CNC programozás alapjai

Budapesti Mőszaki Fıiskola Bánki Donát Gépészmérnöki Fıiskolai Kar AGI Gépgyártástechnológiai Tanszék CNC programozás alapjai 2006.

Tartalom 1 NC-és CNC-technika...2 1.1 Ellenırzı kérdések...5 2 A geometriai információk meghatározása...6 2.1 Méretmegadási módok...6 2.2 Az NC-gépek koordináta rendszerei...7 2.3 NC-gépek jellegzetes pontjai...11 2.4 Nullponteltolás, nullpont felvétel...13 2.5 Szerszámkorrekció...16 2.6 Jellegzetes mozgástípusok útinformációi...22 2.7 Útinformációk számítása pályavezérlés esetén...27 2.8 Ellenırzı kérdések...29 3 CNC-programozás...30 3.1 A gyártási folyamat információ áramlása...30 3.2 A CNC programozás utasításkészlete...31 3.3 A program felépítése...34 3.4 Jellegzetes megmunkálási feladatok és programozásuk...39 3.5 Ellenırzı kérdések...56 4 IRODALOM...58 1

1 NC-és CNC-technika A számvezérléső gépek kialakulása és fejlıdése. A negyvenes évek végére a repülıgépipar fejlıdése felvetette azt a gondolatot, hogy érdemes lenne a hagyományos szerszámgépvezérléseket megváltoztatni. Elsısorban a bonyolult alakú munkadarabok gyártásáról volt szó, amelyeket ez idı tájt másolással állítottak elı. A gondolatot megvalósítás követte és szerencsére az elektronika nagymértékő fejlıdése is segítette az NC -technika (Numerical Control = számvezérlés) megjelenését. 1949-ben az USA légiereje megbízást adott a Massachusetts Institute of Technology részére az aerodinamikai profilok gyártására alkalmas számvezérléső marógép kifejlesztésére. Ezt a vezérlést 1952-ben mutatták be. 1956-ban az USA repülıgépipara már kb. száz pályavezérléső szerszámgépet üzemeltetett. Európában is ebben az idıben jelentek meg az elsı kivétel nélkül USA gyártású NC - szerszámgépek. 1960 és 1970 közé tehetı az NC -gépek általános elterjedése. 1970-tıl már találkozhatunk a DNC- és a CNC- (Direct és Computerized Numerical Control) technikával. A nyolcvanas évek elejétıl új NC -szerszámgép már csak CNC -re készül. 1983-tól az NC - szerszámgépek 65%-a a DNC -vel üzemel. 1992-tıl az NC- gépek jelentıs része rugalmas gyártócellában vagy gyártórendszerben mőködik. Bár ez a technika Amerikából indult el világhódító útjára, az eltelt évek alatt más nemzetek is jelentıs mértékben hozzájárultak a fejlıdéséhez. Az NC- és a CNC- gépek összehasonlítása. Az NC - technika elve tulajdonképpen Neumann János számítástechnikai elgondolásának alkalmazása a szerszámgép irányítására. Neumann alapgondolata az, hogy az adatokat és a parancsokat (tehát azt, hogy mit kell tenni az adatokkal) is számok formájában rögzíthetjük és tárolhatjuk. A technológus a munkadarab elkészítéséhez szükséges tevékenységeket (pl.: oldalazás, beszúrás, keretmarás stb.) a gépesített eszközeink számára tovább nem osztható mőveletekre bontja. Ezek tehát a szerszámgép gépesített eszközeinek legegyszerőbb tevékenységei, pl.: meghatározott tengelyirányú szánmozgatás, fıorsó megállítása, fıorsó forgás irányváltása, revolver rögzítésének oldása. Rendeljünk ezekhez a mőveletelemekhez számokat, egy mővelethez természetesen csakis egyetlen számot! Hozzunk létre olyan berendezést (a vezérlıt), amely meghatározott szám beadása esetén gépesített beavatkozó elemmel végrehajtja az adott számhoz rendelt mőveletelemet. Ha e feltételeket kielégítjük, és a vezérlıt megalkotjuk, akkor az adott munkadarab megmunkálása a mőveletelemek megfelelı sorba főzésével végrehajtható. Ez pedig lehetséges, ha az egyes mőveletelemekhez rendelt számokat megfelelı sorrendben a vezérlıbe beadjuk. A számokat megfelelı sorrendben leírni, ezzel út- és kapcsolási információkat meghatározni sokkal könnyebb, mint pl. a mechanikus információhordozókat (vezérlıtárcsa, ütközıléc) gyártani. Mivel az ember számokat nehezebben jegyez meg, mint neveket vagy betőket, jelöljük (kódoljuk) az egyes parancsokat (tehát számokat) betővel vagy szóval, így pl. 2

Mőveletelem Szánmozgatás hosszirányban a tokmánytól el (esztergán) Szerszámtár forgatása (szerszámváltás) Fordulatszámváltás A mőveletelemhez rendelt szám, a parancs 90 770 83 A parancs kódja Z M S Ha tehát a programot a kódok (betőszimbólumok) segítségével írjuk le, a vezérlıbe adás elıtt szükségünk van a parancsok számokká fordítására. Ezt oldják meg az ún. adat-elıkészítı berendezések, amelyek a fordítás után a parancsokat számok formájában információhordozón (lyukszalag, mágnesszalag stb.) tárolják. Az információhordozóról a vezérlı beolvashatja a számokat, amelyeket ezután tárolni és értelmezni tud. Az elızı példából is egyértelmően következik, hogy csupán a parancsok megadása nem elegendı az adott munkadarab megmunkálásához. Szükség van az egyes parancsok mennyiségi behatárolására. Például: Mekkora utat tegyünk meg Z irányban? Hányadik szerszámot vigyük a megmunkálási helyzetbe? Milyen fordulatszámmal forogjon a fıorsó? Ezt a parancsokra vonatkozó adatokkal írhatjuk elı (pl. Z500, M06, S14). Az utasításszó tehát két részre bontható: a végrehajtandó mőveletelemet megadó parancskódra, a parancs végrehajtásának mértékét elıíró adatra. Az adott munkadarab megmunkálásához szükséges mőveletelemek és mennyiségi jellemzıjük, vagyis az utasítások sorba főzésével alakul ki a program. Hogy a vezérlı a program hatására végrehajthassa az elıírt megmunkálást a szerszámgéppel, a beadott számokat, valamint a program által közölt információkat értelmeznie kell, tárolnia kell, aritmetikailag és logikailag fel kell dolgoznia. E feladatok megoldására a vezérlıket az 1.1. ábrán látható szerkezeti felépítésnek (struktúrának) megfelelıen tervezik. Az adathordozóra a technológusnak olyan formában (számokban) kell rögzítenie a programját, hogy az információátvitel megbízható legyen. A program értelmezése azt jelenti, hogy a programvezérlés a számokból (illetve ezek kódjaiból) meg tudja határozni a hozzárendelt mőveletet (vagyis, hogy mit kell végrehajtani). Az azonosított információt meg kell ırizni (tárolni kell), legalább addig, amíg a végrehajtása befejezıdik. Ezt is általában a programvezérlı végzi. 3

1.1 ábra. A vezérlı elvi felépítése (struktúrája) Mivel a programvezérlı az adatokon logikai és aritmetikai mőveleteket végez, ezeket át kell alakítani az erre legkedvezıbb információábrázolási formára. Az információfeldolgozás másik feladata a felismert mőveletelemek végrehajtása. Ezt az illesztıvezérlı végzi azáltal, hogy ismeri a szerszámgép végrehajtó-mőködtetı elemeinek irányítási lehetıségét, meg tudja határozni, hogyan kell a mőveletelemeknek megfelelı út- és kapcsolási feladatokat megoldani. Az eddig bemutatott szerkezeti felépítés a hagyományos NC- vezérlı, amelyet egyes irodalmakban KNC néven ismertetnek (Konvencionális NC). A KNC- vezérlık logikai egységei az ún. kombinációs logikai hálózatokból épültek fel. A vezérlı által megoldható logikai feladatokban bekövetkezı változások esetén az ilyen rendszert teljesen át kell tervezni, és át kell építeni. Ez azt jelenti, hogy minden alap géptípushoz más és más logikai hálózatú vezérlıt kell gyártani, ami költséges. A fejlıdés ezen a területen azt eredményezte, hogy a kombinációs logikai egységeket - a számítógépes technika fejlıdése eredményeként - lecserélték programozható logikára. Az olyan vezérlıket, amelyekben a logikai és aritmetikai mőveleteket számítógép végzi, CNC típusú vezérlıknek nevezzük (Computer Numerical Control = számítógépes számvezérlı). 4

A CNC elsısorban a programvezérlıben kapott helyet, de ma már az illesztı vezérlık is CNC jellegőek. Illesztı vezérlıkben más, egyszerőbb megoldásokat is találunk a kombinációs logika kiváltására. Ilyenek pl. a PLC- s (Programmable Logic Controller = programozható logikai vezérlı) alapú illesztések. Az adatok bevihetık kezelıpultról, illetve valamilyen információhordozóról (ez ma többnyire mágnesszalag), de lehetıség van a számítógépes hálózatra csatlakozásra is. A programvezérlı egység CNC jellegő, tehát tartalmaz legalább egy programozható folyamatirányító számítógépet, amelynek a feladatokat leíró programjait a rendszerprogramtárba teszik. Ez a tár ún. ROM (Read Only Memory = csak olvasható memória) típusú és a rendszer mőködéséhez szükséges programok mindegyike itt található. A másik lényeges tár az alkatrészprogramtár, amelybe a megoldandó feladatot tárolják. Az alkatrészprogram-tár ún. RAM (Random Acces Memory = írható-olvasható memória) típusú. Ez a tár helyettesíti a KNCvezérlıknél megszokott információhordozót, amely egyben az alkatrészprogram tárolója volt. A KNC- vezérlı gyártása az 1970-es években megszőnt, helyette a CNC- vezérlık jelentek meg, ez pedig az NC- technika hatalmas fejlıdését eredményezte. 1.1 Ellenırzı kérdések Mi a számvezérlés elve? Milyen fıbb egységekbıl áll a számvezérlés? Mit nevezünk KNC-nek? Milyen a CNC felépítése? 5

2 A geometriai információk meghatározása Az NC- gépek programozása tevékenységek láncolata, amelynek eredménye az információhordozó elkészítése: ezt nevezzük külsı adatfeldolgozásnak. Az információhordozón lévı adatok leolvasása, feldolgozása, átalakítása, az átalakított adatok út- és kapcsolási parancsok formájú kiadása a szerszámgépre és a parancsok végrehajtásának ellenırzése a belsı adatfeldolgozás. A programozáshoz tehát egyrészt meg kell határozni a mozgásokat, ezek a geometriai információk, másrészt a mozgásokhoz tartozó sebességeket, a technológiai adatokat. 2.1 Méretmegadási módok Számvezérléső szerszámgépen a szerszámot olyan útvonal mentén kell mozgatni, amelynek a végeredménye a kívánt geometriájú munkadarab. Az útvonalra vonatkozó információkat az alkatrészrajz tartalmazza. A géprajzban a méreteket a tervezı többféleképpen is megadhatja. Bázistól való méretezés, ha egy ponttól adjuk meg a méreteket (2.1. a ábra), láncméretezés, ha a méretek egymástól vannak megadva (2.1. b ábra), gyakran elıfordul azonban a vegyes méretezési mód is (2.1. c ábra). A 2.1. ábrán esztergált lépcsıs tengely látható. (Meg kell jegyezni, hogy a 2.1. b ábra megoldását a gyakorlatban nem használják, mert az átmérıkülönbségeket sokkal körülményesebb megmérni, mint magát az átmérıt.) a) b) c) 2.1. ábra. Méretmegadasi módok a) abszolút méretmegadás: méretezés bázistól; b) növekményes méretmegadás láncméretezéssel; c) vegyes méretmegadás A bázistól való méretezést az NC- technikában abszolút méretmegadásnak, a láncméretezést növekményes méretmegadásnak nevezzük. A két méretmegadási módot a 2.2. ábra hasonlítja össze. 6

Abszolút Növekmény X y x y 1 300 240 300 240 2 650 180 350-60 3 500 340-150 160 W 0 0-500 -340 2.2. ábra. Abszolút és növekményes méretmegadás pontvezérlésnél A példa egy pontvezérléses feladat (fúrás) megoldását szemlélteti. A szerszámot a munkadarab koordináta-rendszerének W kezdıpontjából kell az egyes furatok 1, 2, 3 középpontjaira pozícionálni. A táblázat növekményes méretmegadásának oszlopában az elmozdulásnövekmények vannak feltüntetve. Az elmozdulás értéke akkor pozitív, ha a mozgás iránya a munkadarab koordinátarendszerének pozitív tengelye irányában történik és negatív, ha a mozgás iránya a koordinátatengely negatív irányába esik. A harmadik furat megmunkálása után növekményes rendszerben a szerszámot vissza kell állítani a W kezdıpontba, ennek elmulasztása esetén a következı munkadarab selejt lenne. 2.2 Az NC-gépek koordináta rendszerei A számvezérléső szerszámgépek szerszámainak pontosan rögzített relatív mozgáspályát kell leírniuk a munkadarab megmunkálása során. A mozgásfolyamatokat a programban pontosan rögzíteni kell. Ennek megvalósításához a szerszámgép munkaterében lévı összes pontot egyértelmően kell azonosítani. Az egyértelmő megfeleltetéshez koordináta-rendszereket használunk. Az NC- szerszámgépek fı mozgási irányait a jobbkéz-szabály szerint elhelyezett derékszögő koordináta-rendszer határozza meg (2.3. ábra), amely mindig a munkadarabra vonatkozik. 2.3. ábra. NC-szerszámgépek koordinátatengelyei Programozáskor a munkadarabot álló helyzetőnek kell feltételezni, a mozgásokat a szerszám végzi. Az X, Y, Z koordinátatengelyek körüli forgatási tengelyeket a 2.3. ábra szerinti, A, B, C- vel jelölik. A pozitív forgásirány megegyezik az óramutató járásával, ha a forgást a pozitív tengely irányába nézzük. 7

Az útinformációk meghatározásakor a programozó technológus koordináta-rendszert rendel a munkadarabhoz. Ez az a munkadarab-koordinátarendszer (vagy programozási koordináta-rendszer), amelynek kezdıpontja W, a munkadarab- (programozási) nullapont (növekményes méretmegadás esetén a felvett koordináta-rendszer csak az elmozdulási irányok elıjelének és a megmunkálás kezdıpontjának meghatározásához szükséges). A szerszámgép viszont a saját koordináta-rendszerében dolgozik, amelyet gépi koordináta-rendszernek nevezünk, M kezdıpontját pedig gépi nullapontnak. A szerszámhoz is rendelhetı koordinátarendszer különösen elızetes szerszámbeállítás esetén. A munkadarab alakjának elıírásához, tehát a következı három koordináta-rendszer egymáshoz való viszonyát kell megfelelı módon meghatározni: a munkadarab koordináta-rendszere, amelyet a programozó vesz fel; a szerszámgép koordináta-rendszere; a szerszám koordináta-rendszere, amelyet a szerszám beállításához kell figyelembe venni. Vizsgáljuk a három koordináta-rendszert esztergán. A 2.4. ábrán látható munkadarabnál Xw Zw a munkadarab-koordinátarendszere W nullaponttal. Az A felfogási nullapont a munkadarab felfogásakor az ütközési síkba kerül. A szerszámhoz az XT ZT koordináta-rendszert rendeltük, amelyben N beállító nullapont. A beállító nullaponthoz képest változtatható a szerszámcsúcs (ill. a P szerszámélpont) L hosszúságú és K keresztirányú kinyúlása. A hossz- és keresztirányú állíthatóságot a szerszám konstrukciója teszi lehetıvé. A szerszámgép XM ZM koordinátarendszerének nullapontja M. 2.4. ábra. A munkadarab, a szerszámgép és a szerszám koordináta-rendszere A pozícionálási folyamatokat az NC- vezérlés a gépi koordináta-rendszerben nyitja. A tényleges szánhelyzetet nyilvántartó regiszterek a szánrendszer kitüntetett pontjának, az F vonatkoztatási pontnak a koordinátáit (az MF távolság összetevıit) tartalmazzák. A technológus a megmunkálási programban a P programozott pont koordinátáit (vagy elıjeles elmozdulásnövekményeit) írja elı. altánosságban az F pont koordinátái az M kezdıpontú rendszerben három részbıl állnak (2.5. ábra): MF = MW + WP + PF, ahol az MW távolság X, Y, Z irányú derékszögő összetevıi az ún. nullapont-eltolási értékek; a WP távolság X, Y, Z irányú összetevıit a vezérlıszalag tartalmazza (ezek a program geometriai adatai); a PF távolság X, Y, Z irányú összetevıi a szerszámkorrekciós értékek, amelyeket a vezérlıpulton kell beállítani, NC- nél a korrekciós tárba beírni.) A hibátlan gyártáshoz biztosítani kell a munkadarab és a gépi koordinátarendszer azonosságát, ennek feltétele a koordinátairányoknak és a nullpontoknak az azonossága. 8

2.5. ábra A koordinátarendszerek és jellegzetes pontok (M, W, P, F) értelmezése 2.6. ábra. A munkadarab koordinátarendszere A programozás egyik alapelve: 1. mozgó szerszám-nyugvó munkadarab, amelynek segítségével két egyszerő iránymeghatározási szabályt alkothatunk: azon koordinátatengelyeknél, amelyek irányában a szerszám végzi a mozgást, a gépi és a munkadarab-koordinátarendszer tengelyeinek iránya megegyezik; azon koordinátatengelyeknél, amelyek irányában a munkadarab végzi a mozgást, a gépi és a munkadarab-koordinátarendszer tengelyeinek iránya ellentétes. A gépi koordináta-rendszer irányait a gép tervezésekor, illetve a vezérlırendszer illesztése során valósítják meg, így tehát adott. Milyen elhelyezkedéső koordináta-rendszerrel célszerő a gépet tervezni, a vezérlést illeszteni? Tekintsük a szerszámgép munkaterét egyetlen tér-nyolcadnak. A bal és jobb sodrású rendszer együttesen 8x3x2 = 48 lehetıséget ad. Bár a gép és a vezérlés szempontjából szinte közömbös, hogy melyiket választjuk, programozáskor sok nehézséget okozna a gépenként más és más módon elhelyezett koordináta-rendszer. Az 1968-ban átdolgozott VDI- javaslat és az ISO/R 841, továbbá az MSZ 7789 a 2.6. ábra szerinti jobb sodrású XYZ rendszert rendel a munkadarabhoz. A másodlagos mozgásokat rendre U, V és W, a harmadlagos mozgásokat P, Q és R jelöli. 9 2.7. ábra. Eszterga koordináta-rendszere Másik fontos alapelv: 2. a Z tengely iránya mindig a szerszám fı mozgási (támadási) irányába mutat. Az 1. és 2. alapelv ismeretében bármely szerszámgép koordinátatengelyirányait meg lehet határozni.

Eszterga koordinátatengelyei láthatók a 2.7. ábrán, ahol a munkadarab koordinátarendszerét XZ-vel, a szerszámgép koordináta-rendszerét pedig X'Z'-vel jelöltük. a) 2.8. ábra. Fúrógép koordináta-rendszere Hasonló módon szemlélteti a 2.8. ábra a fúrógép koordináta-rendszerét. A 2.8. a ábrán a gép és a koordináta-rendszerek láthatóak, míg a 2.8. b ábrán a munkadarab a saját koordinátarendszerében látható. Ez a fúrógép függıleges orsójú síkmarógépnek is tekinthetı, ezért a marógép koordináta-rendszerét is tanulmányozhatjuk az ábrán. A szerszámmarógépek kissé eltérnek a marógépektıl, mert a gerendán lévı fıorsó lehet vízszintes vagy függıleges, továbbá a gerenda az egyik mozgást is elvégzi (Z tengely). Ez a 2.9. ábrán látható, amely a vízszintes konzolos NC- marógép koordinátairányait is tartalmazza, a különbség annyi, hogy a +Z' irányba megfordul. Függıleges portálfúrógép, illetve portálsíkmarógép koordinátatengely-irányait szemlélteti a 2.10. ábra. Megmunkálóközpontok koordináta-rendszerei esetén a két fontos alapelv érvényben marad, de megjelenik a többoldalas megmunkálási lehetıség. Ilyenkor a G17, G18, G19 megmunkálási síkokat és a fıorsó tengelyirányait is váltani lehet, ami a koordináta irányok megváltoztatását jelenti. Ugyancsak belépnek a másodlagos, esetleg harmadlagos mozgások, tehát a háromtengelyes megmunkálás mellett a négy- és öttengelyes megmunkálás is elıfordulhat. A 2.11. ábra egyszerő megmunkálóközpont koordinátatengelyeit szemlélteti. Mivel a gép ún. mozgótornyos, a Z és Y tengely irányában a gépi és a munkadarab-koordinátairányok megegyeznek. 2.9. ábra. Szerszámmarógép koordinátatengelyei 2.10. ábra. Kétoszlopos függıleges fúrógép és marógép mozgásirányai 10

2.11. ábra. Megmunkálóközpont mozgásirányai 2.3 NC-gépek jellegzetes pontjai A megismert három koordináta-rendszer kezdıpontjának (nullapontjának) viszonya a gép pontos mőködésének feltétele. Ez a három pont a következı. A gépi nullapont az irányítórendszer méréstartományán belül elektronikusan beállítható pont, amely a mőködı rendszer mérési bázisa (a gép koordinátarendszerének a kezdıpontja). Jellege szerint a vezérlés lehet: lebegı nullapontos vezérlés, amikor a gépi nullapont a szerszámgép mozgástartományán kívül esı elméleti pont, a gépi koordináta-rendszer origója; fix nullapontos vezérlés (ez a gyakoribb), amikor a gépi nullapont a mozgástartományon belüli, rögzített pont, és egybeesik a referenciaponttal. A referenciapont az NC- szerszámgép mozgástartományán belül villamos helyzetkapcsolókon keresztül rögzített pont, ahova a számokat vezérelve a vezérlés mérırendszere felveszi a gépi nullaponthoz viszonyított koordinátaértékeket. Az NC- szerszámgépek vezérlırendszerének bekapcsolásakor a vezérlés értéktárolói üresek, nullát vagy valamilyen állandó számértéket tartalmaznak. A szánok bármilyen helyzetében kapcsolják be a vezérlırendszert, az értéktárolóban, illetve a kijelzıben mindig ugyanazok az értékek jelennek meg. Az NC- szerszámgép ebben az állapotban nem alkalmas az üzemszerő mőködésre. Bekapcsolás után elıször a referenciapontra kell vezérelni a szánokat, hogy a mérırendszer felvehesse a gépi nullapontokhoz viszonyított koordinátaértékeket, és azokat az útértéktárolóba beírhassa. A referenciapontról való távozás után a mérırendszer és a szabályozókörön keresztül a szerszám beállított élpontja a gépi koordináta-rendszerben megadott koordinátaértékekre áll. A referenciapontra állás külön üzemmód, minden NC- szerszámgépen megtalálható. A fix nullapontos és a lebegı nullapontos vezérlés gépi nullapontját a 2.12. ábra szemlélteti. A lebegı nullapontos vezérléskor az X tárolóba az x referenciaérték, míg a Z 11

tárolóba a z referenciaérték íródik. Ez a folyamat zajlik le fix nullapontos vezérléskor is, de itt a tárolók nullázódnak, mivel a z: referencia = x referencia = 0. Mozgástartomány Mozgástartomány 2.12. ábra. Vezérlés és referenciapont a) lebegı nullapontos vezérlés; b) fix nullapontos vezérlés Mozgástartomány a) b) 2.13. ábra. Méretmegadás a) lebegı nullapontos; b) fix nullapontos vezérlés esetén A gépi nullapont felvétele után a tárolt, ill. a kijelezhetı koordinátaértékeket különbözı megmunkálási helyzetekben a 2.13. ábra szemlélteti. Az irányítástechnikailag szükséges gépi nullapont programozása nagyon körülményes. Megmunkálóközpontokon, ha a gép szerszámcserélıvel és asztalcserélıvel van felszerelve, akkor nem egy gépi nullapont van, hanem több. Másodlagos nullapont a szerszámcserélés, harmadlagos nullapont az asztalcserélés nullapontja. Elsıdleges gépi nullapontból - szintén a megmunkálóközpontokra jellemzı - többet lehet meghatározni. Ez a többoldalas, illetve több nullapontos munkadarabok megmunkálása esetén fontos. A munkadarab-nullapont a programozás során alkalmazott pont, amely a munkadarab koordináta-rendszerének kezdıpontja. A munkadarab koordinátarendszerét a programozó határozza meg (irányai a jobbkéz-szabály szerintiek) úgy, hogy a munkadarab természetes (rajz szerinti) méretei legyenek a koordinátaértékek. Az ilyen nullapont-elhelyezés nagymértékben könnyíti a programozó munkáját. Ellenkezı esetben a méreteket át kell számítani és ez hibalehetıséget jelent. 12

2.4 Nullponteltolás, nullpont felvétel A munkadarab-nullapont és gépi nullapont közötti kapcsolat a 2.14. ábrán látható. A gépi és a munkadarab-koordinátarendszer közötti eltérés x és z koordinátánként állandó érték. A vezérlés géprendszere a gépi koordináta-rendszerben dolgozik, a program geometriai adatait a munkadarab-koordinátarendszerben határozták meg, ezért a x és a z értékek az ún. nullapont-eltolási értékek. Ezeket az értékeket a vezérlés hozzáadja a programozott - a munkadarab-koordinátarendszerében meghatározott - koordinátaértékekhez (x1, x2, z1, z2). A nullapont-eltolási értékek a nullaponttárolókba (regiszterek) lesznek beírva. Régi KNCvezérlés esetén ezt a mőveletet kézi adatbevitellel, dekádkapcsolókkal lehetett elvégezni (ez volt az aritmetikai nullapontmegadás). A mai CNC- vezérléseknél címezhetı regiszterek tartalmazzák a nullapont értékeit. A regiszterek tartalmát a programból írhatjuk át. A nullapont-eltolási programmondat beolvasása nem eredményezi a szán mozgását, hanem csak a regisztertartalom átírását, amelynek megfelelıen a szán az elsı mozgási utasítást tartalmazó mondat végrehajtása során mozog (ezt nevezzük transzformációs nullaponteltolásnak). 2.14. ábra. Nullaponteltolás 2.15. ábra. Nullaponteltolás ismétlıdı alakzatok esetén A nullaponteltolás segítségével a programozási munka egyszerősíthetı: ismétlıdı alakzatok programozása, simítási ráhagyások létrehozása, több azonos munkadarab (készülék) egy asztalra rögzítése esetén. Ha egy alkatrészen azonos geometriai alakzatok találhatók, akkor a megmunkáláshoz nem kell újra és újra elkészíteni a megmunkáló programot, hanem elegendı az alakzatok közötti távolságot meghatározni, ezeket elıjelhelyesen nullaponteltolásként értelmezni. A 13

nullaponteltolás után a 2.15. ábra szerint a W munkadarab-nullapontból megírt programot a W2 nullaponttól meg kell ismételni, így a programozás lényegesen egyszerősíthetı. A nullapont-beállítás sikeresen alkalmazható simítási ráhagyáshoz. A 2.16. ábrán a nagyoláskor a simítási ráhagyásnak megfelelı x és z nullaponteltolással esztergálható a munkadarab, majd a nullapontot az eredeti helyre visszatolva a simítás elvégezhetı. 2.16. ábra. Két befogókészülékes marógépasztal 2.17. ábra. Nullaponteltolás simítási ráhagyáshoz Wn a nagyolás nullapontja; Ws a simítás nullapontja Ha több, kisebb mérető és rövid megmunkálási idejő munkadarabot kell készíteni, akkor ugyanazzal a programmal munkálhatók meg úgy, hogy mindegyikhez saját nullapontot rendelünk hozzá (2.17. ábra). Nullapontfelvétel. Az NC- gép bekapcsolásakor a regiszterek tartalma és a szánok tényleges helyzete között nincs azonnali és közvetlen kapcsolat, ezért a regiszterek tartalmát és a tényleges szánhelyzetet egyeztetni kell. Ezt a tevékenységet nevezzük nullapontfelvételnek (gépi nullapont). A szerszámgép szánjait automatikusan, vagy kézi vezérléssel célszerően választott, vagy a gép szerkezeti kialakítása által megadott helyzetbe visszük, majd ebben a helyzetben a regiszterekbe automatikusan, vagy kézi adatbevitellel alkalmasan választott értékeket írunk be. Esztergán fix nullapontos vezérlés esetén a nullapontfelvétel a koordinátairányonkénti referenciapontra állást jelenti. Lebegı nullapont esetén a szán bármely pozíciójában felvehetjük a gépi nullapontot, csak az adott helyen nullázni kell az elmozdulásregisztereket koordinátairányonként. Marógépekhez a módszer azonos az esztergánál ismertetett folyamattal, csak a koordinátairányok száma lehet több. Megmunkálóközpontokon, ahol szerszámcserélı és esetleg asztalcserélı is van, több gépi nullapont is lehet. Az elsıdleges nullapont (amit eddig megismertünk) mellett megjelenik a másodlagos és a harmadlagos nullapont is. A másodlagos nullapont a szerszámcserélés pozíciója, a harmadlagos nullapont az asztalcserélési pozíció. Mindezek a helyek rögzített értékek, melyekre az üzemelés közben szükség van. A munkadarab nullapontjának a beállítása az a nullaponteltolás, amelynek az elméletét már ismerjük. A gépi nullapont a munkadarab nullapontjába csak akkor helyezhetı át, ha a munkadarab nullapontjának a helyét a gép munkaterében megkeressük. Ez két módon lehetséges: a munkadarab-befogó készülék nullapontjának megérintésével (közvetlen vagy közvetett módon); a befogott munkadarab megérintésével. 14

Az eszterga befogókészüléke többnyire esztergatokmány, így valamelyik ütközési bázisát lehet nullapontként felhasználni (2.18. ábra). 2.18. ábra. Nullapont az ütközési felületen 1 fıorsó; 2 fıorsóperem; 3 központosító kúp; 4 tokmány; 5 ütközési bázis; M a gép koordináta-rendszerének nullapontja; XM, ZM a gép koordináta-rendszerének tengelye (ebben dolgozik a gép); W a munkadarab koordinátarendszerének nullapontja; XW, ZW a munkadarab koordináta-rendszerének tengelye Az ütközési bázist a szerszámtartóba befogott és ismert mérető szerszámmal kézi üzemmódban érintjük (általában inkrementálisan 1 mm-es, 0,1 mm-es vagy 0,01 mm-es lépésekben) és amikor befejezıdik, a méretkijelzın szereplı érték lesz a nullaponteltolás értéke. Az ábrán ez z (amit a vezérlésbe kell beírni). A másik irányban a forgástengelyt kell megkeresni, pl. ismert mérető munkadarab befogásával és átmérıjének megérintésével. Ha a nullapont a munkadarab homlokfelületén van (2.19. ábra), akkor a munkadarab hosszméretét megtestesítı mérıhasábot kell az ütközési bázishoz támasztani, és azt kell az elıbb leírt módon megérintve a munkadarab nullapontjának rögzíteni. Marógépen a gép asztalára felfogott munkadarab, vagy a munkadarab-befogó készülék nullapontját kell megkeresnie a gépkezelınek. A legegyszerőbb és leggyorsabb nullapontkeresı eszköz a nullapont-indikátor. Az indikátor két részbıl álló tüske, amely a fıorsóba van befogva (2.20. ábra). A két részt rugó fogja össze. A két rész egytengelyőn forog. Amikor az indikátor megérinti a munkadarab valamely ismert felületét, akkor az alsó rész a felsıhöz képest határozottan eltolódik, és a köszörült felületen megfigyelhetı fénycsíkok megtörnek. Az ábrán az X irány érintése látható 10 mm-es nullapont-indikátorral, a fıorsó pozíciója az érintéskor tehát x 5. 2.19. ábra. Nullapont a munkadarab homlokfelületén 2.20. ábra. A nullapont indikátor Az Y irányt hasonlóan kell bemérni. A harmadik, a Z tengely irányában is fel kell venni a nullapontot: a fıorsóba befogott szerszámmal és a munkadarab felületének megérintésével, vagy 15

a fıorsó homloksíkjának felhasználásával. A fıorsóba befogott szerszámmal megérintjük a munkadarab felületét (2.21. a ábra), majd a Z tengelyt nullázzuk. Ennek a szerszámnak tehát a hosszát nullára vettük. A módszer gyors és jól használható, ha csak egy szerszámmal dolgozunk. b) a) c) 2.21. ábra. a) Nullapontfelvétel érintéssel; b) több szerszám esetén; fıorsóval c) mérıhasáb alkalmazásával; Több szerszám esetén mindegyik szerszámmal meg kell érinteni a munkadarabot, de az elsı szerszám (vezérszerszám) után a Z tengelyt nullázzuk, a többi szerszám esetén az érintési pozíciónak az értékeit (amelyeket a kijelzı mutat) kell a szerszámhossz korrekciós tárába beírni (2.21. b ábra). A módszer hátránya, hogy ha a vezérszerszám mérete változik, az összes szerszám méretét módosítani kell. Szerszám nélkül a fıorsó homlokfelületét (a szerszám ütköztetési bázisát) hozzuk kapcsolatba a munkadarab felületével, pl. 50 mm-es mérıhasáb alkalmazásával (2.21. c ábra). 2.5 Szerszámkorrekció A programozott útinformációk a szerszámmérettıl függetlenek, mivel a program írásakor csak a szerszám típusát határozzuk meg, a méreteit nem (vagy csak részben) ismerjük. A vezérlésnek azt a szolgáltatását, hogy a szerszám tényleges (valóságos) méreteit vegye figyelembe, szerszámkorrekciónak nevezzük. A szerszámkorrekció lehet: szerszámméret-korrekció, amely a szerszámnak a programozás szempontjából jellegzetes hossz- vagy sugárirányú méretével azonos nagyságrendő; szerszámkopás-korrekció, amely a szerszám kopását veszi figyelembe és legfeljebb 1 mm nagyságú. A szerszámméret-korrekció során a szerszámok méreteit megmunkálás elıtt közöljük a vezérléssel, és így az útinformációk számításához nem kell figyelembe venni e méreteket, vagyis a programban az elkészítendı munkadarab kontúrját írhatjuk le. Fúrógépeken és fúró-maró mőveken a furatok megmunkálásához célszerő szerszámhosszkorrekció elvét szemlélteti a 2.22. ábra. 16

a) a) számpélda; b) elvi ábra b) Sorszám Abszolút Növekmény 1. gép 2. gép 3. gép 1 70 220-90 2 20 170-50 3 90 240 +70 2.22. ábra. Szerszámhossz-korrekció forgó szerszámos gépen Az ábrán számpélda is látható három különféle gépre, de ugyanannak a munkadarabnak a megmunkálására. Az 1. gép abszolút programozású, szerszámhossz-korrekciós. A programozott pont a P1 szerszámcsúcs. A 2. gép szintén abszolút programozású, de itt nincs hosszkorrekció, ezért a P2 programozott pont nem a szerszámon, hanem az orsó F homlokfelületén van. Ha meggondoljuk, hogy egyetlen munkadarabhoz általában több, különbözı hosszúságú szerszám kell, akkor nyilvánvaló a hosszkorrekció elınye; a programozónak nem kell számolnia a szerszámonként változó hosszméretekkel. Természetesen a szerszámok hosszméretét megmunkálás elıtt közölni kell a vezérléssel. Az ábra szerinti 3 gép növekményes programozású. Több egymást követı szerszám használatakor - ha a szerszámhosszak különbözıek, és nincs korrekciós lehetıség - növekményes méretmegadás esetén az egymást követı szerszámok hosszeltérését kell figyelembe venni az útinformációk számításakor, mert a hosszeltérések befolyásolják a szerszámváltás (vagy csere) után megteendı elsı útszakasz nagyságát. A különbözı hosszúságú szerszámok hosszméretébıl adódó méreteltérések kiküszöbölésének másik elvét a 2.22. b ábra szemlélteti. A programozó minden szerszámnál azonos L hosszat vesz figyelembe (pl. a leggyakrabban szükséges szerszámok hosszát). A tényleges és a programozásnál figyelembe vett értek különbségét a vezérléssel közli, irány és nagyság szerint. Esztergán a szerszámméret-korrekció hossz- és keresztirányban egyaránt értelmezhetı. A 2.23. ábrán az 1. gép abszolút programozású, szerszámméret-korrekciós, tehát a P, szerszámcsúcs a programozott pont. A 2. gépen nincs korrekciós lehetıség (ma már ilyen vezérlés nincs, de a példa jól szemlélteti a korrekció elınyét), ezért pl. a P2 revolverfejközéppontot kell programozni. A 3. gép növekményes programozású (lebegı nullapontos). 17

2.23. ábra. Szerszámméret-korrekció esztergán Sorszám Abszolút Növekmény 1. gép 2. gép 3. gép X Z X Z ± X ± Z 1 140-190 - +40-2 - 82-567 - -128 3-30 - 515 - -52 4 154-204 - +7-5 - 300-785 - +270 6 60-110 - -47 - Minden mozgásszakaszra csak azt az útinformációt adtuk meg, amelyik irányban az elmozdulás történik, továbbá abszolút programozásnál keresztirányban átmérıméreteket írtunk elı (az ábrán a 6. pont az indulási hely). Az esztergák vezérlıberendezéseinek egy részénél szintén elterjedt a különbözı mérető szerszámok eltéréseinek, a 2.22. b ábra szerinti korrekciós kiküszöbölése, azzal a különbséggel, hogy a programozott pontot az alapszerszám csúcspontjában célszerő felvenni. Marógépeken a szerszámpálya függ a marószerszám átmérıjétıl. Ha a vezérlés szerszámméret-korrekciós, akkor a munkadarab méreteit lehet programozni. A vezérlés a beállított korrekció értékének és a programban elıírt elıjelének figyelembevételével határozza meg a szerszámpályát. W 2.24. ábra. Marógépek szerszámsugár-korrekciója Ha a vezérlésnek nincs korrekciós lehetısége, akkor a négyszög ciklusmarást kell megadni (2.24. ábra). A szerszámmozgást a szerszámközéppont elmozdulásával programozzuk. Az 1. pont az alakzat bal alsó sarkától egyaránt balra és lefelé egy-egy szerszámsugárnyira van. Koordinátaértéke: x = x1 - R; y = y1 - R. A szerszám 2. pontba mozgása közben megmunkálja a téglalap alakzat alsó élét. A célhelyzet: X 18

x = x2 + R; y = y1 - R. A szerszám a valóságban: L = x2 x1 + 2R utat tett meg. Az alakzat körüljárása során a szerszám a 3 pontba kerül, amelynek koordinátája: x = x2 + R; y = y2 + R. A megmunkálás befejezıdik, amikor a szerszám a 4 ponton, az x= x1 R; y =y2 + R ponton keresztül a kiinduló 1 pontba visszatér. Ha a 2.24. ábrán látható abszolút programozású, szerszámméret-korrekciós vezérléssel kell megvalósítani, akkor az ábra szerint x1, x2, y1, y2 méreteket kell megadni. A korrekciós igények: +R, -R, 0. Növekményes méretmegadás esetén az indulási és érkezési bázis közötti távolságot kell elıjelhelyesen elıírni. A 2.24. ábra jelöléseivel és azzal a megjegyzéssel, hogy az indulás és befejezés a koordináta-rendszer W pontjában van, az elıírandó koordináták: W: x = 0; y = 0; 1: x = x1 - R; y = y1 - R; 2: x= (x2-x1)+2 R; y = 0; 3: x = 0; y= (y2-y1)+2 R; 4: x= -[(x2-x1)+2 R]; y= 0 1: x=0; y= -[(y2-y1)+2 R]; W: x = -(x1 R); y = -(y1 R); Az indulási és érkezési bázis értelmezése látható a 2.25. ábrán. A bázisokhoz képest indulásnál is, érkezésnél is három különbözı helyet foglalhat el és ettıl függıen változik a szerszámközéppont által megtett útszakasz nagysága: L, L + R, L - R, L + 2R, L - 2R. 2.25. ábra. Az indulási és érkezési bázis értelmezése A korrekció megadásának többféle módja lehet: A korrekció a megtett útszakasz és a programozott bázistávolság különbségeként számítható (2.26.a ábra); A korrekció a szerszámközéppont érkezési helyzetétıl függ (bázis elıtt R, bázison 0, bázison túl +R), ahogyan a 2.26. b ábra szemlélteti; Korrekcióként azt kell megadni, hogy a szerszám az érkezési bázison, felette vagy alatta, illetve annak jobb vagy bal oldalán foglal-e helyet, függetlenül a mozgásiránytól (2.26. c ábra). A korrekció önkéntes jelei: 0, 1, 2. Egyszerően belátható, hogy a korrekcióval dolgozó marógépekkel (természetesen az esztergákkal is) a nagyolás és a simítás ugyanazon útinformációkkal (programmal) végezhetı, csak a korrekciós értékeket kell megváltoztatni a simítási ráhagyásnak megfelelıen. 19

2.26. ábra. Korrekció meghatározása a) a megtett útszakasz és bázistávolság különbségeként; b) a szerszámközéppont érkezési helyzete szerint; c) az érkezési bázishoz viszonyított helyzet szerint Csúcssugár-korrekció. Az eddigiek során pl. esztergáláskor feltételeztük, hogy a programozott pont a szerszám csúcspontja. Ha mérımikroszkóp segítségével megvizsgáljuk a szerszám csúcsát, akkor a 2.27. ábrán vázoltakat látjuk. x 1 y x y 4 2.27. ábra. A szerszámsugár 2.28. ábra. A programozott pont vezetése a tengelyekkel párhuzamosan 20

a) 2.29. ábra. Profilhiba a) kúpesztergálás; b) körív esztergálása esetén b) Egyszerő, a koordinátatengelyekkel párhuzamos körvonalak programozása esetén általában elegendı, ha a P pont pályáját számítjuk ki (2.28. ábra). Mivel a szerszámél alakmeghatározó érintıi az X, illetve a Z tengelyekkel párhuzamosak, a P pont pedig a két egymásra merıleges érintın fekszik, a P pont pontosan az egyenes munkadarab-útvonalon mozog. Kúp vagy körív megmunkálása esetén a P pont programozásával a munkadarab kontúrján torzulások lépnek fel (2.29. ábra). Az adott forgácsolási elıtolásnak a koordinátatengelytıl való elhajlása szerint a hiba kisebb vagy nagyobb lesz. A legnagyobb eltérés az elıírt profiltól 45 -os kúp esztergálásakor lép fel, mert itt van a P programozott pont a legtávolabb a forgácsolóponttól (2.30. ábra). b = PS R 21 max 2 2 PS = R + R = b b max max R = R 2 R = R( = 0, 42 bmax R 2 2 1) ahol a maximális hiba; PS a programozott pont és a szerszámsugár-középpontjának távolsága; R a szerszám lekerekítési sugara. A hibák miatt a pályamozgások programozása során a P pontot programozni nem szabad. Ehelyett inkább olyan ponttal kell számolni, amely a szerszám forgácsolópontjától mindig azonos távolságra van. Ez a pont a csúcssugár középpontja (2.30. ábrán az S pont). 2.30. ábra. A hiba meghatározása Mivel különbözı csúcssugarú szerszámokkal dolgozhatunk, a csúcssugárral eltolt kontúr kezeléséhez (pályaadatok meghatározásához) a vezérlésnek szüksége van az R csúcssugár értékére. Ez a csúcssugár-korrekció, amelynek elsısorban a pályavezérléseknél van jelentısége. A csúcssugárral eltolt pályát nevezzük egyenköző vonalnak (eqvidisztansnak). A szerszámkopás-korrekció a szerszámok kopásából és a beállítási pontatlanságokból adódó méretváltozások kompenzálását teszi lehetıvé. Elsısorban simítószerszámokhoz indokolt. Például külsı hengeres felületnél legyen: x P a programban elıírt és megvalósítani kívánt sugárérték, D m megmunkálás után a munkadarabon mért átmérıérték; akkor a kopáskorrekció értéke: Dm xk = x p 2 A kopáskorrekció láthatóan elıjeles érték. Ha Dm nagyobb, mint 2 x P, akkor negatív elıjelő lesz. A gyakorlatban a kopáskorrekciót növekményes méretmegadással veszik figyelembe. Beadáskor a szerszámméret-korrekciós tár tartalmát módosítja.

2.6 Jellegzetes mozgástípusok útinformációi A jellegzetes mozgástípusok azok a vezérlések által megvalósítható geometriák, amelyek elsısorban a hagyományos NC- vezérléseknél fordulnak elı. Ezeket a vezérléseket aszerint csoportosítottuk, hogy mőködésük közben milyen jellegő elmozdulásokat tudnak létrehozni (2.34. ábra). Pontvezérlés esetén megmunkálás csak a koordináta-rendszer adott pontjában folyik. Két pont közötti mozgatás az alapmeghatározás szerint csak a tengelyekkel párhuzamosan lehetséges. Szakaszvezérlés esetén már a tengelyekkel párhuzamos mozgás mentén is lehetséges megmunkálás. A szerszámgép mechanikai felépítése szempontjából van, a vezérlés szempontjából nincs különbség pont- és szakaszvezérlési feladat megvalósítása között. A kiterjesztett szakaszvezérlés esetén már a tengelyekkel szöget bezárva, lineáris matematikai feladatnak megfelelıen is végezhetünk megmunkálást. Ehhez a vezérlésben már lineáris interpolátorra van szükség. A pályavezérlés megfelelı szerszámgépek esetén a tengelymozgások között másod- vagy magasabb fokú összefüggések létrehozására is képes. A gépipari gyakorlatban másodfokú görbékkel általában minden munkadarabkontúr leírható, illetve elıállítható. 2.31. ábra. A pontvezérlés mozgásviszonyai 2.32. ábra. A kibıvített szakaszvezérlés mozgásviszonyai 2.33. ábra. A pályavezérlés mozgásviszonyai Ha a tárgyalt mozgásokat jellegzetes fıtípusokra vetítjük, akkor az alkalmazásokat kapjuk. Pontvezérlés esetén az útinformációkat egy méretszóval (X vagy Y) kell megadni. A viszonyokat az XY síkban vizsgáljuk, de az elmondottak értelemszerően vonatkoznak az XZ és az YZ síkokra is. A mozgásokat a 2.32. ábra tartalmazza. A P1 pont az indulási pont, a P2 pont a célhelyzethez (P3 pont) tartozó ponttal azonos x értékő közbensı pont. A P3 pont a célhelyzet. 22

Szakaszvezérlés esetén az útinformációkat csak egyetlen (X vagy Y) méretszóval szabad megadni. A mozgások tehát azonosak a 2.32. ábrán látható mozgásokkal. Kibıvített szakaszvezérlés esetén általában lineáris interpoláció programozható. Ilyenkor a programmondat két méretszót (X és Y) tartalmaz. A kívánt elmozdulás a ux és vy sebességő mozgások eredıje. A mozgásviszonyokat a 2.33. ábra szemlélteti. A P1 pont az indulási helyzet, a P2 pont a célhelyzet. Az adott meredekségő egyenes létrehozása az interpolátor feladata, amely az elıtolás ismeretében meghatározza a ux és vy sebességeket úgy, hogy az érkezési pont a P3 legyen. Pályavezérlés esetén általában lineáris és körinterpoláció programozható. Az X, Y, Z tengelyekhez rendre az I, J, K interpolációs adatok tartoznak. Háromnál több tengelyes megmunkálás esetén (megmunkálóközpontok) az X, Y, Z tengelyekhez tartoznak még tengelyforgatási adatok is. Ezeket rendre A, B, C-vel lehet jelölni. A pályavezérlés mozgásviszonyait a 2.34. ábra szemlélteti körinterpolációs példa alapján. Körinterpolációhoz meg kell adni az interpolációs adatokat is. Ezek értelmezése vezérléstıl függıen változik. Az ábrán két értelmezés is látható. Az egyik értelmezés szerint az interpolációs útadat X irányban az I1 pont, amely a R körközéppont és a mozgás P1 kezdıpontja közötti távolság. Ugyanez Y irányban J1. Másféle vezérlésekhez a kör középpontjának koordinátáit kell megadni interpolációs útadatként. Ez itt I2 X irányban és J2 Y irányban. Körinterpoláció esetén tehát négyzetadatot kell programozni (X, Y, I, J). Lehetıség van az a szög programozására is, ahol α radiánban van. 23

Vezérléstípus Mozgásviszony Szerszám Alkalmazás Pontvezérlés Pozicionálásnál a szerszám nincs fogásban Fúrás Ponthegesztés Interpolátor nem szükséges Szakaszvezérlés Két pont közötti megmunkálás is lehetséges Esztergálás (palást)marás (a tengelyekkel párhuzamosan) Interpolátor nem szükséges Kiterjesztett Szakaszvezérlés Megmunkálás a két tengellyel szöget bezárva, szakaszok) Esztergálás (kúpos) Marás (tetszıleges egyenes) Pályavezérlés Hajtómővonszolással vagy lineáris interpolátorral Megmunkálás tetszıleges görbe mentén Esztergálás Marás Lángvágás (tetszıleges kontúr mentén) Pályainterpolátor (2. fokú függvény szerint) 2.34. ábra. Vezérlésfajták és az általuk megvalósítható mozgásviszonyok Vezessük be a következı jelöléseket: P Point (pontvezérlés), L Line (szakaszvezérlés), C Contur (pályavezérlés). Ezek után néhány alapvetı géptípus vezérlése a következı (a számok a különbözı koordináták mentén vezérelt mozgások számát jelentik): fúrógépek: 2P vagy 2P+ L, marógépek: 2L vagy 3L vagy 2C + L, esztergák: 2L vagy 2C, megmunkálóközpontok: 2P + L vagy 2C + L vagy 3C + L vagy 4C vagy 5C. A 2.31. ábra segítségével tekintsük át a mozgásviszonyokat. 24

Gép Vezérlés X Y Z I J K Fúrógépek 2P 2P + L Marógépek 2L Esztergák 3L 2C+L 3C 2L 2C 2.35. ábra. Jellegzetes géptípusok és a pozicionális módok útinformációi A 2.35. ábra összefoglalja, hogy a jellegzetes géptípusokhoz milyen útinformációk megadására van szükség. Interpoláció. Az interpolátor feladata az egyidejő elmozdulások közötti függvénykapcsolat létrehozása. Alkalmazásával az egyenesbıl és körívekbıl felépített kontúr követhetı a szerszámmal. Az interpolátorral szemben támasztott követelmények: jól közelítse meg az elıírt kontúrt, a létrejövı mozgatási sebesség széles határok között legyen változtatható, a programozáshoz szükséges adatok száma kevés legyen, a kitőzött végpontot pontosan érje el. E követelményeknek a digitális elven mőködı, a sebességkomponensek numerikus integrációján alapuló DDA- (Digital Differential Analizer = digitális differenciák analízise) interpolátor felel meg. A DDA-interpolátor az egyenes tengelyek mentén mozgó szánok hajtómővei számára külön-külön hajtásimpulzusokat állít elı. Egy hajtómő egy impulzus hatására egy növekménnyel (inkremenssel) mozdítja el a szánt. Meghatározott idıegység (pl. 1 ms) alatt kiadott impulzusok száma megfelel az adott tengely menti mozgatási sebességnek (pl. 1 inkremens = s; s = 1 µm; 1 ms alatt kiadott impulzusok száma az x tengely mentén 103 akkor az x tengely mozgási sebessége 103 µm/1 ms; átszámolva ez 1 m/s). Ha több tengely hajtómővének azonos idıben adunk impulzusokat, akkor a tengelyekkel szöget bezáró ferde irányú mozgás jön létre. Elegendı rövid ferde szakaszt sorba főzve (meghatározható hibaeltéréssel) megközelíthetık az elıírt görbe kontúrfelületek. A gyakorlatban két kontúrelem-közelítés fontos, az egyenes interpolációja és a kör interpolációja. Lineáris interpoláció. Tételezzük fel, hogy a szerszámot a 2.36. ábra PA és PE pontjai közötti ferde szakaszon T interpolációs idı alatt kell végigmozgatni állandó elıtolási sebességgel. Ha T idıt N azonos t idıegységre bontjuk, akkor: n = = + + n xe x A y x f ( t ) x f ( n t) x A, = = + + E y A y f ( t) y f ( n t) y A 1 N 1 N T = N t t = N t ahol n = l...n. A koordinátaértékek tehát minden egyes összegzés után egy konstanssal, ún. interpolációs növekménnyel növekednek. Ezek a növekmények a 45 -os egyenes esetét kivéve különbözıek. 25

n = + n xe x A y xn x A = + E y A yn y A 1 N 1 N 2.36. ábra. Lineáris interpoláció elve ( PA kezdıpont; PE végpont) Cirkulációs interpolációt a körkontúrt megközelítı érintıegyenesek sorba főzésével valósítjuk meg. A mozgatás ez esetben is az idı függvényében történik. Ehhez az érintıirányú sebességkomponensek számítása ís szükséges: a 2.37. ábra alapján: X = xp+rcosφ és Y = yp+rsinφ A teljes kör elıállításához rendelkezésre álló idı a megadott állandó értéken tartandó pályairányú elıtolásból (sebességbıl) számítható: 2πR 2πT v = ;T = T v t ϕ = 2π így T, ahol t=0 T 2πt 2πt x f ( t ) = x p + R cos ; y f ( t ) = y p + R cos ; T T A további levezetést mellızve a lineáris interpolációhoz hasonló összefüggést kapunk. T = N t, t = n t ahol n = l...n. n x f ( n t ) y p n x f ( n t ) x x f ( t ) = x f ( n t ) +,y f ( t ) = x f ( n t ) + 1 N 1 N 2.37. ábra. Körkontúr (P A a kezdıpont; P a kör középpontja) Látható, hogy az interpolációs növekmény itt nem konstans, hanem a másik tengely irányában már megtett elmozdulás függvénye. A kör interpolálása lassú a sok aritmetikai mővelet miatt. Ennek kiküszöbölésére alkalmazzuk az interpolációs fıpontok számítását. A kört hosszabb szakaszokból álló húrokkal közelítjük meg, majd a húrokon lineáris interpolációt hajtunk végre (2.38. ábra). Ehhez elıször durva interpolációra, a húrok és a kör metszéspontjainak, az interpolációs fıpontoknak a számítására van szükség. A finom interpolációt már egy lineáris interpolátor is elvégzi a húrok által alkotott egyenes szakaszok mentén. Mindezen feladatokat a vezérlés automatikusan oldja meg, nem terheli a programozót. 26

b)az egyenes szakaszok felosztása a)a görbe felosztása egyenes interpolációs növekményekre szakaszokra 2.38. ábra. Kör közelítése fıpontok számításával és a közöttük végzett lineáris interpolációval a) durva interpoláció; b) finom interpoláció Sebességinterpoláció szükséges minden olyan feladat elvégzéséhez, amikor a szerszámmozgás és a munkadarab mozgása között kényszerkapcsolatot kell létesíteni. Legjobb példa erre a menetvágás NC-esztergán. Menetvágáskor a fıorsó fordulatszáma és a menetvágó szerszám elıtolása között szoros kapcsolat van: egy fıorsófordulat alatt a szerszám egy menetemelkedésnyi távolságot tesz meg. A feladatot a sebességinterpolátor úgy oldja meg, hogy a fıorsófordulathoz rendeli az elıtolási sebességet a következı összefüggés szerint: v = P n mm/min, ahol P a menetemelkedés, mm; n a fıorsó fordulatszáma, l/min. A sebességinterpolátor tehát meghatározza az n-hez tartozó v sebességet és ezzel a sebességgel indítja a szán mozgását. Az indítás pillanata a fıorsón lévı jeladótól függ, így a mozgás mindig ugyanakkor indul. Ebbıl következik, hogy a menetvágásnál a kés mindig ugyanabban a menetárokban halad. (Lásd még a menetvágás témakörében leírtakat!) A jelfeldolgozás sebessége és az útmérık felbontóképessége meghatározza a maximális szánsebességet, amelyet a vezérlı gépkönyve tartalmaz. 2.7 Útinformációk számítása pályavezérlés esetén A pályavezérléső NC-szerszámgépeken általában csak egyenes és körív menti elmozdulás programozható (néhány vezérlésnél lehetıség van parabola, hiperbola, sıt térgörbe menti elmozdulásra is, ezekkel azonban itt nem foglalkozunk). Kétdimenziós marás esetén a munkadarab kontúrja y = f(x), az esztergálásnál x= f(z) függvényekkel írható le. Ha a kontúr egyenes szakaszokból és körívekbıl áll, akkor az alkatrész lineáris és körinterpoláció programozásával elıállítható. Más jellegő függvénykapcsolat esetén az elıírt kontúrt egyenesekkel és körívekkel helyettesítjük. A helyettesítés során a közelítés hibája nem lépheti túl a megengedett tőrést (2.39. ábra). Az elıírt görbe helyettesíthetı szelıkkel, húrokkal, érintıkkel, simuló körökkel stb. Az adott sugarú kör z tőrése határozza meg, hogy milyen nagy lehet az a távolság. Az ábra jelöléseivel: 27

R2=b2+(R-z)2 vagyis R2=b2+R2-2Rz+z2 egyszerősítés után b2=2rz+z2; a b = t behelyettesítve a 2 ; a 2 2 = 2Rz + z 2 a2=8rz+4z2 a = 8Rz + 4z 2 2.39. ábra. A hiba értelmezése húrmódszer esetén a szakaszhossz; z tőrés A képletbıl a 4z2-es rész elhanyagolható, így az eredmény a = 8Rz. Legyen pl. az R = 100 mm, a z = 10 mm = 0,01 µm. Számoljuk ki az a távolságot: a = 8Rz = 8 100 0,01 = 2,83mm Ekkora távolságként kell interpolációs fıpontot képeznie az interpolátornak, ha a kört durva és finom interpolációval közelítjük. Ha az interpolátor másodpercenként pl. 50 fıpontot tud kiszámítani, akkor a legnagyobb elıtolási sebesség: 50 2,83mm mm vmax = = 141, 5 1s s Pályavezérléső esztergán, marógépen és megmunkálóközpontok marószerszámain a szerszámközéppont pályája a munkadarab körvonalától mindenütt a szerszámsugárral megegyezı távolságra van (2.40. ábra). Ezt a pályát egyentávolságú vonalnak nevezzük. Háromdimenziós pályavezérlés esetén a szerszámközéppont az egyentávolságú felületen halad. Az egyentávolságú vonal egyenes szakaszokból és körívekbıl áll, tehát a jellegzetes csatlakozások: egyenes egyenessel; egyenes körívvel; körív körívvel. A 2.40. ábrán az 1, 2, 3, 4 pontok a munkadarabkontúr jellegzetes pontjai, az A, B, C, D pedig az egyentávolságú vonal illeszkedési pontjai. 2.40. ábra. Az egyentávolságú vonal 2.41. ábra. Egyentávolságú vonal marásnál Marás esetén hasonlóan lehet értelmezni az egyentávolságú vonalat, amely a munkadarab kontúrjától R szerszámsugárral van távolabb (2.41. ábra). Az ábrán 1, 2, 3, 4, 5 és 6 a munkadarab programtechnikailag jellegzetes pontja. A vesszıvel jelzett pontokat kell 28