GÉPGYÁRTÁSTECHNOLÓGIA TANSZÉK CNC PRAKTIKUM A Gépészmérnöki szak szabadon választható modultantárgya ALAPISMERETEK ÉS CNC PROGRAMOZÁS Készítette: Konzulens: Gyukli Zoltán Mérnöktanár Kocsis Imre Fomérnök
- 1 - Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék... 1 1... Eloszó 3 2...Ajánlott irodalomjegyzék: 4 3...A CNC- technika és a szerszámgép 5 3.1. Bevezetés... 5 3.2. CNC gépek fo részei...10 4... A számvezérlés elve 17 4.1. Általános ismerteto...17 4.2. A CNC- megmunkálás megismerésének feltételei...20 4.3. Koordináta rendszerek...22 4.4. Vonatkoztatási pontok...28 4.5. A számvezérlésu gépek vezérlési rendszerei...30 5...A számvezérlésu gépek elvi muködése 34 5.1. Megmunkáló központok...36 5.2. Szerszámkezelés...38 5.3. CNC és DNC vezérlésu gépek...40 6...A CNC gépek szerszámozása 46 6.1. Szerszámanyagok...46 6.2. A szerszámok kialakítása...48 6.3. Szerszámválasztás szempontjai...49 7...A programozás általános alapjai 50 7.1. Elokészítés...50 7.2. Programnyelv szerkezete...51 7.3. Szabványos muvelet- elokészíto funkciók...54
- 2-7.4. Technológiai információk...69 7.5. Szabványos M (segéd) funkciók...71 7.6. Ciklusok, menetvágás, fúrás...74 7.7. Tervezorendszerek...78 7.8. Program javítása, mentés, dokumentálás...81 8... CNC gépek karbantartása 85 8.1. Üzembe helyezés...85 8.2. Karbantartás, javítás...86 9...Munkavédelmi eloírás 89 10.Irodalomjegyzék...92
1. Eloszó - 3 - A CNC PRAKTIKUM c. tantárgy programja A tantárgy legfontosabb adatai A tárgy a Gépészmérnöki szak szabadon választható modultantárgya a nappali tagozaton, amely magyar nyelven kerül eloadásra. A CNC praktikum c. tárgy oktatásának célja, hogy megismertesse a hallgatókat a számjegyvezérlésu megmunkáló és méroberendezések fontosabb tulajdonságaival, muködésével, programozásával, használatával, pontossági ellenorzésével. Segítséget nyújt a hibadiagnosztikában és megoldásban. Lehetové teszi az alapveto de egyben speciális munkavédelmi ismeretek elsajátítását. A tárgy egy féléves, heti óraszáma: 4 óra laborgyakorlat. A hallgatók otthoni munkája egy alkatrész két dimenziós CAD modelljének elkészítésébol és egy- egy alkatrész megmunkáló programjának megírásából áll. Az otthoni munka heti 4 órát igényel. A tárgy számonkérése folyamatos, gyakorlati jeggyel zárul. A gyakorlati jegy megszerzésének feltétele: a gyakorlatokon való aktív részvétel, az órák anyagából megírt két ZH sikeres megírása, a CADmodell, valamint a megmunkáló program megfelelo szintu elkészítése A tárgy 2,5 kredit pontos. A tárgy oktatásának feltételrendszere Személyi feltételek. A tárgy eloadói és gyakorlatvezetoi: Dr. Zatykó Erika adjunktus és Kocsis Imre tanszéki fomérnök. Tárgyi feltételek. A tárgy oktatásához szükséges tantermek, berendezések rendelkezésre állnak. A számítógépes munka elvégzéséhez a hallgatók a tanszék laboratóriumában lévo számítógépes rendszereket is használhatják.
- 4-2. Ajánlott irodalomjegyzék: 1. W. H. P. Leslie: NC alkalmazási kézikönyv Muszaki könyvkiadó, Budapest 1973 2. Csányi Egon: NC technika a gyakorlatban Muszaki könyvkiadó, Budapest 1974 3. H. Wellers - N. Kerp - F. Liberwirth: Bevezetés a CNC szerszámgépek programozásába Muszaki könyvkiadó, Budapest 1987 4. Hans B. Kief: NC/CNC Handbuch Stodkheim, 1988 5. A. Frischherz- H. Piegler: Fémtechnológia, Szakismeretek 2. B+V Lap- és Könyvkiadó, Budapest 1994 6. dr. Horváth M. dr. Markos S.: Gépgyártástechnológia Muegyetemi Kiadó, Budapest 1995 7. dr. Baka O.- Seprényi Z.: Szakelméleti alapösszefüggések és alkalmazási mintapéldák gyujteménye I. II. kötet OMINYOM Nyomda és Kiadó BT. Budapest 1997
- 5-3. A CNC- technika és a szerszámgép 3.1. Bevezetés A különbözo gépi megmunkálási technológiák szüntelen továbbfejlodésén belül a gépek számvezérlésének megjelenése nagyon jelentos lépés. A bonyolult NC gép beszerzési ára miatt a gép költségek általában magasak, azonban az elokészületi költség kicsi. A hagyományos, mechanikus vezérlésu automatáknál ez éppen fordítva van. Egy bizo nyos darabszámnál kisebb gyártási volumen esetében a számvezérlésu gép lesz gazdaságosabb. A számvezérlésu gép felépítésénél fogva ugyanakkor még, például adaptív vezérléssel, jobban biztosítja a ma ximális, illetve optimális teljesítményt, amely gazdaságosságát növe li. Az NC - technika, amely a N umerical C ontrol angol szavak kezdobetuibol származik és a magyar fordítása "számvezérlés" - létrejöttét, fejlodését az alábbi évszámokhoz és kutatókhoz köthetjük: - 1808. J. M. Jaoquard, francia selyemszövo és mechanikus a róla elnevezett szövoszéken lyukkártyákat alkalmazott. Ez jelentette a cserélheto adathordozó feltalálását. - 1938. C. E. Shannon, amerikai matematikus doktori disszertációjában arra az eredményre jutott, hogy gyors számítás adatátvitel csak bináris formában, a Boole algebra felhasználásával történhet és a megvalósítás eszközei az elektronikus kapcsolók lehetnének. Shannon dolgozta ki a mai számítógépek, illetve számjegyvezér lések alapelveit. - 194 6. J. W. Mauchly és J. P. Eckert az USA- ban elkészítette az elso digitális számítógépet. Ok teremtették meg az elektronikus adatfeldolgozás alapjait.
- 6 - - 1949-52. J. Parsons és az M. I. T. (Massachusetts Technológiai Intézet) fejlesztett ki egy rendszert, amelyben a munkadarab megmunkálását közvetlenül egy számítógép vezérelte [ 6 ]. Az elképzelés négy lé nyeges tétele, a következo volt: 1. Egy pálya elérendo pontjainak tárolása lyukkártyákon. 2. A lyukkártyák adatainak automatikus beolvasása a gépbe. 3. A beolvasott helyzetek folyamatos kiadása és közbenso értékek számítása annak érde kében, hogy 4. a szervomotorok a tengelyek mozgását vezé relni tudják [ 6 ]. Az elso muködo magyar NC- gép az ERS 200 szakaszvezérlésu eszterga volt, amit Csepelen gyártottak és az 1960 - as BNV- n mutattak be [ 2 ]. A szerszámgépet számok és betuk programozásával vezéreljük. A muködteto program tetszolegesen változtatható, ismételheto és megfelelo formában tárolható. Az NC- technika lényegét a legjobban úgy lehet megérteni, ha összehasonlítjuk a hagyományos és az NCeszterga muködését. Fordulatszám. A hagyományos szerszámgép foorsójának fordulatszámát a munkadarab elkészülése során többször kell változtatni, ezt a gépkezelo a forgácsolási folyamatot megszakítva a megfelelo kapcsoló karokkal végzi, majd utána folytathatja az megmunkálást. Az NC- gép számára betuk és számok kombinációjából álló kód segítségével programozzuk a kívánt fordulatszámot, amelyet a gép automatikusan kapcsol. Elmozdulás. Ha meghatározott hosszúságot kell elmozdulni, akkor a szánt mozgató hajtókeréken lévo beosztásos tárcsa (noniusztárcsa) jeleit figyelve a dolgozó állítja le a szánmozgást a kívánt hosszúság elérésekor. Így készítheto hengeres vagy sík felület.
- 7 - Az alakos alkatrészeket csak különleges készülékkel, a gép állításával vagy alakos szerszámmal lehet elkészíteni. A szán mozgási sebessége (elotolása) az elotoló- hajtómu áttételeinek kézi kiválasztásával állítható be [ 10]. Az NC- gép szánjait nagy pontosságú golyós orsók mozgatják, amelyeket villamos motorok forgatnak. Az elfordulás mértékét és sebességét az orsókhoz kapcsolt elektronikus mérorendszer érzékeli. Így a szükséges elmozdulás hosszúsága és sebessége is betu- szám kombinációkból álló kóddal programozható. Van tehát egy olyan berendezés, amelyekbe ezeket a kódokat "be lehet adni", rendszerint lyukszalag beolvasásával lehet beprogramozni. Ezt nevezzük számvezérlésu (NC) berendezésnek. A hagyományos és az NC- gépek közötti alapveto különbség, hogy az NC- gép a kezelo beavatkozása nélkül végzi el a muveleteket. Ezért nem kell használni az elmozduló géprészekhez kézi kezelo elemet, a gép kezelojének forgácsolás közben nem is kell néznie a munkadarabot. Az NC- szerszámgép külso formájában is eltér a hagyományostól, kialakításának legfontosabb célja, hogy az NC- technika minden lehetoségét a legjobban lehessen kihasználni. Az 1.a, b, ábra a hagyományos és a CNC- esztergát hasonlítja össze. Az utóbbi vezérloberendezése a gép szerves része, és nagyon kis helyen elfér. Ez a kis helyszükséglet az elektronika fejlodésének eredménye, amely lehetové tette azt is, hogy egyre több vezérlési feladatot lehessen programozni, és a forgácsolás teljes folyamatát auto matizálni. A CNC (C omputer N umerical C ontrol) olyan számvezérlésu berendezés, amely szabadon programozható mikroszámítógépet is tartalmaz. Muködését alapvetoen a beépített mikroszámítógép programozása határozza meg. Ezt a programot - kitörlodés ellen biztonsá gosan védve - a vevo készen kapja, ami a CNC- berendezés
- 8 - üzemprog ramja (szoftvere). A szerszámgép állandóan optimálisan muködtethe to, mivel a CNC több részegységet vezérel, felügyel a kenésidore, a holtjáték kivételére, a biztonsági reteszelésekre, az általános hibaállapot kijelzésére. 1.a ábra Hagyományos eszter gagép 1.b ábra CNC esztergagép A CNC gép külso jegyeiben is eltér a kézi muködtetésu gépektol. A képernyo a program kijelzésére és a billentyuzet a program beadására, illetve módosítására. Robosztus, merev felépítésu, jellemzoje a gé pet beborító burkolat. Nincsenek, vagy nem a megszokott helyen találhatók a kézi vezérloelemek. Speciális
- 9 - konstrukciós megoldások kal is találkozni, hol a szerkezeti elemek hasonlóak, de a gép felépítése eltéro (pl. NC v. CNC lézersugaras kivágó, lángvágó, lemezdarabo ló).
- 10-3.2. CNC gépek fo részei Gépágy. Az ágy, vagy az állványszerkezet a szerszámgép alapja. Ez hordozza a gép összes aktív vagy passzív elemét, az orsókat, szánokat, asztalokat, sokszor a vezérlést is erre erosítik fel (3. ábra ). Az állványszerkezet hegesztett acélból, öntöttvasból vagy úgynevezett kompozit betonból készül. Legfontosabb szempontok a merevség, rezgéscsillapító- k é pesség, hostabilitás. 3. ábra Ferde ágy Esztergák esetében a ferde vagy függoleges ágyrendszer a forgácseltávolítás szempontjából a legkedvezobb [ 2.]. Ferde ágy esetén viszont a foorsó középvonalának távolsága a kezelooldaltól messze van, ami a gépkiszolgálást nehezíti. A szánrendszer foként a felso vezetékre támaszkodva saját súlyával is biztosan fekszik az ágyon. A foforgásirányt figyelembe véve a foforgácsolóero hatása is kedvezo. Függoleges ágy esetében a súlyero kérdése megoldható, és bizonyítottan nincs jelentosége a szán súlyponti helyzetének (lebegés) a merevségre, ha a felfüggesztést megfeleloen oldják meg (4. ábra). Ezzel szemben dönto jelentoségu a munkatér kedvezo kezelhetosége. Az alapszán szélessége is növelheto, a gyártási kérdések is kedvezobbek. Az ágy és a lábazat zárt négyszögrendszert alkot.
- 11-4. ábra Függo leges ágy Vezetékek. Napjainkban gördülo vezetékeket alkalmaznak a forgácsoló szerszámgépek dönto többségénél. Ezek lehetnek golyós illetve görgos kiviteluek a terhelés függvényében (5.a, b, c, ábra.) a, Golyós vezeték b, Golyós vezeték c, Görgos vezeték 5. ábra Vezetékek. Lágy, nagy sebességu megvezetés, optimális futási tulajdonság, hosszú élettartam és karbantartás- mentesség a jellemzojük. Az 5.b és 5.c ábrán jól megfigyelheto az elrendezés. Az elemek egymáshoz érnek és folyamatos sort alkotva visszavezetik oket a már elhagyott pozíció ba. Szerkezetük a 6.a, b, ábrán látható. A THK cég SSR kompakt golyósora jelentos változást hozott.
- 12 - a, Golyós elrendezés b, Görgos elrendezés 6. ábra Vezetékek A golyók, ill. görgok kenoanyagkamrákban vannak, amelyek lehetové teszik az egyenletes futást csekély hofejlodés mellett, j elentosen csökkentve a mozgatási ellenállást. A 7. ábrán látható, hogy a golyók nem érintkeznek egymással, nagy sebesség mellett is enyhe a melegedés, a pontos pozícionálás következtében a mozgatási ellenállás változása az elozo típusokéhoz képest a tizedére csökkent. Kísérletek so rán az elso kenoanyag- mennyiséggel 28 ezer kilométer futott problé mamentesen [ Muszaki Magazin]. 7. ábra Golyós vezeték (THK) A vezetékekrol még késobb lesz szó A számvezérlésu gépek elvi felépítése címu fejezetben. Mozgató orsók. A lineáris szánok mozgását leggyakrabban golyósorsó - anya párral oldják meg. Az orsó és az anya közötti kapcsolatot a golyók biztosítják (8. ábra). A súrlódás hatásfoka jó ( 0.95 ), a hézagmentesség, a nagy merevség pontos mozgást tesz
- 13 - lehetové. Holtjáték kiküszöbölésére elofeszítést alkalmaznak, két anyát kell egymással szemben felhelyezni. 8. ábra Golyósorsó visszavezeto taggal A golyók visszavezetését VV taggal v. áthidaló elemmel oldják meg. Ilyen áthidaló elemes megoldást látni a 9. ábrán. 9. ábra Golyós orsó áthidaló taggal A 10. ábra a, képén kétbekezdésu golyósanya látható, a b, ábrán p e dig egybekezdésu, négy menetu anya.
- 14 - a, Áthidaló taggal b, VV taggal 10. ábra Golyósanyák Motorok. Szabályozott egyenáramú (DC) vagy váltóáramú (AC) hajtómotorral közvetlenül hajtva, az orsó elfordulását mérve (közvetett útmérés) pontos szánmozgást lehet elérni. Fohajtómuveknél az asszinkron váltóáramú (AC) motorokat alkalmazzák. Az elotoló hajtások motorjainak (pozícionáló motorok) legfontosabb tulajdonsága a nagy, ugyanakkor egyenletes gyorsító - lassító képesség [ 2 ]. Útmérok. Mérési eljárás szerint lehetnek abszolút vagy növekményes mérorendszerek (11. ábra). A mérési eljárás szerint Abszolút Növekményes A mért ér tékek érzékelése szerint Analóg D igitális A mérés helye alapján Közvetlen Közvetett 11. ábra Útmérorendszerek fajtái
- 15 - Abszolút mérés az a mérési eljárás, amikor a szánelmozdulásra vonatkoztatott minden méret egy kiindulási ponthoz, a mérorendszer nullpontjához mérve abszolút értelemben jelenik meg. Növekményes mérés az, amikor a szánelmozdulás mértékét egyegy útméretegység folyamatos megszámlálásával érzékeljük, ill. e diszkrét egységek egész számú többszörösével adjuk meg minden útszakaszra külön- külön, nem a nullponthoz, hanem a korábbi szánhelyzethez ké pest az útegységek összeszámlálásával [ 2.]. A legtöbb szerszámgépnél az útmérés fotoelektromosan történik. A mértékmegtestesíto egy igen finom vonalkás rács, amelyet különféle hordozókra (pl. üvegléc, vagy üvegtárcsa, stb.) visznek fel. A mértékmegtestesíton lévo osztásrácsra eso fény az osztásrácson elhajlik, nagy osztásperiódus esetén (ami lényegesen nagyobb mint a fény hullámhossza) az elemek úgy esnek egybe, hogy a párhuzamosan megvilá gított fényátereszto rács mögött az osztás struktúrájának megfelelo "osztáskép" alakul ki. Ha a rács osztásperiódusa azonos nagyságrendu a fény hullámhosszával (12.a, ábra), akkor az elhaj lott sugárelemek komplex átfedése - egy interferencia- minta - ala kul ki. A durvább osztások letapogatása lényegében a 12.b, ábrán bemutatott árnyékvetés elve szerint történik. A mértékmegtestesíto és egy letapogató rács egymáshoz képesti elmozdulása világos - sötét modulációt okoz, amit a fotóelemek érzékelnek [ Heidenhain termékismer teto]. 12.a, ábra Interferencia 12.b, ábra Árnyékvetés
- 16 - Egy periodikus osztássáv fotóelektromos letapogatása inkrementális, azaz számláló mérést eredményez. Mivel általában szükséges egy abszolút viszonyítási pont, ezért legalább egy referencia jel van, melynek letapogatása szintén fotoelektromosan történik. Így lehetsé ges az abszolút referencia pozíciót pontosan egy mérési lépéshez hozzárendelni. Az abszolút viszonyításhoz tehát szükség van a refe rencia jelén való áthaladásra. Kedvezotlen esetben ehhez akár a teljes mérési hossz nagy részén át kell ha ladni. Szerszámtartók. Külön érdemes itt megemlíteni a CNC forgácsológépek szerszámtartóit, melyek önálló szerkezeti egységként az egyik legfontosabb szerepet töltik be a gép felhasználhatósá ga során. A 13. ábra 2 revolverfejes, a 14. ábra lánctáras szerszámtartót ábrázol. 13. ábra Eszterga késtartó 14. ábra Marógép szerszámtartó A 13. ábra 4 tengelyes esztergagépe 12-12 szerszámot a 14. ábra megmunkáló- központja 90 szerszámot tárolhat. A munkadarab fajtájától függoen több megmunkálási lépés és többféle szerszám szükséges a gyártáshoz. Ehhez a szerszámgépnek mindenképpen rendelkeznie kell egy bemért szerszámtárral. A szerszámtárnak tartalmaznia kell az adott alkatrész megmunkálásához szükséges összes szer számot. Ezzel költségnövelo átszerszámozási idoket takaríthatunk meg. Minél összetettebbek a megmunkálási lépések, annál több szer számot kell a szerszámtárba helyezni. A szerszámváltás automatikusan történik, pontos és gyors. A gép árát jelentosen növeli (kb. 15-20%).
4. A számvezérlés elve - 17-4.1. Általános ismerteto Mint ismeretes az irányítástechnikában megkülönböztetnek vezérlést és szabályozást. A vezérlés nyílt láncú, az adott parancs végrehajtását nem ellenorzik. Azt csak az adott információkkal elore meghatározzák, majd végrehajtják. A vezérlés elvén muködo gépeket programkapcsolású gépeknek nevezik. Ilyenkor a tárolóban elhelyezett program csak az egymás után következo muveletek sorrendjét adja meg. Tehát a vezérlo berendezés minden egyes muvelethez, csak indító és leállító parancsot ad, de vezérelt munkaciklusban a munkát végrehajtó szerkezet nem áll a vezérlo szerv befo lyása alatt. A szabályozás zárt láncú, a kiadott utasítást a végrehajtott folyamat paramétereivel visszacsatolás útján összehasonlítják és ennek eredményeként a folyamatot korrigálják. Ha szerszámgép irányító szerkezete zárt láncú, tehát szabályozási folyamatot lát el, a gépet programvezérlésu szerszámgépnek neve zik. (Az így régebben már meghonosodott elnevezés helytelen, mert nem vezérlésrol, hanem szabályozásról van szó.) Ilyenkor az irányító szerkezet nemcsak az egyes munkaelemek egymásutánját határozza meg, hanem az egyes munkaciklusok lefolyását is szabályozza. (Például megmunkálás közben érzékeli a munkadarab méretét és ha szük séges, a szerszámot utánállítja.)[ 6 ] A számvezérlésen olyan vezérlést értenek, ahol a gép megmunkálást végzo részei mozgásának sorrendjét, nagyságát, sebességét a gépben, vagy a gépen kívül elhelyezett berendezéssel, például kap csolókkal, lyukszalaggal elore beállítják, és a gép ennek alapján a muveleteket elvégzi. A vezérlo információk rögzíthetok mágnessza lagon is, vagy az egész szerszámgépet a számítógép technikában használatos memóriaegységben rögzített adatok alapján
- 18 - vezérlik. A programozás lehet teljes, de részleges is, amikor például csak egy munkaciklust, vagy csak egy tevékenységet (pl. szerszámváltás) végez el önmuködo en a szerszámgép [ 6 ]. A kívánt egyszeru program megadható ütközok, végálláskapcsolók segítségével is, azonban a bonyolultabb követelményeket a nyugvó elemes (dugaszos, nyomógombos, forgókapcsolós) és még inkább a mozgóelemes tárolók (lyukkártya, lyukszalag, mágnesszalag, stb.) biztosítják. Az irányító berendezésnek a munkafeladat teljesítéséhez információra van szüksége. Az információkat jelekkel teszik érzékelheto vé. A jelek lehetnek analóg és digitális jelek. Analóg a jel, ha a jellemezni kívánt paramétert valamely folyamatos fizikai állapottényezo (pl.: feszültség) meghatározott értéké vel fejezik ki. Digitális a jel, ha a paramétert számokban meghatározott jelek sorozataként adják meg. A digitális jelet szakaszos függvény írja le. Kódolt információ az adatok analóg vagy digitális jelekben kifejezett alakja. Végálláskapcsolók v. lovasok szerepe tulajdonképpen egyszeru fizikai kapcsoló. Elso sorban a gép munkaterének behatárolására szolgál, végállás- kapcsolóként, ill. vészvégállás- kapcsolóként. Má sik feladata a szánok jeladóinak a referenciajeleit segíti adott pozícióban felvenni. Kvalifikálja a nullimpulzusok jeleit, és mikor az NC referencia pont felvétel üzemmódban áthalad ezen a kapcsolón, akkor a legköze lebbi nullimpulzus jelenti a gépi referenciapontot. PLC. Nem csak forgácsoló szerszámgépek, hanem más gépek automatizálása céljából fejlesztették ki a PLC (P rogrammable L ogic C ontroler) vezérlést. A PLC vezérloegység közepes bonyolultságú munkafolyamatokat vezérel (15. ábra). A bemeno oldalon helyzetkapcsolók, nyomógombok, a kimeno oldalon pedig tengelykapcsolók, hidraulikus szelepek, mágneskapcsolók muködnek.
- 19 - A vezérloberende zés programozása egyszeru, lehet áramutas, Boolealgebrai írásmód, vagy PLC programnyelv is. A fejlettebb berendezések idozíto és számláló feltétel nélküli és feltételes ugró utasítások, szubrutinhívó utasítások, aritmetikai utasítások betáplálásával megközelítik egy folyamatirányító számító gép teljesítményét [ 6 ]. NC PLC Szerszám- kezelopanel program gép 15. ábra PLC helyzete A vezérlés és a szerszámgép közötti kapcsolat koordinálását a PLC végzi. A technológiai feladatok megoldásához a szánok mozgatásán kívül szükség van: - részben a szerszámgép állapotának jelzésére a vezérlo felé (részegységek üzemkészsége, vészállapotok, stb...) - részben a programozható, nem szánmozgás jellegu parancsok közvetítésére a szerszámgép felé. A CNC vezérlések többsége ezt a feladatot úgy oldja meg, hogy a vezérlo szabványokban rögzített értelmu 24V szintu jelet ad ki, ill. fogad. Ezeket a jeleket erre a célra készített berendezés - PLCcsatolja és alakítja át a konkrét szerszámgép igényei szerint. Ezek a logikai egységek : - értelmezik a szerszámgép felol érkezo jeleket - dekódolják ill. dialógusokra bontják a vezérlotol érkezo parancsokat, - illetve ellátnak önálló, általában idofüggvényhez kötött feladatokat (pl. szánkeno ciklusok).
- 20 - Az NC a programokat tárolja, azok parancsait lebontja és közvetíti a szervók és a PLC felé. Kezelopanel. Tartalmazza a kijelzo egységet, valamint a nyomógombokat (16.a, b, ábra). A nyomógombok két részbol állnak. Az NC a, b, 16. ábra Kezelopanelek tasztaturából, amelyek a szerkeszto, adatbevio és funkció gombokat tartalmazzák, valamint a gépi tasztatúrából, amely az üzemmódváltó, tengelymozgató, stb. gombokat foglalja magában. A gépi tasztatúra be lehet integrálva a vezérlésbe [ 18]. 4.2. A CNC- megmunkálás megismerésének feltételei Ha valaki CNC- gépen akar dolgozni, alapfeltétele, hogy ismerje a hagyományos muködtetésu megmunkálási módot. Meg tudja határozni az alapveto technológiai adatokat, ismerje a gép muködését. A hagyományos megmunkálás technológiai ismeretei fokozatosan bovíthetok, amíg a gyakorlat segítségével eljutunk a CNCprogramozás és a gép kezelésének biztos megismeréséig. A munkavégzés minosége is változik, magasabb muszaki színvonalat képviselo munkaeszköz, a CNC- gép fejlodése további ismeretbovítést igényel.
- 21 - A CNC- technika segítségével az alkatrész meghatározott muveleti sorrendben készül, de ha az elso alkatrész már elkészült, akkor a sorozat többi darabja már az egyszer kipróbált program futtatásával automatikusan készül el. Az elso alkatrész elkészítése elott: 1. Meg kell írni a programot. 2. A szerszámok helyzetét be kell mérni. 3. A nyersdarabot be kell fogni. 4. A programot be kell juttatni a vezérlo berendezésbe (CNC). 5. A programot eloször a gép muködése nélkül ellenorizni kell a vezérloberendezésen belül. 6. El kell készíteni az alkatrészt. Ezek részben programozói, részben gépkezeloi feladatok, mint hogy azonban ismerni kell egymás tevékenységét is, ezért beszélünk CNC- megmunkálási ismeretekrol, amelyekre a szakmunkásnak, technológusnak, muvezetonek, üzemmérnöknek egyaránt szüksége van. A CNC- technika megismerésének személyi feltételei: - matematikai alapismeretek, - logikus gondolkodás, - koncentrálási képesség, - legyen kedve ahhoz, hogy az elkészült programot a legjobb (optimális) formáig javítsa, módosítsa, - felelosségérzet, - pontosság, alaposság. A CNC- szerszámgép általában négyszer drágább az azonos nagyságú hagyományos szerszámgépnél, ezért az üzembeállítás, majd az üzemeltetés során sokkal nagyobb figyelemmel kell foglalkozni vele. A gyártás során nagyobbak a berendezés iránti követelmények, így ter mészetesen a gépet muködteto CNC- szakemberek iránt is. A
- 22-17. ábra bemutatja ezeknek a gépeknek a gazdaságosságát és alkalmazhatósá gát. 17. ábra A CNC- szerszámgépek gazdaságos alkalmazási területe A CNC- vezérloberendezések messzemenoen figyelembe veszik a forgácsoló szakmában elterjedt jelöléseket, muveleteket, szakmai fogásokat. Ez is megkönnyíti az új technikával való ismerkedést [ 10]. 4.3. Koordináta rendszerek Most, hogy megismerkedtünk az alapveto elemek funkcióival és vázlatos felépítésükkel, beszélnünk kell az alkatrészek gépen való geometriai meghatározásáról is. Azt kell tehát tisztázni, hogy a majdani programkészítés során a szerszámgépen milyen foirányokat kell figyelembe venni. A koordináta rendszereket, nevezetesen a derék szögu (Descartes- féle) koordináta rendszert már az általános iskolai tanulmányok során is használtuk pontok, egyenesek ábrázolására. A 18. áb ra szabványos elrendezést mutat (DIN 66217) [ 16].
- 23-18. ábra Jobbsodrású koordináta rendszer A muszaki gyakorlatban is ezt használjuk kibovítve a "jobb sodrású" kifejezéssel, amelynek egyértelmu magyarázatát a 18. ábra adja. Az elso fotengelyt X, a második fotengelyt Y, a harmadik fotengelyt pedig Z- nek nevezték el. A koordináta rendszer kezdopontját (origóját) legtöbbször a gép alaphelyzetének megfelelo pontra helye zik. Ez eszterga típusú gépeknél - ennek megfeleloen - a munkadarab befogó (pl.: tokmány) homlokfelülete és a munkadarab forgási tenge lyének metszéspontja (19. ábra), tengelyeit pedig a szánmozgások irányának megfeleloen választják meg. Egyezményesen tehát a foorsó tengelye a "Z", a keresztszán mozgatása az "X" tengelyt jelöli ki [ 6 ]. 19. ábra Esztergagép koordináta- rendszere A programozási koordináta rendszer felvételének vezérelve, hogy a Z tengelyirány mindig a szerszámgép foorsó jának szimmetriatengelye legyen (20. a, b, ábra), és a szerszám po zitív Z irányú mozgásakor a munkadarab és a szerszám közötti távolság növekedjen.[ 9., 14.]
- 24 - DIN 66217 sze rint a, b, 20. ábra 3 tenge lyes marógép Az így Z tengely iránya és értelme segítségével a teljes koordinátarendszer felállítható. Pl. az X mozgásirány akkor pozitív, ha a szerszám távolodik a munkadarab forgástengelyétol. A pozitív irány felvételénél a matematikában is használatos elso térnegyed a mérvadó. Ha a szerszámgép kialakítása miatt vannak olyan részek, melyek párhuzamosan mozdulnak el a fotengelyekkel (21. a, b, ábra), ezek jelölése U, V, W [ 16]. a, b, 21. ábra 4 tengelyes marógép és esztergagép
- 25 - Egyes gépeken a munkadarab a koordinátatengelyek körül elfordulhat. Erre szükség lehet például megmunkáló- központoknál, ahol egy felfogásban kell egy munkadarab több oldalát megmunkálni. Az elfordulás irányának meghatározását is az 22. ábra mutatja. A forgó tengelyeknek A, B, C, a szabványos elnevezése, amelyek pozitív for gásirányát a körasztalra meroleges lineáris tengely pozitív iránya határoz meg (A X, B Y, C Z). Mikor valamelyik tengely nem mindig párhuzamos az X, Y, Z, tengellyel, akkor P, Q, R, betuvel j e lölheto (DIN 66217). A függoleges foorsójú marógépeknél legtöbször a tárgyasztal végzi az X tengely irányában a muveleti mozgáso kat. Az asztal és ezzel a munkadarab mozgását néhány gyártó az X tenge lyen X - vel jelöli. A munkadarab X irányú elmozdulása ugyanahhoz az eredményhez vezet, mint a szerszám X irányú elmozdulása [ 16.]. 22. ábra Koordinátarenszer A gépi koordinátarendszer origója a gép referenciapontja. Ahhoz hogy a CNC tudja az egyes szánok abszolút helyzetét, bekapcso lás után ebbe az origóba kell elküldeni a szánokat. Egyes CNC- k lehetové teszik a gépkezelo által kijelölt gépi nullpontfelvételét is. A munkadarab koordinátarendszere v. másként a programozás koordinátarendszerének tengelykiosztása megegyezik a gépi koordináta rendszer tengelyirányával, de az értelmezése - merre "+ "- attól függ, hogy mi végzi az adott tengelyirányú mozgást. Jobbsodrású
- 26 - koordiná tarendszer csak akkor jön létre, amikor minden mozgást a szerszám végez. 4 tengelyes szerszámgép látható 23. ábrán [ 16]. 2 3. ábra 4 tengelyes marógép Ahol a munkadarab mozog a tengelyek elojele megváltozik. Az NC program készítésénél a munkadarab koordinátarendszert kell eloállíta ni és ebben kell a programot megírni. A programozás során minden mozgást a szerszámmal végzünk, a munkadarab áll. Ez a programozási koordináta rendszer. A szerszámgépeken azonban nem mindig a szer szám mozdul el. Azon tengelyek mentén, ahol a mozgást a munkadarab végzi, a gépi és a programozási koordináta rendszer tengelyeinek irá nya fordított. A gépi koordináta rendszer tengelyeit felso, vesszovel jelzett betukkel különböztetjük meg (X###, Y###, Z ###) [ 16, 17]. A programozást a programozási koordináta rendszerben végezzük el.
- 27 - Az NC gép mindig a gépi koordinátarendszerben mozog. A munkadarab koordinátarendszer origójának helyzetkoordinátáit automatikusan veszi figyelembe, és számolja hozzá a programozott adatok hoz. 24. ábra 5 tengelyes huzalos szikraforgácsoló
- 28-4.4. Vonatkoztatási pontok A koordinátatengelyeken kívül a számvezérlésu szerszámgépeken meghatározott pontokat is megjelölnek (25. ábra), amelyeknek a progra mozás és gépkezelés során van jelentoségük [ 19]. 25. ábra Vonatkoztatási pontok Jelölésük szabványos az alábbi felsorolás ismerteti. A fontosabb vonatkoztatási pontokat a következokben röviden ismertetem. Gépi nullpont, M: A gépi nullpont a gép nem változó - nem eltolható koordináta rendszerének kezdopontja (nullpontja). Ezt a pontot a gép gyártója lovasokkal rögzíti, és a gépen lévo összes
- 29 - további koordináta rendszer és vonatkoztatási pont kiindulási pontja [ 6,16]. Referenciapont, R: A referenciapontot a szerszámgép gyártója választja meg, amelyet azért rögzítenek, hogy a szerszámot (pl. a munka megkezdése elott) pontosan meghatározott kiindulási helyzetbe lehessen beállítani. A referenciapont a szerszám- és szánmozgás mérorendszerének hitelesítésére és ellenorzésére alkalmas és használatos. A referenciaponttal a mérorendszernek egy alkalommal, pl. a gép bekapcsolása után tájolást adnak, ezáltal a gép munkaterében minden pont egyértelmuen elérheto. A referenciapont általában a munkatér határán található, és automatikusan elérheto. A referenciapont beállítása a vezérloberendezés bekapcsolása után lehetové teszi az útméro rendszer hitelesíté sét. A referenciapont koordinátái a gépi nullapontra vonatkoztatva mindig ugyanazok, pontosan ismert számértékek [ 6,10,16]. Munkadarab nullpontja, W: A munkadarab nullapontja a munkadarab koordinátarendszerének kezdopontja (nullapontja). Ez a pont szabadon választható, és gép beállításakor vagy a program kezdetén a gépi nullapontra, illetve a referenciapontra vonatkoztatva rögzítik. A munkadarab nullapontját ne tetszolegesen jelöljük ki, hanem mindig arra gondolva, hogy lehetoleg megkönnyítsük a programozási munkát. A koordinátákat lehetoség szerint közvetlenül a muhelyrajzról vegyük át. A rajz méretmegadását figye lembe kell venni [ 10,16].
- 30-4.5. A számvezérlésu gépek vezérlési rendszerei Az elozo fejezetben megismert alapfogalmakra építve most már nézzük meg, mit is csinál egy szerszámgéppel összekapcsolt vezérlo berendezés.a vezérloberendezés feladata, hogy a betáplált információknak megfeleloen a kapcsolási, a helyzet- meghatározási feladatokat, valamint az egész munkafolyamat együttes irányítását megoldja. Ilyen kapcsolási feladatok a különféle fo- és mellékmozgások sebességeinek, segédüzemi berendezéseknek megfelelo idoben való be- és kikapcsolá sa. A helyzet- meghatározási feladatok alatt a munkadarab és a szerszám egymáshoz viszonyított helyzetének, tehát a szánok mozgásának meghatározását értik. A helyzetreállás szempontjából készülnek: 1. pontvezérlésu, 2. szakaszvezérlésu és 3. pályavezérlésu szerszámgépek. A pontvezérlésu gépeknél nincs funkcionális összefüggés a különféle koordináta irányú mozgások között. A vezérelt elmozdulás közben megmunkálás nincs (26. ábra). Egyidejuleg két koordináta irányban is lehet séges elmozdulás [ 6 ]. 26. ábra Pontvezérlés alkalmazása
- 31 - Tipikus példája az ilyen gépnek a koordináta fúrógép. Az egyes megmunkálási pontokat a nullpontból (origóból) induló X, Y koordinátákkal kell megadni. Szakaszvezérlésnél szintén nincs összefüggés a különféle koordináta irányú mozgások között. A szerszám viszont a szánmozgások nál valamely koordináta irányában fogásban lehet. A szerszám a kiinduló ponttól a befejezo pontig egyenes mentén mozog valamely tengely irányában (27. ábra). Elofordulhat különbözo elotolómozgások egyideju bekapcsolásával a koordinátatengellyel meghatározott szög (általában 45 fok) alatti egyenes vonalú mozgás létesítése is [ 6 ]. 27. ábra Szakaszvezérlés A pont és szakaszvezérlésu gépeknél nem követelmény a tengelyenkénti önálló mellékhajtómu és a fokozatmentes sebesség. Felépítés szempontjából ezek a gépek hasonlítanak legjobban a hagyományos gé pekre. A pályavezérlésu szerszámgépeknél a különféle irányú mozgások között funkcionális összefüggés van (28. ábra). Így a
- 32 - szerszá mok és a munkadarabok egymáshoz viszonyított mozgása valamilyen függvénykapcsolattal adható meg. Ilyenek például a profilköszöruk és profilesztergák. A kontúrvonalat megadó görbét a gép elemi út szakaszok sorozatával közelíti meg, vagyis a pályát szakaszokra bontja és azt valamilyen más görbével közelíti meg. A pályavezérlésnél az informá ciós adatok száma sokkal nagyobb, mint a pont- és szakaszvezérlésu gépeknél. A gép az adatok feldolgozását, vagyis a pálya közelítogörbéje adatainak meghatározását a CNC belso számítógépével végzi el. Ezt a berendezést interpolátornak nevezik [ 16]. 28. ábra 2D pályavezérlés
- 33-29. ábra 2,5D pályavezérlés Pályavezérlésu gépeknél minden tengelyen önálló, fokozatmentesen szabályozható sebességu mellékhajtómu szükséges. Az interpolátor az egyes tengelysebességek folyamatos változtatásával biztosítja a mindenkor szükséges térbeli pályamenti eredo sebességvektor beállítását.ahány tengely összhangban vezérelheto, annyi dimenziós pályavezérlésrol (D) beszélhetünk. Tehát a dimenziószám az eredo sebességvektor különbözo tengelyek irányába eso sebességkomponensek száma. Ha az NC nem képes minden tengelyt összhangban mozgatni (azaz pályavezérelni) a fennmaradó (csak szakaszvezérelheto) tenge lyeket fél dimenziószámmal jelölték [ 17]. A 28. ábra 2D pályavezérlést, a 29. ábra 2.5D pályavezérlést mutat. Ez utóbbi "teraszos" megmunkálást jelent, azaz síkban (2D) pályavezérelheto és a harmadik tengely mentén szakaszos elmozdulást eredményez. Valódi térbeli alakzatok 30. ábra 3D pályave zérlés általában 5D pályavezérléssel munkálhatók meg, mert a geometria leköveté se mellett a maró optimá lis élszögeit is be kell állítani. A 30. ábra egy térbeli
- 34 - alakzat megmunkálá sát mu- tatja. A 31. ábrán látható 5 tengelyes megmunkálóközpont. 31. ábra 5 tengelyes megmunkálóközpont 5. A számvezérlésu gépek elvi muködése A következokben tekintsük át a számvezérlésu gépek egyes jellemzo típusainak általános felépítését. Számvezérlésu géprol beszélünk, nem leszukítve a kört csak a szerszámgépekre. Az ipari gyakorlatban ugyanis igen sok üzemben használnak NC vagy CNC vezérlésu lángvágó, lézersugaras kivágó (32. ábra), élhajlító (33. ábra) és mechanikus lemezdaraboló gépeket, amelyeknek programozása, szerkezeti felépítése - természetesen a speciális konst rukciós megoldásoktól eltekintve - elvileg hasonló a forgácsoló szerszámgépek felépítéséhez. Az eddig ismertetett általános alapfo galmak segítséget nyújtanak az egyes konkrét gépek programozásához, szer kezeti felépítéséhez, azonban a teljes megismerés sohasem nélkülözheti a rendelkezésre álló gépkönyvek, a
- 35 - speciális, gépre orientált programozási segédletek tanulmányozását. A fentiek elorebocsátásával tekintsük át a fobb típusokat! 32. ábra Lézeres kivágó 33. ábra Élhajlító A számvezérlésu gépek, már külso megjelenési formájukban is eltérnek a hagyományos kézi muködtetésu gépektol. Az automatikus muködés következtében nincsenek, vagy nem a megszokott helyen találhatók a kézi vezérloelemek. A szerszámváltások, a szánmozgások viszonylag nagy dinamikus erohatásokkal mennek végbe, ezért a gép r o bosztus, merev felépítésu. Ezekrol már beszéltem a 9. old.- 15. old.- ig. A revolverfejes szerszámtartóknál fellépo erohatások miatt elotérbe kerülnek a prizmás vezetékek helyett a lapos vezetékek. Ezek a jobb forgácselvezetés érdekében ferde vagy függoleges elrendezésuek. Vezetékeik a veszélyes stick- slip hatás elkerülése érdeké ben gyakran teflon bevonatúak, vagy elofeszített gördülovezetékek. Orsói többnyire golyósorsók. Jellemzo a számvezérlésu gépekre a gé pet beborító burkolat. A hagyományos gépek nóniusza helyett közve tett vagy közvetlen útméroelemekkel vannak felszerelve az NC gé pek. 34. ábra Esztergagép 35. ábra Lyukasztó- kivágógép A 34. ábrán egy négytengelyes esztergagépet, a 35. ábrán pedig nibbelogépet láthatunk. Több megmunkálási módot végzo gép is összevonható: ezek a megmunkáló központok.
- 36-5.1. Megmunkáló központok A megmunkáló központok többféle forgácsolási móddal egy felfogásban munkálják meg a darabot. Így például egy gépen (esztergaközpont) elvégezheto az esztergálás, fúrás, dörzsölés, menetmarás, ho ronymarás, fogazás muvelete. Más gépek a vízszintes fúró- marógép alapelvén elvégzik az összes fúrási és marási feladatokat. Az egy felfogásban való megmunkálás növeli a pontosságot és csökkenti a mellékidoket. A megmunkáló központok alkalmazása gazdaságos, számuk az utóbbi idoben rohamosan no (36. ábra) [ 6 ]. Az esztergaszeru megmunkáló központok vagy esztergaközpontok ferdeágyas csúcsesztergákhoz, vagy revolveresztergákhoz hasonlóak, amelyeket gyakran automatikusan muködo szerszámtárakkal szerelnek fel. A tengelyirányra meroleges fúrási, marási feladatokat (pl. ékhorony marás) az ágyra felszerelt maró- és fúrófejek végzik el, amelyek munkáját ugyanúgy mint az esztergálási munkákat a vezérlomu irá nyítja.
- 37-36. ábra Megmunkáló központ Többszános szerszámtartó esetében, amíg az egyik szán a megmunkálást, a másik a szerszámváltást végzi. A nem dolgozó szán a váltott szerszámmal megközelíti a munkadarabot és szinte mellékido veszteség nélkül azonnal megkezdheti munkáját, amint az elozo muveletelem befejezodött. A fúrási és marási munkákat végzo megmunkáló központ, mint említettük, a vízszintes fúró- marómu alapelvén épül fel. A munkadarabot, a tér bármely irányába mozgó, rendszerint forgó, osztási muvele tekre is alkalmas asztalra fogják fel [ 6 ].
- 38-5.2.Szerszámkezelés A sokrétu munkafolyamatot az NC vezérlésu megmunkáló központok csak a legváltozatosabb szerszámkészlettel tudják megoldani. A gépek kialakításánál ezért a legnagyobb gondot a szerszámcsere megoldása jelenti. Egyszerubb gépeknél a szerszámokat revolverfejes szerszámtartóba helyezik, azonban bonyolult munkadarabok megmunkálásához igen sok (30-100 darab) szerszámra is szükség lehet, lásd 37. ábra. Ezért a gépeket szerszámtárral látják el, amelybol a gép a programnak megfeleloen automatikusan helyezi a foorsóba a szüksé ges szerszámot, vagy elokészíti azt a revolverfejbe (parkoló szerszámállás). 37. ábra Lánctáras szerszámtartó Az automatikus szerszámváltás ideje alatt a géporsó leállítását, újraindítását a PLC vezérli. A szerszámváltó berendezés a szükséges szerszámot helycímes vagy szerszámcímes rendszer alapján keresi ki. A helycímes rendszer esetében a szerszámokat a technológiai utasításoknak megfelelo sorrendben kell a szerszámtárba behelyezni. Ilyen rendszernél a tár megfelelo soronlévo rekesze kerül ugyanis cserehelyzetbe. A szerszámot mindig arra a helyre kell visszatenni, ahonnan a cserélo kivette. Az NC a PLC- nek zsebszámot ad, a PLC zsebben gondolkodik, mert azt kezeli le [ 18.]. Esztergáknál a szerszámváltás a revolverfej elmozdulásával valósul meg.
- 39 - Szerszámcímes rendszernél a szerszámok a tárba bármilyen sorrendben behelyezhetok, ugyanis a szerszámtár a szerszámon megadott kódjel alapján áll be a csereállásba. A szerszámcímes megoldásnál tehát a szerszámok valamivel bonyolultabbak, ugyanis a szerszámtartó nak a kódjelet is magán kell viselnie. Ez az úgynevezett RANDOM (változó helykódolás), ahol az új szerszám helyére teszi a visszatéro szerszámot. A szerszámkeresés lehet egy irányú UNIDIRECTIONAL, vagy két irányú BIDIRECTIONAL, ahol a legrövidebb úton keresi ki a cserélo a szerszámot [ 18]. 38. ábra Szerszámcsere A mellékidok csökkentése érdekében gyakran a szerszámváltó a szerszámtárból nem közvetlenül a foorsóba, hanem un. parkolóhelyre teszi a szerszámot (38. ábra). A szerszámváltó olyan kialakítású, hogy a parkolóhelyrol a szerszám igen rövid ido alatt a munkahelyzetbe ke rülhet [ 6 ]. Elektronikus szerszámkódolás. A legújabb fejlesztéseknél programozható elektronikus tárolóelemeket (memória- chipeket) alkalmaznak. ezekben az elemekben a szerszám száma mellett az összes szükséges szerszámadat elektronikusan tárolható [ 16.]. Ezzel a CNC program le hív egy szerszámot, az összes aktuális adat beolvasható és a program- végrehajtásánál figyelembe veheto. A szerszám használata
- 40 - után lehetoség van a módosított értékek átvitelére a szerszámtárolóba (pl. éltartam). Így tehát minden szerszám rendelkezik a saját jellemzo adataival, amelyeket felhasználnak a programok. Szerszámbeállításkor, és amikor a kezeloszemélyzet szerszámellenorzést végez, megfelelo programozó- és leolvasóegységek szükségesek. 5.3. CNC és DNC vezérlésu gépek Az NC gépek programjainak elkészítésekor igen sok számítási feladatot kell megoldani, hogy a munkadarab felfogási, geometriai adatait, szerszámmozgási adatokat, szerszámadatokat, a technológiai adatokat olyan formába hozzuk, hogy azt a szerszámgép vezérloberendezése megértse és az utasításoknak megfeleloen a feladatot egyértelmuen végrehajtsa. Ilyen számítási feladat lehet - a munkadarab pont jainak pl. furatközéppontjai koordinátáinak meghatározása-, a munka darab körvonalának egyenes és körív szakaszokra bontása -, a technológiai adatoknak pl. a forgácsolási sebességnek, elotolásnak kiszámítása. Mindezek a számítási feladatok elvégezhetok hagyomá nyos módon, de számítógép segítségével is. Pályavezérlésu gépeknél gépbe beépített interpolátor mint ismeretes egyidoben a vezérlési adatok betáplálásával (lyukszalag leolvasásakor) elvégzi a támaszpontoknak megfelelo suruségben a megmunkált pályavonal koordinátáinak kiszá mítását, illetve a pályaegyenes vagy valamilyen görbe szakaszokra való bontását. Az interpolátor általában azonos módon számítja a pályaelemeket, tehát viszonylag egyszeru berendezés. Az egyéb számítási feladatok viszont a munkadarab adataitól függoen változóak és a számítási feladatok az általános célra épült számítógépekkel oldhatók meg. A számítógép alkalmazásával takarékoskodni lehet az idovel, a szakképzett munkaerovel és a számítási hibák va lószínusége is kisebb. A számítógépre rábízható programhordozó (lyukszalag, mágnesszalag
- 41 - elkészítése is úgy, hogy az a gép vezérlé sére már közvetlenül felhasználható. Kezdetben a számítógép szer számgépbe való beépítése igen költséges volt. Ma azonban a mikro processzorok kifejlesztésével lehetoség nyílt a megfelelo kapacitású és gyorsaságú számítógép beépíté sére [ 6 ]. Azokat a számvezérlésu gépeket, amelyek számítógéppel muködnek, számítógépes vagy röviden CNC (C omputer N umerical C ontrol) szerszámgépeknek nevezik. A CNC vezérlésu gépek elonyösek, mert: - Rugalmasok, a vezérlés megfelelo programokkal megváltoztatható anélkül, hogy a vezérlo berendezés elektronikáján valamit is kelljen változtatni. - A számítógép tároló, memóriaegysége a különféle munkadarab programok tárolására felhasználható. A program bármikor lehívható, így nem kell a gépnek mindig az adatokat beolvasnia. - Egyszerre több program is tárolható a memóriában. A tárban lévo programot kijelzon meg lehet jeleníteni. - A már tárolt programok könnyen javíthatók, módosíthatók, a javított programok lyukszalagra kiírhatók. - Lehetoség van programok láncolására, programciklusok kialakítására. - Egyszerubbé válhat a gép kezelése, a szövegesen megjeleno kijelzések lehetové teszik a "beszélgetést" a számítógéppel. - Szerszámkorrekciós mezok száma nagy. - Lehetoség van a távadatközlésre vagy DNC rendszerhez való csatlakozásra. - A számítógép lehetové teszi szerszámgép egyes részeinek hibáiból származó pontatlanságok kompenzálását (pl. orsók menetemelkedési hibái).
- 42 - - Megfelelo hajtás esetén az adaptív szabályozás megfelelo szoftverrel megoldható. - A CNC rendszeru gépek megbízhatósága jobb, az NC gépek négy- ötszöröse. - A CNC vezérlés lehetové teszi a diagnosztikai és tesztprogramok használatát. Az ellenorzo programokkal az kezelo sze mélyzet könnyen megállapíthatja a CNC vezérlés hibáját, annak helyét (öndiagnosztika). A korszeru modulelemek részegységek cseréjével a hiba gyorsan kijavítható. - A gép elavulása viszonylag lassú, mert új programokkal az új szolgáltatások beilleszthetok. - A gép karbantartási igénye minimális, viszont magasan kvalifikált szakembereket követel [ 6 ]. A CNC rendszeru szerszámgépek számítógépre is kapcsolhatók. Ilyenkor a gép vezérlését biztosító programot a szerszámgép memóriájában, az irányítási, felügyeleti és adatbank jellegu adatok programjait a központi számítógép memóriájában tárolják. Számítógép Vezér CNC CNC gép gép CNC CNC CNC CNC CNC gép gép gép gép gép a, Számítógéppel b, Vezér CNC géppel 39. ábra CNC gépek vezérlései Lehetoség nyílik a központi számítógép elhagyásával arra is, hogy néhány CNC szerszámgépet összekapcsoljanak. Az összekapcsolt
- 43 - vezérlés, az alkatrész gyártási folyamatának megfeleloen a manipulációs muveletek elvégzésére is lehetoséget ad. Egy munkás ilyenkor az egész gépcsoport irányítását, felügyeletét ellátja. Takarékossági okokból az összekapcsolt CNC vezérloberendezések közül gyakran csak egyet látnak el leolvasó,berendezéssel. Ez a vezér CNC gép adja a programot a többi gépnek is (39. ábra) [ 6 ]. A NC gépeknek igen sok fajtáját dolgozták ki. Készülnek olyan CNC szerszámgépek is, amelyek teljes kézi szervo vezérléssel is muködtethetok. Ezeknél a gépeknél tulajdonképpen elvégezheto a programozás egy mintadarab legyártásával. Ezek a CMC (C omputer M a nuál C ontrol) gépek. Ha sok, esetleg egy egész üzemrész NC gépei egy nagy számítógép, mint folyamatirányító vezérloegység irányítja, akkor a szer számgépek közvetlen (direkt) úton innen kapják az utasításokat. A gépkezelo a szerszámgépen egy központi számítógéprol tud programokat be hívni, ezért ezt a rendszert DNC (D irect N umerical C ontrol) nevezik. A központi számítógép és szerszámgépek között kábel- összeköttetésen keresztül áramlik az információ, a rendszert On- line üzemnek is nevezik. A vezérloegység vezérelhet hagyományos NC gé peket kiiktatott szalagolvasóval, CNC gépeket, manipulátorokat, különféle szervo hajtásokat. Az alkatrészek programja - az NC gépek DNC kiegészíto berendezésének segítségével - a központi vezérlobe rendezéstol hívható le. Az egyes gépeken próbafutások végezhetok, a programok kinyomtathatók, változtathatók. A DNC rendszer elonyei, hogy a központi folyamatirányító számítógép összekapcsolható a gyár központi számítógépével, így a technológiai folyamatot beépíthetik a vállalat adat- feldolgozási rendszerébe. Az egész gyártási folyamat integrálható és automatizálható [ 6 ]. A tárprogramozott vezérloberendezések olyan számítógépes készülékek, amelyeket programozható ipari vezérlési feladatokra
- 44 - fejlesztettek ki. Teljesítoképességüket döntoen a szoftver határozza meg. A tárprogramozott vezérlések feldolgozóegységként PLC- t, (progra mozható logikai vezérlot = Programmable Logic Controller) mikro számítógépet vagy folyamatterminált használnak. A PLC- k olyan elekt ronikus üzemi eszközök, amelyek egy alkalmazás- orientált nyelven programozhatók, és csak vezérlésre alkalmasak. A mikroprocesszorhoz tartozó assemblyben vagy magas szintu programnyelven (pl. PASCAL) programozhatók. A program nem más, mint utasítások sorozata, amelyeket folyamatosan egymás után (szekvenciálisan) hajt végre a mikroprocesszor. A PLC muködését a programozás határozza meg. A vezérlologikát három különbözo módon határozhatjuk meg (utasításlista = Statement list: STL, létradiagram = Ladder diagram: LAD, funkcionális terv = Control system flowchart: CSF). A három programozási mód ugyanannak a vezérloprogramnak ( vezérlologikának ) a különbözo meghatározási módja. Ha a kezelo létradiagrammal vagy funkcionális tervvel adja meg a programot, a beviteli egység általában akkor is átalakítja utasítás- listává és betölti azt a PLC programtárolójába [ 16.]. A különféle vezérloberendezések csoportosítását a 40. ábrán mutat juk be.
- 45 - Szerszámgép vezérlések Egyedi vezérlés Csoportos, számítógépes vezérlés, DNC Hagyományos NC vezérlés Számítógépes CNC vezérlés NC PLC CMC NC CNC vezérlés vezérlés Miniszámítógé- Egy mikroprocesz- Több mikropes vezérlés szoros vezérlés processzoros vezérlés 40. ábra Vezérlorendszerek csoportosítása
- 46-6. A CNC gépek szerszámozása 6.1. Szerszámanyagok A szerszámozás szempontjából a gépeket két fo csoportra lehet osztani: - álló szerszámos és forgó szerszámos (41. ábra). 41. ábra Forgószerszámos revolverfej Rögzítésük lehet: - kézi vagy gépi. Kézi rögzítésu álló szerszámok befogása lehet: - hengeres csatlakozású szerszámtartóval, - prizmatikus csatlakozású szerszámtartóval, - közvetlen a revolverfejben kiképzett helyre [ 12]. A megmunkálógépeken legfontosabb kérdés a szerszámelemek csatlakozásának megoldása, illetve az automatizálás lehetosége. A külso felületek szerinti helyzet- meghatározást megvalósító prizmatikus csatlakoztatások mellett, a bizonytalan Z irányú helyzetet és nehézkes szerelhetoséget eredményezo hengeres központosítás általánosan használt. A kúpos csatlakoztatás a jó központozó képes séggel, könnyu szerelhetoséggel és bizonytalan Z irányú helyzettel tunik ki. Az automata szerszámcserélos gépeknél a szerszámtartók ISO szabvány sze rinti kúppal készülnek [ 17].
- 47 - CNC gépeken leggyakrabban használt szerszámok az un. váltólapkás (szerelt lapkás) szerszámok. Ezek anyaga legtöbbször keményfém. Tekintsük át röviden a jelenleg használatos szerszámanyagokat és szerszám kialakításokat. Leggyakoribb a keményfém, mechanikus rögzítésu váltólapka formájában. Minoség megválasztásánál ügyelni kell arra, hogy az ISO szerinti felhasználási csoportokba való besorolásnál jelentos eltérések lehetnek. Ennek az az oka, hogy sok olyan minoség van, amelynek felhasználási területe szélesebb mint az ISO csoport. A többségük bevo natos lapka: TiC, TiN, TiC+Al 2 O 3 bevonattal, vagy wolframmentes keményfém (Ni- Mo kötésu). Lapkaválasztásnál figyelembe kell venni, hogy bevonatos lapkát csak 0.1 mm/fordulatnál nagyobb elotolással használhatunk az élgömbölyítés miatt. A kerámialapkák használata ott lehetséges, ahol a fohajtás nagy teljesítményu. Az orsócsapágyazás merev, tartósan nagy fordulatszám esetén is. A kerámia alapanyaga az aluminiumoxid, a lapkákat fém kötoanyag nélkül sajtolják, ezért szilárdsága rosszabb, hoállósága jobb mint a keményfémé. Keményfémnél ugyanis a forgácsolásánál keletkezo ho hatására a Co elveszíti szilárdságát, ami az él gyors tönk remeneteléhez vezet. Kerámia esetén nincs nagy jelentosége, ezért a vágósebesség nem dönto tényezo a lapkakopás nál. Mivel a vágósebesség többszörösére való növelésénél az egy éllel forgácsolható úthossz csak kis mértékben csökken, érdemes nagy vágósebességet használni. A kerámia váltólapkák hajlítószilárdságát kemény anyagok oxidjainak (pl. ZrO 2 ), illetve karbidjainak bevitelével növelik., így sikerült nagyolásra alkalmas minoségeket is elo állítani (Krupp, Vidalox, Feldmühle SN80). Gyorsacélt csigafúróval való fúráshoz és speciális beszúrásoknál használunk. Elotérbe kerül acél megmunkálásánál a Co, Mo ötvözésu gyorsacél, illetve a bevonatos gyorsacélok (Plansee GM- S, Gühring S bevonat). Szuperkemény anyagot (pl. bórnitrid) ritkán használnak NC