Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet TEMATIKA Alapfogalmak, A technológiai tervezés elvei, módszerei, feladatai CAD rendszerek, parametrikus asszociatív testmodellezés Mőveleti sorrendtervezés (1.HF kiadása) Csoporttechnológia CAM rendszerek, CAM folyamat, CAM modulok, Processzorposztprocesszor elv,.5/3 D-s marási ciklusok Dr. Mikó Balázs Gyors prototípus gyártás 3D szkennelés A gyártástervezés feladata Megtervezni a konstruktır által megtervezett termék gyártási folyamatát. 1 Bevezetés, alapfogalmak 4 A gyártástervezés feladata A gyártástervezés nehézsége A technológiai tervezés célja a gyártáshoz szükséges dokumentációk elıállítása. Elıgyártmány. Termék Gyártási eljárások sorozata A köztes állapotok száma tetszıleges Különbözı eljárásokkal létrehozható ugyanaz az állapotváltozás Ugyanaz az eljárás többféle állapotot eredményezhet a paraméterek függvényében Az eljárások környezetfüggık 5 6 1
Szintetizálás Alapfogalmak, definíciók Gyártási eljárások Berendezések Minıség Alkatrész geometria Költség Gyártási folyamat: azon tevékenységek összessége, melynek folyamán egy anyagból alakjának és tulajdonságainak megváltoztatásával tervszerően ipari termékeket állítanak elı. Készülékek Szerszámok Környezet adottságai 7 8 Alapfogalmak, definíciók Alapfogalmak, definíciók Mővelet: a gyártási folyamat önmagában befejezettnek tekinthetı, megszakítás nélkül végzett szakasza. A mővelet a gyártási folyamat tervezési és szervezési egysége, amely több mőveletelembıl áll. Forgácsolástechnológiában mőveletnek nevezzük az egy gépen, egy felfogásban végrehajtott megmunkálások összességét. Mőveletelem: a mővelet különválasztható és külön elemezhetı, tervezhetı eleme. Forgácsolástechnológiában az egy szerszámmal geometriailag és technológiailag összefüggı ráhagyási alakzat eltávolítását nevezzük mőveletelemnek. Állapot: a munkadarab, felületelem, vagy felületelem csoport készültségének meghatározására szolgál. Megkülönböztethetı állapotok: nyers állapot, közbensı állapot, pillanatnyi állapot, kész állapot. Állapotjellemzık: az állapotot minıségileg számszerően leíró paraméterek: anyagtulajdonsági geometriai méret (IT) alak (egyenesség, síklapúság, körkörösség stb) helyzet (párhuzamosság, merılegesség, egytengelyőség stb.) mikropontosság (Ra) 9 1 Alapfogalmak, definíciók Állapotváltozás: az állapotjellemzık megváltozásának folyamata. Nyers állapot: a gyártási folyamat megkezdése elıtti állapot. Közbensı állapot: az egyes mőveletek közötti állapot. Pillanatnyi állapot: a gyártási folyamat tetszıleges pillanatában fennálló állapot..1 A technológiai tervezés feladatai Kész állapot: a gyártási folyamat befejezése utáni állapot. 11
A gyártástervezés területei A gyártástervezés szintjei Vállalatirányítás Termelésirányítás Készletgazdálkodás Technológiai elıtervezés Elıgyártmánygyártás technológiai folyamatának tervezése Gyártástervezés Alkatrészgyártás technológiai folyamatának tervezése Szerelés technológiai folyamatának tervezése Konstrukciós tervezés Elıtervezés Mőveleti sorrendtervezés Mővelettervezés Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás 13 Gyártási folyamatirányítás 14 Elıtervezés A konstrukció technológiai bírálata Szerelhetıségi elemzés Gyárthatósági elemzés (globális, lokális) Gyártástervezési részfolyamatok elıkészítése Az elıgyártmány gyártási, az alkatrészgyártási és a szerelési folyamat elemzése Elıtervezés Gyártás / beszerzés döntés támogatása Elıgyártmány választás Vázlatos technológiai elemzés Mőveleti sorrendtervezés Mővelettervezés Mőveleti sorrendtervezés A megmunkálási igények és módok meghatározása A megmunkálási bázisok kijelölése A szerszámgépek és készülékek kiválasztása A mőveletek behatárolása A mőveletek sorrendjének meghatározása Elıtervezés Mőveleti sorrendtervezés Mővelettervezés Idı- és költségbecslés Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás 15 16 Mővelettervezés Mőveletelem tervezés Mőveletelemek tartalmának és sorrendjének meghatározása Szerszámok kiválasztása Forgácsolási paraméterek meghatározása Szerszámpályák meghatározása Szerszámelrendezési terv készítése Elıtervezés Elıtervezés Mőveleti sorrendtervezés Mőveleti sorrendtervezés Mővelettervezés Mővelettervezés Mőveletelemtervezés Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás Posztprocesszálás 17 18 3
Posztprocesszálás (illesztés) A tervezési eredmények illesztése az adott géphez, vezérléshez A gyártási dokumentáció elkészítése Elıtervezés Mőveleti sorrendtervezés. A technológiai tervezés feladat típusai Mővelettervezés Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás 19 Gyártástervezési feladatok típusai Elemzési feladatok igények, feltételek analízisével kapcsolatosak, melyek megoldása révén elıállnak a választási feltételek (pl. Eljárások, szerszámok kiválasztásának kritériumai). A feltételek részint valamely paraméterek tartományait, részint eljárások, objektumok típusait határozzák meg. Gyártástervezési feladatok típusai Választás: az elemzés során generált megoldási lehetıségek közül a megoldás kijelölése. 1 Gyártástervezési feladatok típusai Értékelés: a választott, vagy generált megoldás vizsgálata. Gyártástervezési feladatok típusai Adaptálás/Korrekció: a javasolt megoldás módosítása a kezdeti feladat sajátosságainak figyelembevételével. 3 4 4
Gyártástervezési feladatok típusai Geometriai feladatok: a teljes munkadarab, vagy bizonyos felületek definiálására, a közbensı állapotok meghatározására, a ráhagyások elosztására, ütközésvizsgálatokra, különbözı objektumok (gép, munkadarab, készülék, szer szám) egymáshoz viszonyított elrendezésére szolgál. Gyártástervezési feladatok típusai Aritmetikai feladatnak tekintünk minden olyan nem geometriai számítási feladatot, amelynek eredménye valamilyen szám, paraméter. Ide soroljuk: a mechanikai (statikai, kinematikai, dinamikai, szilárdságtani), hıtani, áramlástani, tribológiai, gépelem tervezési, forgácsoláselméleti feladatokat. 5 6 Gyártástervezési feladatok típusai Struktúrálási feladatok: egy folyamat elemeink és azok kapcsolatának, sorrendjének meghatározása. A feladatmegoldás általánossága I. Alkatrészek sokfélesége Környezeti feltételek A feladat modellje és általánossága nem lehet mindig általános érvényő! Általános Korlátosan általános Parametrikusan környezetfüggı Struktúrálisan környezetfüggı Speciális 7 8 A feladatmegoldás általánossága II. Általános a feladat modellje és megoldása, ha bármilyen alkatrész esetén, bármilyen gyártási környezetben korlátozás és utólagos illesztés nélkül alkalmazható. Az alacsonyabb szintő geometriai feladatok többsége ide sorolható. Korlátosan általános megoldásról akkor beszélünk, amikor valamely jól definiált feladatra: bármely környezetben, de csak bizonyos alkatrészekre, felületelem csoportra, vagy bármely alkatrészre, de csak bizonyos környezeti feltételek mellett adható megoldás. A feladatmegoldás általánossága III. A parametrikusan környezetfüggı megoldások esetén a matematikai modell és a megoldás módja is megfogalmazható általános alakban, de a modell paramétereit adaptálni kell a konkrét környezet adottságaihoz. A struktúrálisan környezetfüggı megoldások jellemzıje, hogy létezhet ugyan környezetfüggetlen legjobb megoldás, de ennek csak elvi jelentısége van, mivel az adott környezetben a feltételek hiánya okán nem alkalmazható. 9 3 5
A feladatmegoldás általánossága IV. A speciális megoldások csak abban a környezetben alkalmazhatók, amelyekre kidolgozták ıket..3 A technológiai tervezés elvei 31 A gyártástervezés elvei absztrakció szerepe a tervezésben lokalitás kihasználása a tervezésben analógiák alkalmazása nemlineáris és korlátozás alapú tervezés heurisztikák optimalizálás Absztrakció Az absztrakció bonyolult feladatok megoldásának megközelítése A lényeges vonásokat kiemelve, a közelítı megoldást finomítjuk a korábban elhanyagolt részek figyelembevételével. Mikor érdemes absztrakciót alkalmazni? nem kell tartani attól, hogy fontos megoldások vesznek el. jobb hatékonyság érhetı el, mint részletes tervezéssel. lehetıség van absztrakt tervek újrafelhasználására. Nem lehet elkerülni a korai elkötelezettséget. A lényeges részek önkényes kiemelése korlátozást jelent. Absztrakció nélkül nincs tervezés. 33 34 Lokalitás Elkülönítjük az önállóan kezelhetı, zárt problémákat, dekomponáljuk a feladatot. Az egyes részek lokálisak, de nem izoláltak! Az okozat lokális. Dekompozíció. A feladat komplexitása csökkenthetı. Pl. Felületelem csoport technológiai, nem konstrukciós. Analógiák Cél: a tervek újrafelhasználása. Kérdés: a tervek milyen reprezentáció mellett alkalmasak újrafelhasználásra? Motiváció: nincs idı a terveket elölrıl kezdve végigvinni, gyors döntések, komplex feladatok. 35 36 6
Analógiák Transzformációs analógia: korábbi tervek újrafelhasználása. Származtatási analógia: korábbi tervek tervezési folyamatának újrafelhasználása. Analógiákat érdemes alkalmazni, ha: a tervbeli lépések és kölcsönhatások száma csekély, van erıs világmodell, sok a hasonló feladat, nincs szükség az eredmények globális optimalizálására. Típustechnológiák Csoporttechnológiák Eset-alapú tervezés Nemlineáris és korlátozás alapú tervezés Addig késleltetünk egy tervezési döntést, amíg nem vagyunk rákényszerítve a döntés meghozatalára. A nemlineáris tervezési módszerek egy megoldást lépésrıl lépésre finomítanak, egyre több korlátozást építve a tervbe. Nem a megoldás tulajdonságait határozzák meg, hanem azokat a követelményeket, melyeket az összes megoldásnak ki kell elégíteni. A korlátozások nem feltétlenül egzakt alapokon nyugszanak. Így ésszerő 37 38 Nemlineáris és korlátozás alapú tervezés Hatékonyabb, tömörebb reprezentáció, gyorsabb tervezési eljárás. Nem hozunk korán rossz döntéseket, visszalépés elkerülhetı. Nincs biztosíték a terv helyességére. A helyesség ismérve: nincs ellentmondás a terv egyes elemei között. A terv javítható valamely korlátozás visszavonásával. Heurisztikák A probléma numerikus formában nem írható fel. Célfüggvény nem fogalmazható meg numerikusan. Nem áll rendelkezésre megoldási algoritmus. A heurisztikus eljárások egyszerőbbek és kevésbé igényesek, mint az egzakt matematikai megoldások. A heurisztikus megoldások az emberi megoldási mechanizmust utánozzák. A heurisztikus eljárások jósága matematikailag nem bizonyítható, a gyakorlati alkalmazhatóság határozza meg jóságát. A heurisztikus eljárások a gyakorlati tapasztalat felhasználásával teszik lehetıvé egy feladat megoldását, vagy rövidítik meg annak menetét Csak szuboptimális megoldást garantálnak. 39 4 Optimalizálás Optimalizálás Optimalizálás = maximális hatás elérése legoptimálisabb 1. Egy rendszer tulajdonságai leírhatók Z paraméterekkel.. Megfogalmazható egy jósági kritérium: f(z). 3. A rendszer optimálisnak nevezhetı ha Z* esetén f(z*)= min/max. Statikus optimalizálás: Z nem függ az idıtıl. Dinamikus optimalizálás: Z függ az idıtıl. Egyes paraméterek lehetnek: determinisztikus, vagy valószínőségi változók. Jósági kritérium megfogalmazása: f(z) gyakorlati célokat fogalmazzon meg 41 4 7
Optimalizálás A statikus optimalizálás elemei: paraméterek: Z célfüggvény: f(z) az egyes paraméterek értelmezési tartománya által meghatározott keresési tartomány megoldási algoritmus 3 CAD rendszerek A megoldás feltételei: 1. A probléma numerikus formában felírható.. A cél definiálható célfüggvény formájában. 3. Létezik idıben és kapacitásban elérhetı algoritmus. 43 CAD computer aided design CAD rendszerek osztályzása A jelenleg használatos CAD rendszerek kínálata igen széles körő, a D (síkbeli) vektor-grafikai rajzoló programoktól a 3D-s (térbeli) parametrikus asszociatív hibrid modellezı rendszerekig. D-s kép Alkalmazási terület Gépészeti, elektronikai, építészeti, ruha- és cipıipari Modellezési módszer - D-s vagy síkbeli - 3D-s vagy térbeli Alkalmazott modellezési módszerek - drótváz- - felület- - testmodellezı - hibrid Modellkezelés - parametrikus - nem parametrikus 45 46 CAD rendszerek alkalmazása - gépészet 47 48 8
1 CAD rendszerek alkalmazása elektronika (pl. OrCAD) 49 5 CAD rendszerek alkalmazása ruhaipar (pl. OptiTex) CAD rendszerek alkalmazása építészet (pl ArchiCAD) 51 5 CAD rendszerek alkalmazása orvostechnika (pl. Luong CAD) 53 54 9
Orvostechnika Termékreprezentáció Élı beszéd Leírás (szöveg) Szabadkézi vázlat Mőszaki rajz CAD modell 55 56 Modellezési folyamat Alkatrész modellezés Számítógépes modell D drótváz.5d hasáb.5d forgástest 3D drótváz 3D felület 3D test Rajzkészítés Szerelés 57 58 3D szkennelés CAD modell Alkatrész modell Mőszaki rajz Reverse engineering 3D test modell 3D felület modell Dokumentáció Parametrikus asszociatív testmodellezés Mozgás Viselkedés Analízis Látvány Ergonómia FEM (szilárdságtan, hıtan, áramlásta n, mágneses tér) Összeállítási modell Mérés CMM Rapid prototyping Prototípus alkatrész Gyártás CAM NC Az építıelemek kapcsolata és geometriai mérete szabadon változtatható geometriai paraméterek segítségével. Az egyes építı elemek egymásra épülnek, egymással kapcsolatban vannak, irányított referenciaként szolgálnak a modellezés során. A modellt testek összeépítésével hozzuk létre. Általános hasáb (+/-) Általános forgástest (+/-) Élletörés Él lekerekítés Furat Oldalferdeség Borda Vékony fal Mintázat 59 6 1
CAD rendszerek Építıelemek 61 Segéd elemek: pont, görbe, sík, koordináta rendszer Elemi test: forgástest, hasáb Kiegészítı elemek: élletörés, lekerekítés, furat, borda, héj, oldalferdeség Elemi felületek: forgásfelület, kihúzott felület, sík, söpört felület, feszített felület Felület manipulálás: vágás, egyesítés, meghosszabbítás, eltolás 6 63 64 Rajzkészítés 3D modell alapján Elıkészítés Nézeti síkok kijelölése Metszısíkok kijelölése Paraméter tábla kitöltése CAD támogatás Automatikus nézet generálás 65 66 11
CAD támogatás Automatikus metszet generálás, sraffozás CAD támogatás Axonometrikus nézet generálás 67 68 CAD támogatás CAD támogatás Tőréskezelés Rajzterület átméretezhetısége Rajz sablonok alkalmazása Méterhálózat automatikus generálása Mérethálózat rendezése 69 7 CAD támogatás CAD támogatás Feliratmezı kitöltése Összeállítási rajz létrehozása összeállítási modell alapján Robbantott ábra generálása Automatikus tételszámozás Darabjegyzék generálás Furattábla készítés Változáskövetés 71 7 1
3D rajz 73 74 75 76 77 78 13
Mőveleti sorrendtervezés A megmunkálási igények és módok meghatározása A megmunkálási bázisok kijelölése 4 Mőveleti sorrendtervezés A szerszámgépek és készülékek kiválasztása A mőveletek behatárolása Elıtervezés A mőveletek sorrendjének meghatározása Mőveleti sorrendtervezés Mővelettervezés Mőveletelemtervezés Posztprocesszálás 8 Mőveleti sorrend Elızési feltételek Mőveletek számának minimalizálása Megmunkáló gépek Bázisok, készülékek 81 8 A modell elemei Megoldási módok Egzakt módon nem oldható meg (NP-teljes probléma) Teljes leszámolás módszere Mátrix redukciós módszer Vektoros módszer 83 84 14
Mátrixredukció Vektoros módszer 3 85 86 Feladatmegoldás lépései Felületelem csoportok kialakítása Gyártási eljárások meghatározása Elızési feltételek meghatározása Sorrend meghatározása Mővelethatárok kijelölése 87 88 Példa 89 9 15
II. I. Megmunkálási lépések Y Z X I. IV. V. III. 91 Megmunkálás lépései 1.1.a Központfúrás Z+ 1..a Fúrás Ø11.8 Z+ 1.3.a Dörzsárazás Ø1H7 Z+ 1.1.b Központfúrás Z- 1..b Fúrás Ø11.8 Z- 1.3.b Dörzsárazás Ø1H7 Z-.1.a Lépcső marás Z+.1.b Lépcső marás Y+ 3.1. Horony marás Z+ 4.1. Központfúrás Y- 4.. Fúrás Ø1 Y- 5.1.a Lépcső marás Y- 5.1.b Lépcső marás Megmunkálási X- variációk 1.1.a 1..a 1.3.a 1.1.b 1..b 1.3.b.1.a.1.b 3.1. 4.1. 4.. Megmunkálás iránya 9 Elızési mártix Megoldási algoritmus 1.1.a 1..a 1.3.a 1.1.b 1..b 1.3.b.1.a.1.b 3.1. 4.1. 4.. 1.1.a Központfúrás Z+ 1 1 1..a Fúrás Ø11.8 Z+ 1 1.3.a Dörzsárazás Ø1H7 Z+ 1 1 1.1.b Központfúrás Z- 1..b Fúrás Ø11.8 Z- 1 1.3.b Dörzsárazás Ø1H7 Z- 1 1.1.a Lépcső marás Z+.1.b Lépcső marás Y+ 3.1. Horony marás Z+ 1 1 4.1. Központfúrás Y- 4.. Fúrás Ø1 Y- 1 5.1.a Lépcső marás Y- 5.1.b Lépcső marás X- Elıkövetelmények nélküli megmunkálások kijelölése Választás Heurisztikus szabályok Kiválasztott megmunkálás és az alternatív megmunkálási lépés sorának és oszlopának törlése 93 94 Heurisztikus szabályok Megoldás 1 1.1.a Lépcső marás Z+ Az elızı megmunkálási iránnyal azonos irányú megmunkálást válasszunk. Ha nincs azonos irányú megmunkálás, olyan megmunkálást válasszunk, amely irányából több megmunkálás végezhetı el. Azonos szerszámmal elvégezhetı megmunkálást válasszunk. A nagyolás és a simítás különüljön el. 3.1. Horony marás Z+ 3 1.1.a Központfúrás Z+ 4 1..a Fúrás Ø11.8 Z+ 5 1.3.a Dörzsárazás Ø1H7 Z+ 6 5.1.a Lépcső marás Y- 7 4.1. Központfúrás Y- 8 4.. Fúrás Ø1 Y- Lépcsı marásának iránya a kisebbik mélység. Nagyoló marással kezdjünk. 95 96 16
A hagyományos technológiai tervezés módszerei 5 Csoporttechnológia Többfázisú iteratív módszer Típustechnológiák alkalmazása Csoporttechnológiák alkalmazása 98 Többfázisú, iteratív módszer A technológus a feladat megoldását egy olyan terv konstruálása útján keresi, amely során lépésrıl-lépésre dönt a következı tervezési elemrıl. Az egyes fázisokban a tervezı olyan döntéssorozatokat hajt végre, amelyek kölcsönösen összefüggenek, emiatt többszörös visszacsatolásra, iterációra van szükség. Többfázisú, iteratív módszer Egyedi, kis és középsorozat gyártás esetén alkalmazzák (7%). Individuális technológiai terv: jelentısen függ a technológus képességeitıl befolyásolják a helyi szokások kidolgozottsága gyártóeszköz és sorozatnagyság függı Meghatározó elvek: Analógiák alkalmazása Heurisztikus módszerek Absztrakció 99 1 Típustechnológiák Típustechnológiák Cél: a technológiai tervek szabványosításával a technológiai tervezés hatékonyságának növelése. Lépések: 1. Alkatrészek osztályozása geometriai, anyag és darabszám függvényében. Az egyes alkatrésztípusokra technológiai tervek kidolgozása 3. Alkatrész besorolása a megfelelı osztályba 4. Adaptálás Elınyök: korszerő ismeretek beépítése gyors tervezési folyamat Hátrányok: elıkészítés karbantartás osztályozás technológia kidolgozottsága csak nagysorozat esetén alkalmazható 11 1 17
Csoporttechnológiák Csoporttechnológiák Cél: az alkatrészek csoportosításával a gyártandó darabszám virtuális növelésével a technológiai tervezés hatékonyságának növelése. Elınyök: gyors tervezési folyamat egységes technológiai folyamat Lépések: 1. Alkatrész csoportok kialakítása. Komplex alkatrész megtervezése 3. A komplex alkatrész technológiai tervének kidolgozása 4. Adaptálás Hátrányok: elıkészítés karbantartás technológia kidolgozottsága 13 14 Típus- és csoporttechnológia Típustechnológia = Csoporttechnológia Alapvetı különbség: A típustechnológia általában nem konkrét gyártási környezetre készül, nem feltételezi a csoportos gyártást. A csoporttechnológia mindig konkrét gyártási környezetre készül és általában a gyártás is csoportosan történik. Technológiai kód Típustechnológia Csoporttechnológia Eset-alapú tervezés 15544873 155415879 158745464 Hierarchikus kódolás: a jel értelmezése függ az elızı jel értelmezésétıl. Rövid kód, pontos információ. Lánc kódolás: a jelek értelmezése fix. Hosszú kód. Hibrid kódolás: hierarchikus kódszegmensek láncolata. 15 16 Standard kódrendszerek Opitz rendszer Alaki kód Kiegészítı kód Opitz (VDW) Aacheni Egyetem Brisch MICLASS TNO CODE Manufacturing Data System Inc. Szabványos sorozat + opcionális sorozat Alkatrészosztály Külsı alak Belsı alak Felület megmunkálás Egyéb furatok és fogazás Méretek Anyag Kiindulási alak Pontosság X X X X X X X X X 17 18 18
Opitz rendszer A tervezés menete 16 Forgástest.5<L/D<3 Külsı alak egyoldalas, lépcsızetes, egy irányba növekvı, egyik vége menetes Alaki elemek nélkül Horony kívül Fogazással 1 3 3 Alkatrészcsoportok kialakítása Komplex alkatrész tervezése Vezéralkatrész kiválasztása Komplex alkatrész generálás Komplex technológia elkészítése Adaptációs tábla elkészítése 19 11 16 1 18 16 15 18 1 16 15 18 M18 18 M 18 16 16 3 4 1 3 3 35 3 8 36 34 65 34 3 46 45 4 5 4 4 5 45 45 3 111 11 6 CAM rendszerek 113 19
CAM rendszerek Computer Aided Manufacturing Feladatai: Szerszámpálya tervezés NC program generálás CAM rendszerek elemei: Szerszámpálya számítás Szerszámpálya szerkesztés Szerszámpálya optimalizálás Anyag és szerszám adatbázis Megmunkálási idı számítás NC posztprocesszor Szerszámpályák tervezése Általános szempontok: Biztosítsa a leggyorsabb végrehajtást. Kerülje el a nem megmunkált felületeket. Kerülje el a készülék elemeket. 115 116 CAM rendszerek CAM rendszerek csoportosítása NX Alkalmazott technológia Marás Esztergálás Kivágás (lézer, vízsugár, láng, plazma, huzal szikraforgácsolás) Koordináta mérıgép Dimenzió szám 117 118 Dimenzió szám Megmunkálás, vezérlés szabadságfoka Egész szám egyidejőleg mozgatható tengelyek száma megmunkálás során Fél dimenzió szakaszos fogásvételi mozgás 1D egy tengely menti elmozdulás Fúrás D két tengely menti egyidejő elmozdulás Esztergálás Síkbeli kivágás (lézer, plazma, vízsugár, huzal szikra stb.).5d síkbeli megmunkálás + fogásvételi mozgás Marási feladatok egy része: nagyolás, teraszoló simítás 119 1
3D 3 irányú szimultán elmozdulás Szoborfelületek simító marása Koordináta mérıgép 4D Kivágás síkon Ikerorsós esztergálás 5D Marás: 3 lineáris + forgó mozgás 6D Ipari robotok pályavezérlése xd Soktengelyes szerszámgépek (pl. szerszám köszörő) X Z 11 1 Z Y 1 X 1 Y X Y X 13 14 CAM munkafolyamat A feladatok, lépések minden CAM rendszerben megtalálhatók Néhány feladat elhagyható, de ezzel sérül a funkcionalitás (pl. elıgyártmány) A definíciók sorrendje lehet más 15 16 1
CAD modell beolvasása és elıkészítése Szerszámgép definiálása Szerszám kiválasztása Mozgásciklus kiválasztása Geometria kijelölése Számítás végrehajtása Szimuláció NC program generálás Felület módosítás, foltozás Elıgyártmány Koordináta rendszer Biztonsági síkok NC vezérlés, Gépadatok Átmérı, Hossz Sarokrádiusz Szerszámtartó Paraméterek megadása Térfogat, Felület Görbe, Tengely, Szerszámpálya megjelenítés Megmunkálás szimuláció Ütközésvizsgálat Vezérlés független Vezérlés függı. Technológiai tervezés 1. CAD modell beolvasása és elıkészítése Fájlformátumok, adatvesztés Natív / Neutrális (dxf, step, iges, vda, stl stb.) Parametrikusság / Modelltörtént / Felület hibák Geometria módosítása Felület foltozás (pl. furatok befedése) Elıgyártmány definiálása Dokumentálás 17 18. Szerszámgép választás Gépadatok (munkatér, forgácsolási paraméter határok, stb.) NC vezérlés típusa Koordináta rendszer kiválasztása Biztonsági síkok definiálása 1 3. Szerszám kiválasztása, kijelölése Szerszámadatok megadása (D, L, R) Szerszám adatbázis Forgácsolási adatok: anyag, nagyol / simít, n (v c ), v f 1 biztonsági sík, felette 3D gyorsmozgás engedélyezett kiemelési sík, összekötı mozgások síkja 19 13 Pro/Engineer WF4 4. Mozgásciklus választás Adott megmunkálási módhoz fejlesztett ciklusok Standard ciklusok Egyedi (CAM rendszer függı) ciklusok Egy feladat több módon is megoldható Szerszám Geometria Mozgáspálya Szerszám CATIA v5 131 Munkadarab geometria Mozgásciklus 13
5. Geometria kijelölése Tengely, Görbe, Felület, Térfogat, Ablak CAD modellen / Újra modellezve 6. Számítás végrehajtása 133 134 136 138 7. Szimuláció Szerszámpálya megjelenítése Megmunkálás szimuláció Munkadarab + Szerszám Szerszámgép + Készülék Ütközésvizsgálat Munkadarab Szerszám Készülék CATIA v5 Szerszámtartó Szerszámgép Egyéb szimulációk Megmunkálási idı Gépteljesítmény 135 MSN 5 NC marógép ÓE BGK AGI gépmőhely CATIA v5 Pro/Engineer WF 137 3
Keller Pro/Engineer WF Siemens NX 139 14 8. NC program generálása Vezérlés független program (APT / EXAPT) Vezérlés orientált NC program (posztprocesszálás) APT Automatically Programmed Tool Douglas T. Ross, 1959. MIT Szerszámpálya leírása NC marógépekhez CAM rendszer #1 NC program G kód EXAPT EXAPT CLData Posztprocesszor # NC program G kód #x NC program G kód Extended APT 1964. Németország, EU 141 14 9. Dokumentálás NC program neve Szerszám azonosító Forgácsolási adatok, idı adatok Koordináta rendszer helye 143 144 4
Esztergálás CAM rendszerekben D-s megmunkálás Geometria definiálás Palást és homlokfelületek (külsı / belsı) Egyszerő és alakos beszúrás Alászúrás Menet (külsı / belsı) Élletörés, éllekerekítés Esztergálható kontúr generálása 145 146 147 148 15 Esztergálás CAM rendszerekben Mozgásciklusok Kontúr nagyolás Hosszesztergálás Keresztesztergálás Kontúrsimítás Furatesztergálás Beszúrás Alászúrás Leszúrás Menetesztergálás Fúróciklusok.5D-s marási stratégiák 149 Síkmarás Térfogat marás Teraszoló kontúrsimítás Zsebmarás Sarokmarás Fúrás 5
Síkmarás Szabad kifutású sík felületek marása Egyenirányú marás / Ellenirányú marás / váltakozó irányú marás (zig-zag) Kontúr érintése kívülrıl / belülrıl Kontúrig marás Stratégia: adott irányú marás (pásztázás) kontúrkövetı marás spirál marás Adott irányú megmunkálás (pásztázás) Kontúrkövetı megmunkálás 151 15 a e_max = D c / Összekötı mozgások definiálása Sima átmenet gyors elıtoló sebesség A megmunkálás nyoma látszani fog a darabon 153 154 Térfogat marás Alapvetıen nagyolásra használjuk Simítási ráhagyás megadása Stratégia: adott irányú marás kontúrkövetı marás spirál marás Fogásvétel: Darabon kívül Darabon belül Z irányban Egyenes bemerülés rampolás (α = -8 ) Spirál bemerülés (α = -8, R min = 1.5 * R sz ) A nagyolás mellett a kontúr simítható Nagyolás + Kontúrsimítás Kontúrsimítás + Nagyolás Nagyolás + Kontúrsimítás szintenként Nagyolás + Kontúrsimítás kisebb fogásmélységgel Kontúrsimítás Szigetek kezelése adott irányú marás esetén: Megszakít kiemel folytat (kerülendı) Visszafordul Haladás kontúrkövetés esetén: Belülrıl kifelé konkáv forma (üreg) esetén Kívülrıl befelé konvex forma (domb) esetén 155 156 6
Dc = mm n = 3 1/min vf = 8 mm/min ap=.1 t = 4.54 min ap=.5 t =.94 min ap= t =.8 min R= Maradék anyag csökkenthetı: ap csökkentése megmunkálási idı növekszik Szerszám átmérı csökkentése megmunkálási idı növekszik Szerszám sarokrádiusz növelése R=.8 Teraszoló kontúrsimítás Profilozás, Z-level finishing Szerszám: R=5 157 158 Fogásmélység: ap >.1 mm felület minıség vs. idı Fogásvétel: Sarokrádiuszos maró Gömbvégő maró Rágördülés, legördülés, Fogásvétel levegıben Ráfutás és túlfutás 45 -nál meredekebb felületek simítása 159 16 16 Zsebmarás 161 Általában simítás Sarokrádiuszos marószerszám Oldalfal kontúrkövetése és / vagy fenék síkmarása 7
Belsı sarkok esetén D c < R A rádiusz mentén nı a forgács hossz, nı a szerszám terhelés Elıtolási sebességet (v f ) érdemes csökkenteni Sarokmarás Síkgörbe mentén letörés vagy lekerekítés készítése alakos maróval Kijelölt geometriai elem: xy síkban lévı élek 163 164 Fúrás Fúróciklusok kezelése Összekötı mozgások optimalizálása Kijelölés szabályok alapján Átmérı Átmérı tartomány Adott irány Adott sík Furattábla készítése 165 166 3D marási stratégiák 3D felület simítás Kombinált simítás 3D helikális simítás Gravírozás Trajektória marás Maradékanyag megmunkálás Térbeli sarokmarás 3D felület simítás Szerszám: gömbvégő maró 45 -nál laposabb felületek simítása Megmunkálás iránya: Adott irányban xy síkban Kontúrkövetés Paraméter vonal követés Vetített trajektória Sugár irányú Spirál 167 168 8
Egyenlı ellépés D-ben Egyenlı ellépés 3D-ben 169 17 Oda-vissza marás Összekötı mozgás definiálása: egyenletes gyorsulás és lassulás Túlfutás, ha lehetséges Gömbvégő maró dolgozó átmérıje D a p D a p D D eff D eff D eff D D a = p 171 17 Gömbvégő maró dolgozó átmérıje Barázda magasság (cusp height) D eff_1 β D α D eff_ β α D eff _ 1 = D sin( β + α) = D sin( β α ) D eff _ ap D a p β = arccos D D D eff _1 β + α 173 D a e D Ch = D Ch a e D Ch a e D 174 9
Barázda magasság (cusp height) 3D helikális simítás D a e α D Ch D Szerszám: sarokrádiuszos vagy gömbvégő maró 45 -nál meredekebb felületek simítása A kontúrkövetéssel párhuzamosan folyamatos Z irányú süllyedés Nincs fogásvétel Folyamatos forgácsolás α Ch a e cosα a e D Ch = D a e cosα 175 176 Kombinált simítás Felületek automatikus szétválasztása + = Gravírozás Gravírozó szerszám Fogásmélység:.5.15 mm Sík vagy térgörbe kijelölése CAD rendszerben elegendı a görbe elkészítése Teraszolás 3D felületmarás 177 178 Trajektória marás Adott térgörbe mentén vezetjük végig a szerszámot Horonymarási feladat T horony marás Maradékanyag megmunkálás Az elızı megmunkálás során nem megmunkálható geometria újra munkálása Teraszoló marás vagy felület simítás 179 18 3
Térbeli sarokmarás Pencile trace Térbeli görbe lekövetése A térbeli görbét felületek határozzák meg Különleges mozgásciklusok Süllyesztı marás Plunge milling Nagyolás nagy mélység, konvex / konkáv Szerszám: nagy átmérıjő homlokélő szerszám A leválasztási alakzat hengerek metszıdésébıl adódik A szerszámgép Z irányú terhelhetısége kritikus lehet 181 18 n Különleges mozgásciklusok Trochoid marás Egyenletes szerszámterhelés Kis a e 5-% D c v f Nagy a p 1- x D c Szerszám átmérı: horonyszélesség 7%-a a e a e a e 183 Video - Seco 184 Különleges mozgásciklusok Menet marás Különleges mozgásciklusok Alámetszések marása Szerszám szár csökkentett átmérıvel 185 186 31
5D-s marás 3 lineáris elmozdulás + forgó Adott pontban különbözı szerszámorientáció állítható be (D eff = Const.) Térbeli furatok fúrása Alámetszett felületek marása Rövidebb szerszámkinyúlás Kevesebb felfogás Drága gép CAM rendszer, programozás Ütközésvizsgálat 187 188 7 3D szkennelés video 189 3D szkennelés 3D szkennelés Alkatrész Bonyolult alkatrészek eredetirıl történı modellezése (pl.: veterán jármővek öntvényei, kézzel készült egyedi alkatrészek stb.) Abban az esetben alkalmazzák, ha nem ismertek a felületet alkotó görbék és felületek. A folyamatot, amivel valós fizikai modellbıl CAD modellt építünk REVERSE ENGINEERING-nek hívjuk. A Reverse Engineering két fı lépése: - 3D szkennelés, - Szkennelési eredmény feldolgozása. Pontfelhı Mőveleti sorrendje: - Szkennelés, - Pontfelhı létrehozása, - Modellépítés, rekonstrukció, - Ellenırzés, korrekciók. 3D CAD modell 191 19 3
3D szkennelés 3D szkennelés A digitalizálni kívánt fegyvermarkolat készülékbe fogva a szkenner asztalán. Szkenner által készített pontfelhő. Pontfelhı a szkenner által létrehozott digitális ponthalmaz. A digitalizált modellel szembeni igényeket (pontosság, alakhőség) elıre tudni kell, mert ettıl függ: - pontfelhı sőrősége, - a szkennelési eljárás stb. (feleslegesen sőrő pontfelhı nagy szkennelési idı) 193 194 3D szkennelés 3D szkennelés Modellépítés, rekonstrukció a pontfelhı további feldolgozása, ami lehet: - Egylépcsıs pontfelhı exportálása CAD rendszerbe, - Többlépcsıs szkenner saját szoftverével készül el a felületmodell Célprogramok: pontanomáliák kiszőrése, többirányú felvételek összefőzése. Pontfelhıbıl készített modell Catia rendszerben (egylépcsıs modellépítés) 195 196 3D szkennelés Kontakt szkennelés Szkennelési eljárások két fı típusa: - kontakt vagy érintkezı eljárás: darab és a berendezés mérıfeje érintkezik, - nem-kontakt eljárások: a mérı elem nem érintkezik a darabbal. Érintı-kapcsolós fejek Elınyei: pontos; olcsó; kis tapintási erı. Hátrányai: lassú (kevés pont/perc) Analóg (merev tapintós) fejek Elınyei: pontos; gyors (sok pont/perc); nagy sőrőségő letapogatás. Hátrányai: nagyobb tapintási erı. 197 198 33
Kapcsoló tapintófej elve Szkenning típusú folyamatos mérés Érintés hatására megszakadó áramkör - Pontról-pontra való mérés (kapcsoló típus) kibıvítése folyamatos mérésre. - A munkadarabbal való folyamatos érintkezés. - Meghatározott pályán való mozgás (szabályozás). munkadarab Szabályos tapintógömb 199 Eszközök Nem-kontakt eljárások Koordináta mérıgép Merev felépítés Pontos Programozható Mérıkar Flexibilis alkalmazás Mozgatható Kézi mőködtetés Nincs erıhatás Puha anyagokhoz is használható Lézer fénnyel mőködı letapogató fejek Elınyei: gyors; Hátrányai : korlátozott mélységek; reflexiós problémák; fényes felületekhez nem használható kötött lépéstávolság; függıleges és alámetszett felületekhez nem/ korlátozottan használható;. 1 CCD kamera (plusz lézer) Elınyei: hordozható; nem kell a munkadarabot rögzíteni; gyors; akár 5 pont/s. Hátrányai: drágább eljárás. 3 4 34
E-Bone Vázlat Részletes tervezés Mőszaki tartalom 5 6 Formatervezés 7 8 CAD 8 Gyors prototípus gyártás 9 35
Gyors prototípus célja Alkalmazási területek Prezentáció Öntıminta Szerszám Valós darab (kis széria) Autó ipar Termék gyártás Gépgyártás Orvostechnika Oktatás Repülıgép ipar Haditechnika Egyéb 11 1 Csoportosítás anyagok szerint Pontosság RPT Porból Folyadékból Lapokból IT 13-16 Ra 1,6 5 1 komponens 1 komponens + kötıanyag Ömlesztés + szilárdítás Folyadék polimerizáció Ömlesztés Ragasztás Polimerizáció Fény Hı Lámpa Lézer Holográf 13 14 Eljárások SLA - Sztereolitográfia SLA Sztereolitográfia SLS Szelektív lézer-szinterezés DMLS Közvetlen fém lézer-szinterezés FDM Huzalleolvasztásos modellezés LOM Rétegelt darabgyártás 3DP 3D-s nyomtatás PolyJet Polimer nyomtatás SGC Réteges fotopolimerizáció Rétegvastagság:,1 mm Utólagos keményítés UV fénnyel Szakító szilárdság 3 MPa PBT, PA, PP, PC 15 16 36
SLS Szelektív lézer-szinterezés SLA Porból szinterezve Akár fémporból is (mőanyag kötıanyag) Porózus darab Nem kell utólag keményíteni SinterStation5 17 SLS 18 DMLS Közvetlen fém lézer-szinterezés Lencsék Direct Metal Laser Sintering Fém por,4,6 mm Utólagos hıkezelés Laser Tükör Laser sugár Réteg simító mechanizmus Modell Fém por Mozgatható asztal EOSINT M7 19 DMLS DMLS Példa Szerszámbetét Anyag: EOS DM - Bronz Porózus felület Példa 4 Szerszámbetétek 1 37
FDM Huzalleolvasztásos modellezés FDM - Példák Dimension BST 768 ABS huzal Rétegvastagság, mm Nem kell utólag keményíteni Festhetı Ragasztható 3 4 LOM Rétegelt darabgyártás LOM Lézerrel kivágva és összeragasztva Speciális papír (,1 mm) Csiszolható, festhetı Zárt üreg problémás 5 6 3DP 3D-s nyomtatás PolyJet Por + kötıanyag Kötıanyag szinezhetı Utólag keményíteni kell (hıkezelés) Tintasugaras nyomtató elve Közvetlenül a polimert nyomtatja komponens is lehetséges Rétegvastagság. mm!!! Polimer + UV ObJet EDEN5 7 8 38
PolyJet PolyJet két komponens PolyJet Matrix Connex5 9 3 PolyJet - példák SGC Réteges fotopolimerizáció Üvegmaszk (elektrosztatikus) UV lámpa - Gyanta térhálósítás Viasszal feltöltés Bonyolult 31 3 Az idı- és költségbecslés feladata Meghatározni a gyártás várható idıszükségletét és költség igényét. 9 Költségbecslési módszerek? 34 39
A költségbecslés szerepe A költségbecslés problémája Önköltségszámítás árajánlat adáshoz Gyártási költségek kontrollálása Beszállítók árajánlatainak ellenırzése Venni vagy gyártani döntés támogatása Tervezési alternatívák értékelése Anyagszükséglet tervezés Gyártás ütemezés Befektetett munka Pontosság 35 36? Probléma: Nem ismerjük a gyártási folyamat részleteit. Rövid idı áll rendelkezésre. Költségbecslési módszerek Intuitív Analóg Parametrikus Analitikus MI alapú 37 38 Intuitív módszer Intuícióra, tapasztalatra épít Nagy gyakorlat szükséges Részletesen ismerni kell a környezetet Pontatlan lehet Nem átlátható Analóg módszer Összehasonlítás korábbi termékekkel Nagy adatbázis Hatékony keresés szükséges Statikus környezet Adaptálás 39 4 4
Parametrikus módszer Egyszerő függvénykapcsolat a néhány termék-paraméter és a költség között Általában tömeg vagy befoglaló méret Egyszerő Gyors Csak durva becslésre Analitikus módszer A feladat részletes dekomponálása, részszámítások összegzése Részletes gyártási koncepció Az egyes elemek pontosabban becsülhetık Pontos (± 5%) Idıigényes Pl.: K=C +C 1 *m+c *m 3 41 4 Költségbecslési módszerek módszer elıny hátrány intuitív analóg parametrikus - gyors - egyszerő alkalmazni - figyelembe veszi a konkrét környezetet - egyszerő - gyors - szakember igényes - pontatlan - nem átlátható - idıigényes - nagy adatbázist igényel - pontatlan - heurisztikus analitikus - pontos - idıigényes - szakember igényes - túl részletes Parametrikus gyártási idı becslés t S = est = C B X B H X H n X L X B X H X L X B X H = ti Li Bi H i + C Li Bi H i = C i= 1 n S X L X B X H X L X B X H = ( ti C Li Bi H i ln Li + C Li Bi H i ln Li ) = X L i= 1 n S X L X B X H X L X B X H = ( ti C Li Bi H i ln Bi + C Li Bi H i ln Bi ) = X B i= 1 n S X L X B X H X L X B X H = ( ti C Li Bi H i ln H i + C Li Bi H i ln H i ) = 43 X H i= 1 44 L X L Legkisebb négyzetek módszere n X X X L B H ( ti C L B H ) i i i i= 1 S S S = = C X L MIN S S = = X B X H ( ) Numerikus keresı algoritmus C1, B, H, L C1, B, H, L Eredmények C, B, H, L C, B, H, L C, B1, H, L C, B1, H, L C, B, H, L C, B, H, L C, B, H, L C, B, H1, L C, B, H, L C, B, H1, L C, B, H, L... C, B, H, L1 C, B, H, L1 C, B, H, L C, B, H, L Változás Hiba Random(1) =.1+ 1 m t ti, j j Di = j 45 46 41
Zseb nagyoló marása Adatbázis 8 eset: A: 4, 5, 6, 8, 1, 15,, 5, B: 4, 5, 6, 8, 1, 15,, 5, 3, 4 R: 4, 5, 6, 8, 1, 1,5 H: 1, 3, 5, 1, 15,.xls A Hossz B Szélesség H Mélység R - Rádiusz 47 48 Szerszámút hossza Megmunkálási idı Fogás szám: H I = int +1 a p Szerszámút hossza: L = J ( A+ B) J ( J + 1) D 1 Összekötı s fogásvételi mozgás hossza: Ciklusszám egy szinten: min( A, B) D J = int D [(max( A, B) D) (max( A, B) J D) ] = D ( 1) L = J (D=*R) Megmunkálási idı: L I ( L1 + L I ( J ( A B) J ( J 1) D D ( J 1)) t ) + + + = = = v v v f Elıtolási sebesség Fordulatszám f v = f z n f 1* vc n = D *π z f 49 5 Szerszám Regresszió y + Mért vagy számolt adat y = f(x) + + + y = C1+C*x + + + SS = Σ δ i SS : Négyzetösszeg δ i Cél: SS MIN x 51 5 4
A 4 5 6 8 1 15 5 B 4 5 6 8 1 15 5 3 4 R 4, 5, 6, 8, 1, 1,5 1 75 5 5 1 75 5 5 4 4, 5 5, 6 8 6, A R 1 8, 15 1, 5 1,5 4 1 5 3 6 8 5 1 B H 1 15 15 5 3 4 6 MiniTab v14 MiniTab v14 Eredmény terület Copy + Paste Excel táblából Diagrammok 53 54 Main effects plot Interaction plot #1 regresszió - lineáris Interaction Plot (data means) for t Main Effects Plot (data means) for t 4 5 6 8 1 15 5 3 4 4, 5, 6, 8, 1, 1,5 1 3 5 1 15 6 16 A 8 Mean of t 16 Main Effects Plot (data means) for t B 8 1 75 5 A B R 16 8 SS _ Error R = 1 SS _ Total Mean of t 5 4 5 6 8 1 15 5 4 5 6 8 1 15 5 3 4 R H 1 H SS _ Error /( n p) R ( adj) = 1 SS _ Total /( n 1) 75 SS Sum of squares 5 5 4, 5, 6, 8, 1, 1,5 1 3 5 1 15 6 95 felett kell lennie 55 56 # regresszió négyzetes tagokkal Regression #3 - logarithmic Main Effects Plot (data means) for ln t A B R H 8 6 4 4 5 6 8 1 15 5 4 5 6 8 1 15 5 3 4 4, 5, 6, 8, 1, 1,5 1 3 5 1 15 6 57 58 43
Regression #4 log, quadratic Regression #5 log, cubic Ha a P-value. felett van, a paraméter elhagyható. 3-4. Febr 9 TOOLS 9 Zlin 59 6 Regression #6 log, modified Results - Conclusions ln t = 3,33 +,94 A -,66 A +,113 B -,13 B -,99 R 3 +,465 H -,54 H +,48 H t = e 3 3,33+,94 A -,66A +,113 B -,13 B -,99 R +,465 H -,54 H +,48 H 61 6 Mesterséges intelligencia módszerek Szabály-alapú költségbecslés Alkatrész modell Szabály-alapú becslés Eset-alapú becslés Neurális háló-alapú becslés Mőveletelemek 1.. 3. Heurisztikus képletek Elızési mátrix Mátrix elimináció Becsült adatok 63 64 44
Eset-alapú költségbecslés ANN-alapú költségbecslés Alkatrész modell + Alkatrészmodell Paraméter lista Eset bázis Hasonlóság megállapítása Választás Adaptálás ANN Paraméter lista W 1 W Tanítási minta S Σ f(s) W 3 Keresés Becsült adatok Becsült adatok 65 66 VÉGE 67 45