központi helyre telepített robot (ROC) szolgálja ki a kettő CNC gépet és a mérőgépet (MNC), kezeli az anyagellátó rendszert. Az erőforrások saját intelligenciával, vezérléssel rendelkeznek, az együttműködésüket a cellairányító számítógép biztosítja (FMCC). 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. A jegyzet következő fejezeteiben a számjegyvezérlésű szerszámgépekről, a számjegyvezérlés alapjairól lesz szó. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 17
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 18 2. AZ 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 Termék 2-1. ábra Egy lehetséges CIM modell 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. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 18
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 19 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 össze. 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 Elosztott NC Control 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 Controller Programozható Logikai Vezérlés A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 19
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 20 FMC Flexible Manufacturing Rugalmas Gyártócella Cell FMS Flexible Manufacturing Rugalmas Gyártórendszer System AGV Automatically Guided Robotkocsi Vehicle LAN Local Area Network Helyi Hálózat MAP Manufacturing Gyártásautomatizálási Protokoll Automation Protocol WS Workstation Munkaállomás HOST Host Computer Rendszergazda Számítógép C. NCL Numerical Control NC Programnyelv Language APT Automatically Programmed Tool Automatikus Szerszámpálya Programozás WOP Workshop Oriented Műhelyszintű Programozás Programming ONC Open NC Nyitott Struktúrájú NC UIC Universal Industrial Általános Ipari Vezérlő Controller 2-1. táblázat 2.2. Az NC technika alapelve, általános jellemzői Mi az NC? Az NC vezérlés bonyolult (technológiai) berendezés irányítására szolgáló eszköz, amely: Digitális, számítógép alapú (CNC), Rugalmasan programozható, A programutasítások számjegyes formában megadott adatok vagy kódok, A programot számjegyes formában tárolja, 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 2-2. ábra. A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 20
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 21 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 2-2. ábra Az NC alapelve A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 21
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 22 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: 1949-52 USA: az első NC gép megjelenése (MIT Massechusetts 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, NC Technika Kft. 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, A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 22
AZ NC/CNC technika alapjai A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 23 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, 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, A dokumentum használata Tartalomjegyzék Vissza 23