cad/cam ja cnc-tehnoloogia - ene.ttu.ee ja cnc... · 1990- kaheksateljeline üheaegne juhtimine,...
TRANSCRIPT
2
Koolituse eesmärk:
Omandada üldteadmised CAD/CAM/CNC- tehnoloogiast
Omandada CNC- tehnoloogiaga seostuvaid termineid
Tutvuda juhtsüsteemidega
Kui vaatame CNC- tehnoloogia struktuuri CNC- tööpingi operaatori poolelt, siis tema oskused võiksid olla järgmised:
- lugeda jooniseid (CAD- jooniseid)- kasutada CAM programme- luua/muuta NC-koode- kasutada CNC- tööpinki
See aga eeldab CNC valdkonna (näiteks metalli, puidu jne)põhitehnoloogia aluste teadmisi või juba kogemusi antud valdkonnas.
CNC- operaator võtab ette projekteerija joonised ja täidab kõik projekteerija soovid, mis on joonisel.
CNC- operaatoril on vaja pidada hoolt CNC- tööpingi, terade(lõikeriistade) ja mõõteriistade eest. Ainult sel juhul tagatakse tõrgeteta töötamine.
Sissejuhatus CNC- valdkonda
3
Sissejuhatus CNC- valdkonda
NC/CNC- tehnika eeldab tänapäeval pingioperaatorilt/programmeerijalt järgnevaid oskusi:
- pingioperaator suudab osaliselt lugeda NC- programmi- pingioperaator oskab viia vajalikud muudatused NC-programmi- lõiketeooria tundmine (kogemus tuleb kasuks)
Hea oleks teada:
- arvutikasutamise oskuseid (CNC-tööpinkidel)- CAD/CAM - tarkvara põhimõtteid (kasutus)- luua joonisest toimiv NC-programm (käsitsi või CAM-i kasutades)- mõõteseadmete tundmine
Vaatleme CNC- tehnoloogia struktuuri CAD-joonestaja/projekteerija/disaineri suunast, kes mõtleb välja ja konstrueerib uusi tooteid (määrab ära mõõtmed, detaili materjali, toote eripärasuse jne).
CNC- tehnoloogia on eelkõige kõikide lülide kompromiss ja nende omavaheline koostöö. Kui projekteerija enda vajadustega tootmisse läheb, on tal vaja võtta arvesse ka tööstuse võimalusi, ningmasinaparki/ressursse (mitte ainult enda vajadusi/arvamusi ). Kõikide detailide valmistamisel ei ole mõtet kasutada CNC-tehnoloogiat, kuid need piirid tuleb paika panna, luues tihedamad suhted tootmisega.
NB! Mida vabamad käed on toote disainimisel/projekteerimisel, seda raskem võib olla lõpptulemusena toote valmistamine.
Sissejuhatus CNC- valdkonda
Disainer/ProjekteerijaDisainer/ProjekteerijaBIG PROBLEM!BIG PROBLEM!
4
CNC-tööpingidpaindlikkus + tootlikkus + kvaliteet
• Paindlikkus– joonisest võimalikult kiiresti valmistada cnc-tööpinkidele vajalik NC-
kood (NC programm)– cnc-tööpinkide omaduste tundmine– õigete terade ja tehnoloogiate valik– võimalik valmistada kiirelt ka väikseid koguseid detaile
• Tootlikkus– võimalikult mitu tööoperatsiooni ühe kinnitusega– cnc-tööpinkide hea tundmine/kasutamine, mis võimaldab maksimaalset
cnc-tööpingi omaduste ära kasutamist
• Kvaliteet– tööpinkide täpsus– cnc-tööpinkide kasutamise oskus– hooldus
CAM
Töötlemisrajad
Lisa võimalus (Toote
joonestamine/projekteerimine)
POST-PRO-
TSESSOR
CAD/CAM/CNC- tehnika struktuur
NC/CNC-Tööpink
Kontroller
Idee, Detail, Joonis, Visioon jne.
CAD
Tootejoonestamine/
projekteerimine
Tehnilinejoonestamine
NC-kood
NC-kood
CAD/CAM
Liikumine telgedel/
töötlemisrajad
5
Postprotsessor
Postprotsessor on fail/programm, mis loeb/pöörab ümber CAM tarkvaras tehtud töötlustehnoloogia/ töötlemisrajad ja genereerib sellest CNC-tööpingi kohase NC-
koodi automaatselt valmis.
CAD/CAMPOST-
PROTSESSORNC/CNC-Tööpink
Kontroller
NC-kood
Liikumine telgedel/
töötlemisrajad
CAD- tarkvaraMilleks kasutatakse CAD-tarkvara:
- projekteerimiseks- 2D joonestamiseks
- 3D modelleerimiseks
2D joonis mõõtudega 3D detail/mudel
6
CAM- tarkvaraMilleks kasutatakse CAM-tarkvara?
-NC-koodi tegemiseks (sisaldab operatsioonitehnoloogiat)Võimalus:
- 2D projekteerimiseks - 3D projekteerimiseks
CAD - geomeetria/joonise kvaliteet = tootekvaliteet
CNC-tehnoloogiapõhifilosoofia
Teha võimalikult mitu (kõik) Teha võimalikult mitu (kõik) ttöööö tlust tlust üühe he
kinnitusega/paigaldusegakinnitusega/paigaldusega
1
Tööpinkide ajalugu Ülevaade tööpinkidest
1952- Esimene NC-freespink, Michigan (MIT) USA1957- NC- freespink tootmises, USA AIR FORCE1959- ATC- automaatne tööriistavahetus 1970- APC- automaatne eeltööriista vahetus1972- Arvutipõhine numbriline juhtimine (NC)1975- Automaatne tööriista terahälve/tera korrigeeri mine ja riknenud tera kontrollsüsteem/tundmine1976- PC- põhine CNC-, NC- tehnika suurseeriate valmis tamisel1978- Vea diagnoos, programmeeritavad toimingud viga dele. Automaatne valmistus väiketoodangule1979- Numbriliselt juhitav tööriistavahetus pöörleva tele detailidele1982- Automaatne tehas, Fanuc-i servo-mootoritehas, J aapan1988- 32-bitine PC1990- Kaheksateljeline üheaegne juhtimine, CAD/CAM
NC/CNC- tehnika tähtsamad arengukäigud.
2
Esimene NC- tööpink (freespink)
Esimene NC- tööpink valmistati USA-s Michigani ülikoolis. See NC- tööpink koos kõige juurdekuuluvaga oli ühe toa suurune.
Käsitsijuhitavate ehk manuaaltööpinkide erinevused C NC-(arvjuhitud) tööpinkidest.
Manuaalseid/numbrilise näiduga tööpinke juhitakse käsitsi, kuid CNC-tööpinke juhitakse arvuti abiga. Käsitsi juhitavad pingid hakkavad ettevõttes jääma nö. teatud detailide tegemiseks (vanemate detailide jaoks). CNC-tehnoloogia abiga on võimalik töötlemisprotsessid automatiseerida. Tänu tehnoloogia arengule on tööpingid tänapäeval üha täpsemad ja kiiremad, inimeste oskused paremad, tulemuseks on valmistusaegade lühenemine ja kvaliteedi paranemine jne.
Numbrilise näiduga tööpink
3
Manuaalse (käsitsi) tööpingiga töödeldud detaili kvaliteet on sõltuv kasutaja enda oskustest/professionaalsusest. Kui töödeldava detailitolerants on väike, siis peab olema juba väga professionaalne tööline, et seda tagada.
NC- töötlemiskeskuste kasutamine vähendab kvalifitseeritud inimtööjõu vajadust. Juhtsüsteem hoolitseb tööriista liikumises eest ja liikumistrajektoor püsib kogu aeg sama (olenevalt NC-tööpingi täpsusest) esimesest detailist kuni viimase detailini.
Käsitsijuhitavate ehk manuaaltööpinkide erinevused C NC-(arvjuhitud) tööpinkidest.
NC/CNC- tööpingid
Arvjuhtimist kasutatakse nüüdisajal juba kõikidel tööpinkide tüüpidel.
Laastueraldamisega NC/CNC- tööpingid:- Freespingid- Treipingid- Töötlemiskeskused- Lihvimispingid- Puurpingid
Spetsiaaltööpingid NC/CNC- tööpingid:- Lasertööpink- Põletuspink- Erosioonpink- Stants
4
CNC/NC- horisontaalfreespink
CNC- freespink/töötlemiskeskus on mõeldud peamiselt nurklike toodete valmistamiseks.
CNC- tööpingid jaotatakse horisontaal- või vertikaaltööpinkideks. Olenevalt sellest, kuidas toimub töötlemisüksuse/spindli liigutamine.
Horisontaalfreespingi koordinaadistik ja suunad
CNC/NC - vertikaalfreespink
Enimkasutatava konstruktsiooniga CNC-tööpingid. Raamistiku suhtes soodsaim variant valmistada detaile, töölauale väga hea ligipääs.
NC- vertikaalfreespingi koordinaadistik ja suunad
5
NC- horisontaalfreespink
NC- horisontaalfreespingi konstruktsioon
CNC- freespink/töötlemiskeskus on mõeldud eelkõige ümardetailide valmistamiseks.
Treimistöötlemine toimub 2D- koordinaadistikus.
NC- treipink
Treipingi koordinaadistik ja suunad
1
KoordinaadistikAPJ pinkidel
Pingi koordinaadistiku “Parema käe reegel”
Freespinkide konstruktsiooni omapärast tulenevalt tuleb vaadelda erinevalt asetsevaid freespingi koordinaadistikke, mis on määratud pingi töötlemisüksuse/spindli suhtes. Üldjuhul kehtib koordinaadistiku määramisel “parema käe reegel”.
2
Pingi koordinaadistik (põhikoordinaadistik)
CAD/CAM/CNC-tehnikas kasutatavad põhikoordinaadid ja pöördeteljedon X(A), Y(B), Z(C). Telgede tunnustähed (XYZ ABC) võivad olla erinevad, olenevalt tööpingi margist. CNC-tööpinkide, töölaudade nullpunktide kohad on pinkidel erinevad ja seega erinevad ka telgede +/-suunad.
Pingi koordinaadistik
B- punkti positsioon 2- teljelises koordinaadistikus X=5 Y=3
3
Pingi koordinaadistik
A- punkti positsioon 3- teljelises koordinaadistikus X=3 Y=2 Z=4
CNC - tööpingi töötelgede mõisted
21/2 – teljeline juhitav tööpink
– tööpink liigub 3 suunda X-, Y-, Z- suunas– töötlus toimub 3 – teljelise tööpingiga– töötlus toimub, kui kaks telge liiguvad sama-aegselt
• 21/2 – teljeline freesimine, XZ - suunas
4
3 – teljeline juhitav tööpink
– tööpink liigub 3 suunda X-, Y-, Z- suunas– töötlus toimub 3 – teljelise tööpingiga– töötlus toimub, kui kolm telge liiguvad sama-aegselt
3 – teljeline freesimine, XYZ-suunas
CNC - tööpingi töötelgede mõisted
3 + 1 – teljeline juhitav tööpink– tööpink liigub 3 suunda X-, Y-, Z- suunas– töötlus toimub 3 – teljelise tööpingiga– töötlus toimub, kui kolm telge liiguvad sama-aegselt– tööpink võib olla varustatud nurga-agregaadiga (näiteks. puur, frees,
ketassaag)
CNC - tööpingi töötelgede mõisted
5
4 – teljeline juhitav tööpink– tööpink liigub 4 suunda X-, Y-, Z- (A- või B-) suunda– töötlus toimub 4 – teljelise tööpingiga– töötlus toimub, kui neli telge liiguvad sama-aegselt– frees käändub või töölaud on pööratav – töötlus toimub täisnurga all töödeldava osa suhtes
CNC - tööpingi töötelgede mõisted
5 – teljeline juhitav tööpink– tööpink liigub 5 suunda X-, Y-, Z-, A-, B - suunda – töötlus toimub 5 – teljelise tööpingiga– töötlus toimub, kui viis telge liiguvad sama-aegselt– võimalik freesida palli kujundit
CNC - tööpingi töötelgede mõisted
1
Juhtsüsteem
JuhtsüsteemKontroller (control)
Tööpingi kontroller - juhtpult koos elektrilise juhtsüsteemiga (tänapäeval juba arvuti), mis juhib tööpingi erinevaid töömehhanisme.Kontroller on tööpingi “aju”, mis paneb liikuma tööpingi teljed ja annab käsklused abimehhanismidele (kinnitused, uksed jne.)
Operaatori konsool/juhtpult ekraaniga
2
Metalli CNC- tööpinkHSC = kiirlõikefreespink
Puidu CNC-freespink
Metalli CNC- treipink
Erinevad juhtsüsteemid
• Fanuc• Sinumerik• Heidenhain• Haas• Maho• Fadal
• Fagor
3
Infovoogude hulga järgi jaotatakse arvjuhtimissüsteemi d:
1. Lahtine arvjuhtsüsteem (samm- või impulsssüsteem) = ühepoolne süsteem, ei ole tagasisidet lähtesüsteemile.
2. Suletud süsteem (tagasiside alati juhtsüsteemi kontrollerile)
3. Adaptiivsed süsteemid*
*kasutatud “Arvjuhtimisega Metallilõikepinkide Programmeerimine” Andres Kimmel materjale
Lahtine arvjuhtimissüsteem - samm- või impulss-süsteem. Iseloomulikuks tunnuseks on üksainus infovoog juhtsüsteemist pingi töömehhanismini. Töömehhanismi tegelikku asendit süsteem ei kontrolli, kuna puudub töömehhanismi asendi kontroll (tagasiside juhtsüsteemile). Süsteem ei ole täpne. Süsteemid on ehitatud sammajamite baasil. Süsteeme on kasutatud vanematel pinkidel, ning tänapäeval eelkõige väikestel tööpinkidel*.
4
Suletud süsteem (tagasiside alati juhtsüsteemi kontrollerile)
Adaptiivsed süsteemid reageerivad väliskeskkonna muutustele. Nad on võimelised korrigeerima tööprotsessi kulgu sõltuvalt süsteemi pink-rakis-lõikeriist-detail deformatsioonidest ning sellistest juhuslikest teguritest nagu lõikeriista nürinemine, töötlusvaru paksuse ja toorikukõvaduse kõikumine*.
On kahte tüüpi adaptiivseid süsteeme: piirreguleerimisega (piiravad lõikejõudu, võimsust, spindli pöördemomenti jne.) ja optimaalse reguleerimisega (ühe kriteeriumi järgi - maksimaalne tootlikkus, minimaalne omahind). Kuna adaptiivsed süsteemid on kallid ja nende programmeerimine keerukas, ei ole nad eriti laialt levinud*.
Seda tehnikat kasutatakse tänapäeval kiirlõikefreespinkidel (HSC).
*kasutatud “Arvjuhtimisega Metallilõikepinkide Programmeerimine” Andres Kimmel materjale
5
Juhtimistüübid
Juhtimistüübid liigitatakse töömehhanismi liikumiste järgi:
Positsioonjuhtimine
Täisnurkne juhtimine
Lineaarne juhtimine
Kontuurjuhtimine
Positsioonjuhtimisega süsteemides programmeeritakse töömehhanismi järjestikused positsioonid, s.t. määratakse punktide koordinaadid, kuhu pingi töömehhanismid peavad liikuma. Töötlemine leiab aset etteantud punktis.
Täisnurkne juhtimine võimaldab programmeerida pingi töömehhanismi liikumise etteantud kiirusega paralleelselt telgedega. Töömehhanism liigub ettenihkel korraga ühe telje suunas.
6
Lineaarne juhtimine võimaldab programmeerida pingi töömehhanismi liikumise etteantud kiirusega mööda sirgeid. Töömehhanism liigubettenihkel korraga kahe telje suunaliselt.
Kontuurjuhtimine võimaldab töömehhanismil liikuda programmeeritud ettenihkega pikki teatud rada üheaegselt mitme telje suunaliselt. Saab töödelda kujupindasid.
Juhtimistüübid
Positsioonjuhtimissüsteem
8
Interpolaator
Juhtsüsteemi oluline osa on interpolaator, mis võimaldab liigutada vähemalt kahte tööpingi telge üheaegselt
-Et saavutada üheaegne telgede liikumine, on töömehhanismide liikumiskiirused teiste telgedega (proportsionaalselt) ära jaotatud
-Juhtsüsteemis olev interpolaator arvutab arvuti abiga teljed nii, et lõikeinstrument liigub programmi järgi määratud positsiooni ja määratud ettenihkekiirusega (ettenihkega)
-Interpolaator jagab liikumise lõigud lähtepunktist kuni lõpp-punktini paralleelselt koordinaattelgedega sammudeks või ringjoone puhul lõikudeks, luues täiendavaid tugipunkte
-Interpoleerimissamm on määratud pingi juhtsüsteemi diskreetsusega(minimaalse nihutuse pikkus) ja detaili töötlemistäpsusega*.
Kui juhtsüsteem on ilma interpolaatorita, siis lõikeriista liikumine on võimalik ainult kas koordinaatidega kindlaks määratud positsiooni või sirgjooneliselt*kasutatud “Arvjuhtimisega Metallilõikepinkide Programmeerimine” Andres Kimmel materjale
Standalone/Modular Drivers
Lineaar-/sirgjoone interpolatsioon
Lineaar-interpolatsiooni puhul liigub tööriist sirgjooneliselt algpunktist lõpp-punktini. Lineaar-interpolatsiooni on võimalik kasutada kõikidel tasapindadel XY, XZ ja YZ, ning mitmel juhul ka kolme teljega X,Y,Z üheaegselt*.
9
Ring-interpolatsioon
Ring-interpolatsiooniga liikumine toimub piki ringjoone kaart. Lähteandemetena edastatakse interpolaatorile (arvutile) algpunkti ja lõpp-punkti positsioon ning raadius R (või nihe algpunktist kaare tsentrisse - I ja J). Ringjoone liikumisel muudab interpolaator kogu aeg telgede liikumiskiirust. Arvuti arvutab teatud ajavahemikus, näiteks. 0,001 sekundit, tööriistale uue liikumissuuna või õigemini liikumiskiiruse. Telgede liikumiskiirused reguleeritakse nii, et saavutatakse soovitud liikumissuund ja liikumiskiirus. Tööriist liigub mööda soovitud trajektoori senikaua, kuni määratakse uus suund. Liikumine toimub ikkagi väikeste sirgjooneliste liikumistega. Sammu väiksusest tulenevalt on liikumistrajektoor praktiliselt kaare kujuline.
Helical-interpolatsioon
Tänapäeva kontrolleritel on võimalik kasutada koos nii ring-interpolatsiooni (X, Y tasemel), kui ka kolmanda telje (Z) suunalist lineaar-interpolatsioon liikumist, mille tagajärjel saame keerukujulise (kruvijoonelise) tööriista trajektoori. Tavaliselt nimetatakse seda kombinatsiooni keerme-interpolatsiooniks ehkhelical-interpolatsioon.
1
Tähtsamad lühendid
CAD-Computer Aided Design
Arvutipõhine projekteerimine ehk raalprojekteerimine. Arvuti toel toote
kujundamine (joonestamine, konstrueerimine, modelleerimine); vastav tarkvarapakett
2
CAE-Computer Aided Engineering
Arvuti toel inseneriteaduste valdkonda kuuluvate ülesannete lahendamine (mehaanika
ja masinaehitus, näiteks tugevuste arvutamine); vastav tarkvarapakett
CAM-Computer Aided ManufacturingArvutipõhine valmistamine (raalvalmistus).
Arvuti toel toote valmistamine; arvjuhtimisseadmete juhtprogrammide
ettevalmistamine;
3
DNC – Direct Numerical Control
Otsene juhtprogrammi sisestamine NC-tööpinki.
FMS- Flexible Manufacturing SystemPaindtootmissüsteem; mitme
arvjuhtimisseadme automatiseeritud ühendamine ühtseks tootmissüsteemiks
4
ISO- International StandardisationOrganisation
Rahvusvaheline Standardiseerimise Organisatsioon
Rahvusvaheliste tehniliste normide loomise juhtorganisatsioon. Standardiseerimise üks eesmärkidest on see, et sama valdkonna inimesed saaksid teineteisest paremini aru.
PP- Postprocessor
Töötlemisprogramm (fail/programm), mis töötleb ümber CAM- tarkvara koodi NC-koodiks. Teiste sõnadega tõlkeprogramm.
5
RS232
Seerialiides (V.24), standardne liides arvutisüsteemi kuuluvate riistvaraseadmete
omavaheliseks ühendamiseks. Pinkidel peamiselt NC- koodi edastamiseks.
NC- Numerical ControlArvjuhtimisega tööpink. Lühendit kasutatakse vanemate tööpinkide puhul, kus programm tehti käsitsi.
kontroller
NC-tööpink
6
CNC- Computer Numerical ControlArvutipõhine arvjuhtimisega tööpink (raaljuhtimine). Numbriliselt juhitav
tööpink, programmide ettevalmistamisel kasutatakse arvutit.
PC
CNC-tööpink
kontroller
Võõrkeelsete lühendite ja terminite selgitused
Valdur Veski (Tallinna Tehnikakõrgkool)http://www.ene.ttu.ee/leonardo/cnc/