CNC programozás alapjai

1. CNC programozás alapjai Bevezetés

2. NC szerszámgépek fejlődése • Az NC - technika, amely a Numerical Control angol szavak kezdőbetűiből származik és a magyar fordítása "számvezérlés" - létrejöttét, fejlődését az alábbi évszámokhoz és kutatókhoz köthetjük: • - 1808. J. M. Jaoquard, francia selyemszövő és mechanikus a róla elnevezett szövőszéken lyukkártyákat alkalmazott. Ez jelentette a cserélhető 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 számjegyvezérlések alapelveit. • - 1946. J. W. Mauchly és J. P. Eckert az USA-ban elkészítette az első digitális számítógépet. Ők teremtették meg az elektronikus adatfeldolgozás alapjait. • - 1949-52. J. Parsons és az M. I. T. (Massachusetts Technológiai Intézet) fejlesztett ki egy rendszert, amelyben a munkadarab megmunkálását közvetlenül egy számítógép vezérelte • Az első működő magyar NC-gép az ERS 200 szakaszvezérlésű eszterga volt, amit Csepelen gyártottak és az 1960-as BNV-n mutattak be

3. NC szerszámgépek fejlődése • Az elképzelés négy lényeges tétele, a következő volt: • 1. Egy pálya elérendő pontjainak tárolása lyukkártyákon. • 2. A lyukkártyák adatainak automatikus beolvasása a gépbe. • 3. A beolvasott helyzetek folyamatos kiadása és közbenső értékek számítása annak érdekében, hogy • 4. a szervomotorok a tengelyek mozgását vezérelni tudják

4. összehasonlítás A szerszámgépet számok és betűk programozásával vezéreljük. A működtető program tetszőlegesen változtatható, ismételhető és megfelelő formában tárolható. Az NC-technika lényegét a legjobban úgy lehet megérteni, ha összehasonlítjuk a hagyományos és az NC-eszterga működését. • Fordulatszám. A hagyományos szerszámgép főorsójának fordulatszámát a munkadarab elkészülése során többször kell változtatni, ezt a gépkezelő a forgácsolási folyamatot megszakítva a megfelelő kapcsoló karokkal végzi, majd utána folytathatja az megmunkálást. • Az NC-gép számára betűk 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 lévő beosztásos tárcsa (noniusztárcsa) jeleit figyelve a dolgozó állítja le a szánmozgást a kívánt hosszúság elérésekor. Így készíthető hengeres vagy sík felület. Az alakos alkatrészeket csak különleges készülékkel, a gép állításával vagy alakos szerszámmal lehet elkészíteni. • A szán mozgási sebessége (előtolása) az előtoló-hajtómű áttételeinek kézi kiválasztásával állítható be

5. összehasonlítás • Hagyományos kézi vezérlésű esztergagép

6. CNC gépek • A jelen és jövő cnc gépei cnc1 cnc2

7. A NC technika és a szerszámgép • Az NC-gép szánjait nagy pontosságú golyós orsók mozgatják, amelyeket villamos motorok forgatnak. Az elfordulás mértékét és sebességét az orsókhoz kapcsolt elektronikus mérőrendszer érzékeli. Így a szükséges elmozdulás hosszúsága és sebessége is betű-szám kombinációkból álló kóddal programozható. Van tehát egy olyan berendezés, amelyekbe ezeket a kódokat "be lehet adni",rendszerint lyukszalag beolvasásával lehet beprogramozni. Ezt nevezzük számvezérlésű (NC) berendezésnek. A hagyományos és az NC-gépek közötti alapvető különbség, hogy az NC-gép a kezelő beavatkozása nélkül végzi el a műveleteket. Ezért nem kell használni az elmozduló géprészekhez kézi kezelő elemet, a gép kezelőjének forgácsolás közben nem is kell néznie a munkadarabot. Az NC-szerszámgép külső formájában is eltér a hagyományostól, kialakításának legfontosabb célja, hogy az NC-technika minden lehetőségét a legjobban lehessen kihasználni. A hagyományos és a CNC-esztergát összehasonlításánál az utóbbi vezérlőberendezése a gép szerves része, és nagyon kis helyen elfér. Ez a kis helyszükséglet az elektronika fejlődésének eredménye, amely lehetővé tette azt is, hogy egyre több vezérlési feladatot lehessen.

8. CNC technika - A CNC (Computer Numerical Control) olyan számvezérlésű berendezés, amely szabadon programozható mikroszámítógépet is tartalmaz. Működését alapvetően a beépített mikroszámítógép programozása határozza meg. Ezt a programot - kitörlődés ellen biztonságosan védve - a vevő készen kapja, ami a CNC-berendezés üzemprogramja (szoftvere). A szerszámgép állandóan optimálisan működtethető, mivel a CNC több részegységet vezérel, felügyel a kenésidőre, a holtjáték kivételére, a biztonsági reteszelésekre, az általános hibaállapot kijelzésére. - A CNC gép külső jegyeiben is eltér a kézi működtetésű gépektől. A képernyő a program kijelzésére a billentyűzet a program beadására, illetve módosítására szolgál. Robosztus, merev felépítésű, jellemzője a gépet beborító burkolat. Nincsenek, vagy nem a megszokott helyen találhatók a kézi vezérlőelemek. Speciális konstrukciós megoldásokkal is találkozni, hol a szerkezeti elemek hasonlóak, de a gép felépítése eltérő (pl. NC v. CNC lézersugaras kivágó, lángvágó, lemezdaraboló).

9. CNC gépek fő részei Vezetékek. Napjainkban gördülő vezetékeket alkalmaznak a forgácsoló szerszámgépek döntő többségénél. Ezek lehetnek golyós illetve görgős kivitelűek a terhelés függvényében.

10. CNC gépek fő részei • Mozgató orsók. A lineáris szánok mozgását leggyakrabban golyósorsó- anya párral oldják meg. Az orsó és az anya közötti kapcsolatot agolyók biztosítják. A súrlódás hatásfoka jó (éta= 0.95 ), a hézagmentesség, a nagy merevség pontos mozgást tesz lehetővé.Holtjáték kiküszöbölésére előfeszítést alkalmaznak, két anyát kell egymással szemben felhelyezni.

11. CNC gépek fő részei • A golyók visszavezetését VV taggal v. áthidaló elemmel oldják meg. Ilyen áthidaló elemes megoldást látni az ábrán. Golyós orsó áthidaló taggal

12. CNC gépek fő részei • Motorok. Szabályozott egyenáramú (DC) vagy váltóáramú (AC) hajtómotorral közvetlenülhajtva, az orsó elfordulását mérve (közvetett útmérés) pontos szánmozgást lehet elérni. • Főhajtóműveknél az asszinkron váltóáramú (AC) motorokat alkalmazzák. Az előtoló hajtások motorjainak (pozícionáló motorok) legfontosabb tulajdonsága a nagy, ugyanakkor egyenletes gyorsító - lassító képesség • Útmérők. Mérési eljárás szerint lehetnek abszolút vagy növekményes mérőrendszerek

13. Útmérő rendszerek fajtái – Abszolút mérés szánelmozdulásra vonatkoztatott minden méret egy kiindulási ponthoz, a mérőrendszer nullpontjához mérve abszolút értelemben jelenik meg. – Növekményes mérés a szánelmozdulásmértékét egy-egy útméret egység folyamatos megszámlálásával érzékeljük, ill. e diszkrét egységek egész számú többszörösével adjuk meg minden útszakaszra külön-külön, nem a nullponthoz, hanem a korábbi szánhelyzethez képest az útegységek összeszámlálásával

14. Méret megadás

15. Méretmegadás

16. Méretmegadás

17. Szerszámtartók. Külön érdemes itt megemlíteni a CNCforgácsológépek szerszámtartóit, melyek önálló szerkezeti egységként az egyik legfontosabb szerepet töltik A baloldali 2 revolverfejes, a jobboldali ábra lánctáras szerszámtartót ábrázol.

18. Ez a 4 tengelyes esztergagép 12-12 szerszámot a jobboldali ábra megmunkáló-központja 90 szerszámot tárolhat. A munkadarab fajtájától függően 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 szerszámot. Ezzel költségnövelő átszerszámozási időket takaríthatunk meg.Minél összetettebbek a megmunkálási lépések, annál több szerszámot kell a szerszámtárba helyezni. A szerszámváltás automatikusan történik, pontos és gyors. A gép árát jelentősen növeli (kb.15-20%).

19. Az első alkatrész elkészítése előtt: • 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 vezérlő berendezésbe (CNC). • 5. A programot először a gép működése nélkül ellenőrizni kell a vezérlőberendezésen belül. • 6. El kell készíteni az alkatrészt. Ezek részben programozói, részben gépkezelői feladatok, mint hogy azonban ismerni kell egymás tevékenységét is, ezért beszélünk CNC-megmunkálási ismeretekről, amelyekre a szakmunkásnak, technológusnak, művezetőnek, üzemmérnöknek egyaránt szüksége van.

20. A számvezérlés elve • Most, hogy megismerkedtünk az alapvető 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 főirányokat kell figyelembe venni. • A koordináta rendszereket, nevezetesen a derékszögű (Descartes-féle) koordináta rendszert már az általános iskolai tanulmányok során is használtuk pontok, egyenesek ábrázolására.

21. X,y,z tengely kijelölése Az első főtengelyt X, a második főtengelyt Y, a harmadik főtengelyt pedig Z-nek nevezték el. A koordináta rendszer kezdőpontját (origóját) legtöbbször a gép alaphelyzetének megfelelő pontra helyezik. Ez eszterga típusú gépeknél – ennek megfelelően - a munkadarab befogó (pl.:tokmány) homlokfelülete és a munkadarab forgási tengelyének metszéspontja, tengelyeit pedig a szánmozgások irányának megfelelően választják meg. Egyezményesen tehát a főorsó tengelye a "Z", a keresztszán mozgatása az "X" tengelyt jelöli ki

22. A programozási koordináta rendszer felvételének vezérelve, hogy a Z tengelyirány mindig a szerszámgép főorsójának szimmetriatengelye legyen, és a szerszám pozitív Z irányú mozgásakor a munkadarab és a szerszám közötti távolság növekedjen. (pl. cnc marógép)

23. Gépi koordináta rendszer A gépi koordinátarendszer origója a gép referenciapontja. Ahhoz hogy a CNC tudja az egyes szánok abszolút helyzetét, bekapcsolás után ebbe az origóba kell elküldeni a szánokat. Egyes CNC-k lehetővé teszik a gépkezelő által kijelölt gépi nullpontfelvételét is. Ahol a munkadarab mozog a tengelyek előjele megváltozik. Az NC program készítésénél a munkadarab koordinátarendszert kell előállítani és ebben kell a programot megírni. A programozás során minden mozgást a szerszámmal végzünk, a munkadarab áll. Ez programozási koordináta rendszer A szerszámgépeken azonban nem mindig a szerszám mozdul el. Azon tengelyek mentén, ahol a mozgást a munkadarab végzi, a gépi és a programozási koordináta rendszer tengelyeinek iránya fordított. A programozást a programozási koordináta rendszerben végezzük el. Az NC gép mindig a gépi koordinátarendszerben mozog. A munkadarab koordinátarendszer origójának helyzetkoordinátáit automatikusan veszi figyelembe, és számolja hozzá a programozott adatokhoz.

24. Vonatkoztatási pontok A koordinátatengelyeken kívül a számvezérlésű szerszámgépeken meghatározott pontokat ismegjelölnek, amelyeknek a programozás és gépkezelés során van jelentőségük.

25. Vontakoztatási pontok jelölése • Jelölésük szabványos az alábbi felsorolás ismerteti.

26. Vonatkoztatási pontok ismertetése -Gépi nullpont, M: A gépi nullpont a gép nem változó - nem eltolható koordináta rendszerének kezdőpontja (nullpontja). Ezt a pontot a gép gyártója rögzíti, és a gépen lévő összes további koordináta rendszer és vonatkoztatási pont kiindulási pontja. – Referenciapont, R: A referenciapontot a szerszámgép gyártója választja meg, amelyet azért rögzítenek, hogy a szerszámot (pl. a munka megkezdése előtt) pontosan meghatározott kiindulási helyzetbe lehessen beállítani. – A referenciapont a szerszám- és szánmozgás mérőrendszerének hitelesítésére és ellenőrzésére alkalmas és használatos. – A referenciaponttal a mérőrendszernek egy alkalommal, pl. a gép bekapcsolása után tájolást adnak, ezáltal a gép munkaterében minden pont egyértelműen elérhető. – Munkadarab nullpontja, W: A munkadarab nullapontja a munkadarab koordinátarendszerének kezdőpontja (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 tetszőlegesen jelöljük ki, hanem mindig arra gondolva, hogy lehetőleg megkönnyítsük a programozási munkát. A koordinátákat lehetőség szerint közvetlenül a műhelyrajzról vegyük át. A rajz méretmegadását figyelembe kell venni

27. Vezérlés

28. Teljes munkafolyamat régen 1. A felfogási terv tartalmazza a munkadarab azonosításához szükséges adatokat, a munkadarab vázlatát a felfogáshoz szükséges főbb méretekkel, a munkadarab koordinátáit a gép koordinátáihoz viszonyítva, valamint a befogókészülék megnevezését. Az elkészítéséhez szükséges segédleten fel kell tüntetni a gép felfogóelemeinek jellemző méreteit, a programozható munkatartományt. Segédletként szerepelnek a különböző készülékek, katalógusok is. 2. A megmunkálási terv a művelettervhez, műveleti utasításhoz hasonlóan tartalmazza a munkalépéseket, a technológiai adatokat, a szerszámterv azonosítási számát és a munkadarab azonosításához szükséges adatokat. A segédletek a technológiai tervezéshez szükséges szempontokat tartalmazzák.

29. Teljes munkafolyamat régen • 3. A szerszámterv a műveleti sorrendnek megfelelő szerszámok adatait és a hozzájuk tartozó technológiai adatok kódjeleit, a szerszámok vázlatát, beállítási méretét tartalmazza. Segédletként szerszámkártyákra van szükség, amelyeken feltüntetik a szerszámok jellemző adatait, a különböző anyagminőségekhez és az adott géphez tartozó technológiai adatok kódjelét. • 4. A koordinátaterv a munkadarabnak a programozás koordinátarendszerében való ábrázolása. Elkészítésének alapja a felfogási terv, mint segédlet. A koordinátaterv tartalmazza a megmunkáláshoz szükséges összes útinformációt, a munkadarab és a szerszám relatív pályáját. • 5. A programlap az előbbi tervek alapján állítható ki és a megmunkálási terv szimbolikus leírását tartalmazza. Segédletként a gép kódtáblázatára van szükség, amely a gépen beállítható technológiai adatok kódjelét tartalmazza.

30. Programnyelv szerkezete A CNC vezérlések programozási nyelve - hasonlóan a számítógépi programnyelvhez- speciális szintaxissal és szemantikai szabályokkal rendelkezik. Ma már kizárólag a címkódos rendszert használják. A címzési eljárás segítségével a szavak a mondaton belüli helyüktől függetlenül dekódolhatók, így a szavak sorrendje kötetlen. A programlap tartalmazza a megmunkáláshoz szükséges valamennyi kapcsolási és útinformációt is. Az egyes utasításokat általában "szó"-nak nevezik és a több szóból álló "mondat" legtöbbször a megmunkálási folyamat valamely ciklusának egy szakasza (pl. szerszám előrefutás, visszafutás). A szimbolikus nyelv lehet betűkből (alfabetikus), számjegyekből (numerikus) és betű és számjegyekből álló (alfanumerikus). Ez utóbbi a legelterjedtebb. A program mondatokból áll. Egy mondat minden olyan adatot tartalmaz, amely egy művelet végrehajtásához szükséges (pl. X50 F.5). Minden mondat több szóból áll. Minden szónak meghatározott jelentése van (pl. F.5   0.5 mm/ford. előtolás). A szó egy betű és számjegyek kombinációja. A betűt címnek nevezzük. X 50 cím szám A programmondat felépítési szabályait a programozási utasítások tartalmazzák, ezek vezérlőberendezésenként különböznek egymástól. Az eltérő programozási utasításokban azonban sok azonos kód is van. Az alfanumerikus nyelv esetében az egyes utasítások betű- és számjelekből állnak. A betűjel mint "címzés" alapján kerülnek az egyes utasítások a funkciónak megfelelő tároló- vagy elosztóegységbe. A számjelek az egyes funkciókon belüli utasításadatokat tartalmazzák. Az alfanumerikusrendszernél az utasítások sorrendje (szórend) nem kötött, változatlan utasításokat nem kell még egyszer leírni. A programozás egyszerűbb. Általánosságban megemlítjük azokat az információkat, amelyeket egy programrésznek tartalmazni kell. Ezek a következők (MSZ 9226-73 szerint) [ 6] : - a programazonosító - a mondatformátum sorszáma (mondatszám) (N) - koordinátaértékek, geometriai információk (X, Y, Z, A, B, C, I, H, K) - művelet-előkészítő (G) funkciók - kapcsolási, vagy más néven segédfunkciók (M) - fordulatszám kódja (S) - szerszám kódja (T) - szerszámkorrekció kódja (H, D) - előtolás kódja (F) - programciklusra vonatkozó utasítások. A szavak tartalmilag négy nagyobb csoportba sorolhatók: programtechnikai, geometriai, technológiai, programszervezési. A szó általában egyetlen gépi funkcióra vonatkozó utasítás. A mondat egy pályaelemhez vagy akár egy teljes műveletelemhez tartozó össze utasítást tartalmazza. A vezérlés a cím megfejtésével (dekódolás) értelmezi az adatokat. Elvileg teljesen közömbös, a különböző gépfunkciókhoz milyen címbetűket rendelünk hozzá. Az egységesítés azonban elengedhetetlen feltétel, így az egyes vezérlések az ISO előírásokhoz ragaszkodnak. A következőkben összefoglaljuk az MSZ 9226 és az MSZ 9227 alapján a szabványos művelet-előkészítő funkciókat

31. Tervezés folyamata napjainkban • CAD tervező rendszerek • CAM • CNC szimulátorok

32. A műhelyi programozás mellett a programozás gyakran a munka-előkészítő részlegekben zajlik. Ezzel a CNC gépek állásideje lecsökken és a programozást egy zajmentes helyen végezhetjük, így egy koncentráltabb, hibamentesebb programozás válik lehetővé. Ettől függetlenül az optimalizálást és a programkorrekciót továbbra is a gépnél kell végezni, tehát a gépkezelőnek ismernie kell az ide vonatkozó programszerkezetet és a vezérlés teljes programozását. A kézi programozó-helyeken a PC-t ugyan úgy kell programozni, mint a gépet. Csak a gép kezelőpultját váltja fel a PC billentyűzet. A CNC programot közvetlenül át lehet vinni a szerszámgépre. A szoftver szimulálja a programot, szerszámadatok bevitele után figyelembe veszi azokat, szintaktikai hibákra figyelmeztet, kirajzolja a szerszámpályákat, stb.

33. Gépi programozásnál a programot már nem CNC mondatokban adjuk meg a PC-n, hanem az adott rajz alapján mértani alapelemek segítségével határozzuk meg a munkadarabot. A megmunkálási sorrendet és a munkadarab körvonalának megmunkálási pályáját a képernyőn rögzíthetjük. Ezekből az információkból a technológiai és kapcsolási adatok hozzá-rendelése után előáll a forrásprogram. Ez a szerszámmozgások meghatározását egy általános formában tartalmazza. Így azokat a gépi programozóhelyeken is lehet szimulálni. A poszt-processzor (program) a forrásprogramot az adott vezérlésre jellemző CNC programra fordítja. Minden CNC vezérlés-típushoz külön speciális posztprocesszor szükséges. Nagy előnye, hogy a munkadarabot különböző vezérlésű gépeken is egyszerűbb legyártani, mivel a megmunkálás rajza, a forrás-program rendelkezésre áll, (és csak egyszer kell elkészíteni).

34. A rajzok elkészítésénél egyre nagyobb jelentőséggel bírnak a CAD rendszerek. Miután elkészült a rajz, a munkadarab alakjának összes adata geometriai alapelemek (pontok, egyenesek, körök stb.) formájában áll rendelkezésre. • Ezeket az adatokat a CNC program elkészítésekor használja fel a rendszer. A megfelelő program segítségével csak a megmunkálás sorrendjét és a technológiai adatokat kell a geometriai információkkal összekapcsolni. Ugyan úgy mint a gépi programozó-helyeknél egy forrásprogram készül, amelyet a posztprocesszor CNC programmá fordít le. Az ilyen, a tervezéstől a gépi megmunkálásig terjedő koncepciót nevezzük CAD-CAM rendszernek [ 16] . • Az alkatrészprogram előkészítő munkahely működéséhez szükséges adatok adatbázisokban vannak tárolva. Ezeket az adatbázisokat egy központi adatbázis-kezelő rendszeren keresztül érik el az egyes modulok. Az adatbázis-kezelő rendszer biztosítja a rendezett adattárolást, a gyors adatelérést a programok közötti adatforgalmat, az adatátvitelt, az adatbázisok karbantartását, valamint egységes adatkezelési módot nyújt a felhasználó számára. • Az adatbázis-kezelő rendszer szolgáltatásai az egyes programmodulokon keresztül automatikusan, illetve a felhasználó által előírt módon érhetők el. A kezelés döntő mértékben menütechnikával, rámutatásos alapon történik, gépeléssel csak a legszükségesebb esetekben kell adatot megadni. Az adatbázisok telepítése úgynevezett "fa" rendszerű. Egy adott adathoz egy azonosító, vagy azonosítók láncolatának kijelölése útján jutunk.

35. WINCAM