Mechanical engineering | Robotics » Korszerű szerszámgépek

http://www.doksihu 1 Korszerű szerszámgépek A korszerű szerszámgépek kifejlesztését az alábbi követelmények határozták meg: - nagyobb fő és mellékmozgási sebességek - univerzális alkalmazhatóság - pontosság és megbízhatóság növelése. Hajtások. A modern szerszámgépeknél minden mozgás önálló – fokozatmentesen szabályozható – lineáris hajtással van ellátva, amelyeket tengelyeknek neveznek. A szerszámgépek általában háromtengelyűek, de a négy és öttengelyű sem ritka. A munkadarabok felületei a szerszám és a munkadarab relatív elmozdulása révén jönnek létre, ezért a szerszám valamilyen - sík vagy térbeli - görbét ír le. Ehhez a tengelyek összehangolt együttfutása szükséges. Az együttfutó tengelyek száma szerint a szerszámgépeket egy, két vagy több dimenziósnak nevezik. 2 dimenziós a gép, ha az együtt futó tengely 2. Ezek síkbeli görbéket képeznek le 2,5 dim. ha 3 tengelyű, de csak 2 tengely tud

együtt futni 3 dim. 3 tengely fut együtt, ekkor térbeli görbe jön létre A főhajtómű egyenáramú vagy frekvencia szabályozott, esetleg vektorszabályozással ellátott váltóáramú motor. Az előtoló hajtások un pozicionáló motorokkal vannak meghajtva, amelyek egyenletes gyorsító, ill. lassító képességgel rendelkeznek ( AC, DC vagy hidraulikus ) A modern szerszámgépeket számítógéppel vezérlik, a berendezések - út, helyzet és sebességadók révén – a mozgás jellemzőket nagy pontossággal érzékelik és a programnak megfelelően szabályozzák Vázszerkezet. Az ágy megfelelő kialakítása a minőség és pontosság alapja. Feltételei: - merevség és megfelelő rugalmasság - rezgéscsillapítás - hő stabilitás. Készülhet öntöttvasból, de lehet hegesztett szerkezet is csillapító anyagokkal kitöltve. Ágyrendszer. - vízszintes elrendezésű - ferdehelyzetű - függőleges elrendezésű. A csúszó vezeték lehet lapos, (edzett

acélból, teflonbevonattal) vagy prizmatikus (öntöttvas ágy esetén az ágy anyagából kialakítva.) Lehet gördülő vezeték (görgős lánc, görgős papucs, görgős pálya), jellemző az előfeszítés, amely a holtjáték mentes futást biztosítja. Főorsó. Legfontosabb feltétel a merevség és a pontosság. Általában gördülő csapágyazású, de a kenésnek igen nagy jelentősége van. Lehet még - hidrodinamikus kenésű csúszó csapágyazású, (ez a vegyes súrlódási állapot miatt elavult) - hidró,- vagy aeróstatikus, (ultraprecízíós gépeknél) - mágneses lebegő csapágyas. A tartozékok csatlakozása szabványos. Vezérlés. A bemenő információt a műveletterv, ill. a műveleti utasítás technológiai előírásai képezik http://www.doksihu 2 Az összes információt számjegyek és betűk tartalmazzák kódolt formában, amelyet lyukszalagon rögzítenek. A lyukszalag beolvasó berendezés az utasításokat továbbítja a

rögzítetthuzalozású vezérlésnek, amely működteti a végrehajtó szerveket. A lyukszalagot minden munkadarabnál elölről kell indítani. - CNC vezérlés (számítógépes számjegyvezérlés). Szabadon programozható mikroszámítógép, amely a beadott adatokkal számításokat végez, programokat tárol, amelyek tetszés szerint behívhatók. Az utasításokat PLC vezérlőnek adja át, amely működteti a végrehajtó szerveket. Korszerű forgácsoló gépek csoportosítása: A rugalmasan programozható szerszámgépek NC vagy CNC vezérléssel vannak ellátva. Jellemzőjük, hogy a programok a geometriai (megmunkálási úthosszak) és a technológiai adatokat (sebesség, előtolás stb.) valamint a kiegészítő információkat ( hűtés ki- bekapcsolása, forgás irányváltás, szerszámváltás stb.) kódolt formában tartalmazzák, amelyek elektromos jellé alakítva aktiválják a működést biztosító egységeket. A szerszám a szerszámtárban van

előkészítve, amelyet a szerszámcserélő berendezés hoz helyzetbe. A szerszámnak többnyire külön szánrendszere van Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálására különféle típusú fúrógépek, esztergák kerültek kialakításra. Ha az esztergák CNC vezérléssel vannak ellátva, és ipari robotok szolgálják ki, akkor Esztergáló cella jön létre. Esztergáló cella csak azokat a munkadarabokat tudja készre munkálni, amelyek felületelemeinek a forgástengelye megegyezik a főorsóéval. Azt a CNC vezérlésű esztergából kifejlesztett gépet, amely képes főorsójával mellékmozgásra, illetve bizonyos szerszámaival forgó főmozgást is végez, Esztergáló központnak nevezik. Ezek többnyire 3 – 4 tengelyűek, a legkülönfélébb kialakításban. Szekrényes jellegű alkatrészek megmunkálására szolgáló berendezések a marógépek, fúró-maró művek. Ezek jellemzője, hogy az alkatrészek nem képesek forgó főmozgásra. A marógépek igen

sokféle típusúak lehetnek. CNC vezérléssel és robot kiszolgálással ellátva Megmunkáló központok jönnek létre. Jellemzői: - egy felfogásban egy gépen fúrás, marás, dörzsölés, menetvágás stb. is elvégezhető, - automatikus szerszám csere, - osztófejszerű forgó asztallal rendelkeznek, amely négy oldal megmunkálását is lehetővé teszi, - három lineáris és egy vagy két forgó mozgás is megvalósítható, - a munkadarab csere automatikus lehet, a munkadarabot palettára rögzítik. A paletta ~ 100 – 200 mm vastag lap, tulajdonképpen az asztal felső része. A géphez 2 paletta tartozik, egyiken a megmunkálás folyik, a másikon munkadarabot cserélik. A palettát vezérelhető rögzítés köti az asztaloz A cserélő szerkezet alkalmas arra, hogy a gépet a külső munkadarab ellátó rendszerhez csatlakoztassa. - a szerszámok speciálisak, a dolgozó szerszám a főorsóban van, a többi a szerszámtárban. A szerszámot speciális szerkezet

cseréli, a rögzítés, oldás és megfogás szinkronban van. A szerszámtár lehet dobtár, lánctár és síktár is. NC -szerszámgépek koordinátatengelyei http://www.doksihu 3 A munkadarab, a szerszámgép, és a szerszám koordináta-rendszere Összefüggés a koordináta rendszerek között NC-GÉPEK JELLEGZETES PONTJAI Gépi nullpont az irányítórendszer mérés tartományán belül elektronikusan beállítható pont, amely a működő rendszer mérési bázisa (a gép koordináta rendszerének kezdőpontja.) Jellege szerint a vezérlés lehet: - lebegő nullpontos vezérlés, amikor a gépi nullpont a szerszámgép mozgástartományán kívül eső elméleti pont, a gépi koordináta-rendszer origója, - fix nullpontos vezérlés (ez a gyakoribb), amikor a gépi nullpont a mozgástartományon belüli rögzített pont, és egybeesik a referenciaponttal. Referenciapont az NC -szerszámgép mozgástartományán belül villamos helyzetkapcsolókon keresztül rögzített

pont, ahova a szánokat vezérelve a vezérlés felveszi a gépi nullponthoz viszonyított koordináta értékeket. Munkadarab-nullapont a programozás során alkalmazott pont, amely a munkadarab koordinátarendszerének kezdőpontja. A munkadarab koordináta rendszerét a programozó határozza meg (irányai a jobbkéz-szabály szerintiek) úgy, hogy a munkadarab természetes (rajz szerinti) méretei legyenek a koordináta értékek. Az ilyen nullapont-elhelyezés nagymértékben könnyíti a programozó munkáját A programozás alapelve: 1. mozgó szerszám - nyugvó munkadarab, amelynek segítségével két egyszerű iránymeghatározási szabályt alkothatunk: - azoknál a koordinátatengelyeknél, amelyek irányában a szerszám végzi a mozgást, a gépi és a munkadarab-koordinátarendszer tengelyeinek iránya megegyezik. http://www.doksihu 4 - azoknál a koordinátatengelyeknél, amelyek irányában nem a szerszám végzi a mozgást, a gépi és a

munkadarab-koordinátarendszer tengelyeinek iránya ellentétes. A gépi koordináta-rendszer irányait a gép tervezésekor, illetve a vezérlőrend szer illesztése során valósítják meg, így tehát adott. 2. a Z tengely iránya mindig a szerszám fő mozgási irányába mutat A CNC program Programfelépítés A készítendő programnak tartalmaznia kell a megmunkálására vonatkozó összes geometriai és technológiai információkat, és a vonatkozó kapcsolási információkat. A geometriai információk tartalmazzák a szerszámmozgatások módját. A technológiai információk az előtolásról, forgácsoló sebességről illetve fordulatszámról tartalmaznak adatokat. A kapcsolási feladatokhoz tartozik például a főorsó forgásirányváltása, a szerszámváltások. A hűtés, és kenés kapcsolása és a programvégi kapcsolások. Mondatfelépítés A megmunkálásokat különálló lépésekre bontjuk. A megmunkálás minden lépését a vezérlés számára

egy-egy programsorként, mondatként adjuk meg. N2O GOO X30 ZO FO.3 S1600 T03 MOS A mondat, szavakból épül fel. Mondatszám Az N mondatszám, például N20, (angolul: number) az egyes mondatok megjelölésére, azonosítására szolgál. A vezérlés a mondatokat sorrendjük szerint dolgozza fel Útfeltételek A koordináták meghatározására szolgáló szavakkal együtt a G geometriai információk szabják meg, hogy a szerszám és a munkadarab egymáshoz képest milyen mozgásokat végezzenek. A PROGRAM FELÉPÍTÉSE A CNC alkatrészprogram tartalmazza mindazokat az információkat, amelyek a munkadarab gyártásához szükségesek. Általában a program futásának sorrendje megegyezik a programmondatok sorszámával A programozó technológus végiggondolja a megmunkálás sorrendjét, felbontja a lehető legkisebb egységekre (a mondatra). Az előző fejezet szerint a szükséges információkat kódolja A főprogram. Minden egyes alkatrészhez rendelhető egy NC program,

ezt nevezzük fő programnak A főprogram a program azonosítójától a „programvége” karakterig terjed. A főprogram felépítése, és a programmondatokban használt kódok függenek a konkrét vezérlő által megkívánt programszerkesztési elvektől. A ciklus. A CNC vezérlők gyártói definiálnak különböző speciális programrészleteket, amelyekkel a felhasználók a munkájukat megkönnyíthetik. Ezek a különös programrészletek mindig azonos módon működnek. A szubrutin. Egy alkatrész megmunkálása közben - különösen megmunkáló központokon – egy programrészletet olykor többször is fel lehet használni, mert a munkadarabon azonos geometriájú felületelemek, vagy felületelem csoportok találhatók. A CNC vezérlők szinte kivétel nélkül lehetővé teszik, hogy az egyik mondatszámról a másikra lehessen ugrani, vagyis új mondatszámtól folytatódjon a http://www.doksihu 5 megmunkálás. Szubrutinok azok a programrészletek, amelyek a

főprogramban találhatók, elhelyezésüket tekintve a programvége kód után következnek és többször felhasználhatók. Az alprogram. Bizonyos geometriai elemcsoportok több alkatrészen is előfordulnak Ezeket felesleges minden egyes alkatrész megmunkálásakor újra és újra leírni, elegendő egyszer elkészíteni azt a programrészletet, amely a megmunkálás folyamatát tartalmazza, és ez a programrészlet a főprogramba behívható. Az önállóan is működő rövid programokat, amelyeket bármely főprogramba be lehet illeszteni, alprogramnak nevezzük. Szerszám korrekció Az esztergakések stabilitási, kopási okokból és a felületminőség javítása miatt nem rendelkeznek pontos szerszámcsúccsal (P0), élük lekerekített Mivel a programozásnál és szerszámkorrekciónál hegyes szerszámokat vettünk alapul, a ferde és íves felületek megmunkálásánál ez torzulásokhoz vezet. Az NC gépeknél ezeket a pontatlanságokat azzal küszöbölik ki, hogy a

programozó az adott szerszám lekerekítési sugarától függő távolságban a tárgy körvonalával párhuzamos, egyentávolságú pályát számított ki és programozott be. A számítások rendkívül időigényesek voltak és csak egy lekerekítési sugarat érintettek. A CNC gép mikroszámítógépe és szoftvere a programozó helyett elvégzi az egyentávolságú pálya meghatározását. Ehhez meg kell adni a vezérlés számára a lekerekítési sugár nagyságát és az elméleti szerszámcsúcs helyét (P0) a lekerekítés középpontjához (S) képest jellegszámok (19) formájában. Ezeket az adatokat a gépkezelő a gép beállításakor egyéb szerszámadatokkal (hosszirányú és keresztirányú eltérés) együtt adja be a korrekciós tárolóba. Ahhoz, hogy az egyentávolságú pályát a vezérlés egyértelműen meg tudja határozni, meg kell adni, hogy a korrekció a munkadarab beprogramozott körvonalától „balra” vagy „jobbra” történjen-e. Ezt az

útfeltételekkel tehetjük meg. CAM- rendszerek A CAM betűszó jelentése az angol Computer Aided Manufacturing (számítógéppel segített gyártás) kifejezésből ered. A korszerű CNC megmunkáló gépnek van vezérlő számítógépe, vannak érzékelő-, visszajelző elemei, hagyományos típustársától kissé eltér a gépteste, és kiegészítő, kiszolgáló berendezésekkel van felszerelve. A CNC gépek vezérlő számítógépe lehet egybeépítve a megmunkáló géppel, vagy attól független. Ha külső számítógépről üzemeltetjük a CNC gépet, akkor DNC-ről (Direct Numerical Control), azaz közvetlen számvezérlésről beszélünk. Az eddig tárgyalt programírási mód http://www.doksihu 6 kitűnő lehetőséget nyújt a programozás megtanulásához, de sok hibát rejt magában. A kézzel megírt program nem próbálható ki, csak a szerszámgépen, „levegőben vágással”, vagy a szerszámgép vezérlő számítógépén szimulálással. CNC

programok írásakor rendkívül fontos a folyamatos ellenőrzés, hisz a helytelenül pozícionált szerszám tönkreteheti a berendezést, de veszélyt jelenthet a kezelő, kiszolgáló személyzetre is. A kézi programozás nem termelékeny A drága berendezéseket üzemeltető gyárak nem engedhetik meg magunknak, hogy megmunkáló gépük azért legyen kénytelen várni, mert nem kapta meg időben a CNC programot. Minél többet lehet újrafelhasználni egy információt - jelenesetben az alkatrész geometriáját -‚annál kisebb az újragenerálásból adódó hibák lehetősége, és a programozási idők is jelentősen csökkennek. Például, ha a tervezési osztály CAD- (Computer Aided Design = számítógéppel Segített tervezés) programot használ, felesleges az ott készített rajz kinyomtatása, majd újra elektronikus formába öntése a CNC program írása során. A ma elterjedt CAM rendszerek közül szinte mindegyik képes valamilyen szinten fogadni a CAD

állományokat, legalább alapgeometriát 2D-ben. A komplexebb CAD rendszerben megtalálhatunk integrált CAM modulokat, így a tervező egyben a gyártástechnológiát is cl tudja készíteni. A CAD felhasználás CAPP (Computer Aicled Process Planning = számítógéppel segített gyártástervezés) rendszerrel együttműködve megkönnyíti a tervezési és technológiai csoportok együttdolgozását, és így gyártáshelyes termékek tervezését. Számítógépes rendszeren keresztül nagy mennyiségű adatot gyorsan lehet eljuttatni, p1. a tervezőtől a technológushoz, és ezáltal nem fordulhat elő, hogy a tervező olyan tervet készít, amely nehezen, vagy egyáltalán nem gyártható az adott körülmények között. Integrált CAD-CAM rendszert használva, az adatbázisban megtalálhatók a gyár gépparkjának, készülékeinek, eszközeinek napra kész adatai. A tervező egyszerre tervezi meg az alkatrész geometriáját és készíti el a gyártástechnológiát, ide

értve a felfogási, megmunkálási tervet is. Lineáris felépítésű CAP programok. A CAP betűszó az angol Computer Aided Part Programing rövidítéséből ered, magyar jelentése számítógéppel segített CNC programozás. A lineáris CAP programok elnevezésüket a közvetett algoritmusok alakjáról kapták (4.1 ábra) A geometriai rész tartalmazza a munkadarab alakját pontokból, vonalakból, ívekből, görbékből. Ez hasonlatos a CAD rendszerek végtermékének felépítéséhez. A szerszámok rész a felhasznált megmunkáló szerszámok adatbázisa. A mozgásokat tartalmazó rész rendeli hozzá a geometriai elemekhez a megfelelő szerszámot, szerszámokat. A CL File az angol Cutter Location File szavakból ered Ennek az ideiglenesen létrejövő adathalmaznak az értelmezése, és a számítógép vezérlőjének megfelelő formátumba öntése a posztprocesszor feladata. A CL adat fájl a geometria és szerszámmozgások gépi kódú formáját tartalmazza. Az

adatállomány formátumát szabvány rögzíti, mégis meglehetősen bonyolult, alkalmatlan az ellenőrzésre. A szerszámgépen való gyártást mindig megelőzi az ellenőrzés kézzel, az egyes sorok értelmezésével, korszerűbb vezérlőkön szimulálással. Elterjedt, de nem termelékeny módszer a levegőben vágás vagy műanyag munkadarab készítése. Modell jellegű rendszerek. Amennyiben az ellenőrzés az utolsó lépés a gyártás előtt, akkor a gyártás költsége és ideje megnő. Ennek oka a kedvezőtlenül felhasznált gépidőben keresendő Ha a szerszámgépet nem termelésre, ha nem a CNC programok ellenőrzésére, a hibák javítása miatt módosított vagy selejt munkadarabok megmentésére használunk, az nemcsak a gépidő, hanem a felhasznált energia, nyersanyag, emberi erőforrás pazarlását is jelenti. A kilencvenes évek elején jelentek meg a modell jellegű CAP rendszerek. A korszerű rugalmas gyártócellák vagy automatikus gyárak igénylik a

legsűrűbb programcserét. A meg növekedett igényeket már nem lehetett manuálisan vagy a lassú, lineáris CAP szoftverekkel kielégíteni. A megoldás a modell jellegű rendszerek bevezetése volt E rendszer legfontosabb jellemzője a dinamikus, adatbázisra épülő gyártómodell, amely lehetőséget nyújt az azonnali ellenőrzésre, módosításra még a kezdeti lépésekben bekövetkező változások esetén is. A modell jellegű CAP program tömbvázlatát a 4.2 ábra szemlélteti http://www.doksihu 7 Modellkörnyezetben a szerszám útján keresztül tartalmazza a geometriát a rendszer, amely vonalakból és körívekből vagy egyenesekből és körkörös mozgásokból állhat. Különböző szintek, layerek alkalmazásával feltüntethetjük a munkadarab alakján kívül a szükséges befogó-, rögzítő- és más elemeket. Ekkor a tervező azonnali visszajelzést kap az esetleges ütközésekről, de jobb láthatóságot és valósághűbb animációt is

eredményez, ha nemcsak a munkadarab és a szerszám szerepel a képernyőn, hanem a felfogó készülékek is. A sorrend rész leírja az egyes szerszámmozgások sorrendjét és a szerszám és befogókészülékek cseréjét is. A jellemzők tartalmazzák a különféle technológiai jellemzőket, p1 a gyorsmeneti szintet és szerszámkorrekciók értékét. Gyártás megtervezése során, egy-egy új lépés hozzáadásának hatását azonnal értékelni lehet. Ütközéseket, hibás megmunkálásokat még a posztprocesszálás előtt ki lehet szűrni. Az ellenőrzés lehetősége tehát adott a tervezés minden pillanatában. A kérdéses területekre ‚rá lehet közelíteni”, így lehet megvizsgálni az apró részleteket Az újabb rendszerek az ellenőrzés pontosítására felületmodellezést is használnak, amelyet anyagjellemző színekkel tesznek még plasztikusabbá. A kész és ellenőrzött modell posztprocesszálása után, azaz az adott

szerszámgép-vezérlő-számítógép kombinációnak megfelelő alakba öntése, a kész CNC programot hajlékonylemezen vagy vezetéken (RS232-es szabvány csatlakozón keresztül) be lehet tölteni a vezérlő számítógép memóriájába. Természetesen DNC megmunkálás esetén ez nem szükséges, mert a modellező számítógép memóriája lesz a háttértár. A rendszer automatikusan kiszámolja az egyes technológiai paramétereket, az előtolások, fordulatszámok értékeit, ehhez a kiinduló adatokat a szerszám-könyvtárban található adatfájlból kapja. A számolt megmunkálási idők továbbíthatók más rendszerek felé, mint a CAMP rendszerek (Computer Aided Procluction Management = számítógéppel segített gyártásszervezés). A modell jellegű rendszerek használatával a felhasználó jobban tud összpontosítani a megmunkálási, technológiai kérdésekre, jobban, mint a programozási problémákra. A programozó kipróbálhat többféle változatot, és

kiválaszthatja az optimálist a számítógépes modellezés alapján. http://www.doksihu 8 A számítógéppel integrált gyártás (CIM) tehát a termeléshez kapcsolódó vállalati feladatok olyan együttese, amelyben a feladatok közötti adatszolgáltatási kapcsolatokat, a feladatok végrehajtását számítógépes rendszer biztosítja, irányítja és ellenőrzi. A számítógépes rendszer tagjai egymással hálózatot alkotnak (LAN). A kapcsolatot a gyártó-rendszereken belül az üzenetközvetítő (MMS) szolgáltatások hozzák létre