cad/cam povezave pri procesu struŽenja · integrirana proizvodnja, cnc programiranje, cam sistemi,...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Matic STRMČNIK

CAD/CAM POVEZAVE PRI PROCESU STRUŽENJA

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje

Strojništvo

Maribor, avgust 2016

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo


Diplomsko delo

Študent(ka): Matic STRMČNIK

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Strojništvo

Smer: Proizvodno strojništvo

Mentor: Red. prof. dr. Jože BALIČ

Somentor: Doc. dr. Simon KLANČNIK

Maribor, avgust 2016


- II -

I Z J A V A

Podpisani Matic Strmčnik, izjavljam, da:

je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,

da je predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

da so rezultati korektno navedeni,

da nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

da soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter

Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in

elektronske verzije zaključnega dela.

Maribor,_____________________ Podpis: ________________________


- III -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju (mentorjema) Jožetu Baliču

in (so)mentorju Simonu Klančniku za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi staršem in punci, ki so mi skozi

celotno delo stali ob strani in me podpirali.


- IV -


Ključne besede: CAD/CAM povezave, standardi, protokoli za povezavo, računalniško

integrirana proizvodnja, CNC programiranje, CAM sistemi, CAD sistemi

UDK: 004.896:621.941(043.2)

POVZETEK

Ker so potrebe po delu vedno večje in delo vedno natančnejše, je delo potrebno poenostaviti .

V proizvodnji se je to naredilo tako, da so z leti uvajali CAD in CAM sistema in njiju nato

povezali. To je imelo velik vpliv na produktivnost dela, natančnost, čas in na druge faktorje.

V svojem diplomskem delu sem predstavil del računalniško podprte proizvodnje. Sem spadata

CAD in CAM sistema. Ta sistema sem podrobno opisal, ter prikazal njuno medsebojno

povezavo. Prikazal sem tudi model povezave CAD/CAM-a, iz katerega je razvidno kako

poteka prenos neke informacije iz računalnika do obdelovalnega stroja, ter opisal delovanje

postprocesorja. Izpostavil sem tudi nekaj najpogostejših standardov, ki so pri CAD/CAM

povezavah najpogosteje uporabljeni. Na koncu diplomske naloge sem to povezavo prikazal še

s praktičnim primerom. V mojem primeru sem uporabil program Mastercam, ki omogoča

CAD in CAM sistema. S pomočjo tega programa sem skonstruiral risbo, sprogramiral izdelek

in dobil zapis, ki sem ga vstavil v obdelovalni stroj. To mi je dalo vpogled v sistema CAD in

CAM. Z dobro CAD/ CAM povezavo lahko vodimo izdelek skozi celoten cikel dela z

računalnikom. Rezultati mojega študija so prikazali, da je nabava CAD/CAM sistema in

vzpostavitev povezave nujno potrebna pri konkurenčnost, saj omogoča bolj učinkovito

proizvodnjo. Ampak dokler je prisoten človeški faktor bojo napake vedno prisotne.


- V -

CAD/CAM NETWORKING IN THE PROCESS OF TURNING

Key words: CAD/CAM networking, standards, protocols for networking, Computer

Integrated Manufacturing, CNC – programming, CAM systems, CAD systems

UDK: 004.896:621.941(043.2)

ABSTRACT

Because the need to work is increasing and getting more accurate, the work needs to be

simplified. In manufacturing, that was done over the years when they started to use CAD and

CAM system and connecting them. That had a major impact on productivity, accuracy,

timing, and other factors. In my thesis I presented part of the computer-aided manufacturing.

This includes CAD and CAM system. Those systems I described in detail, and showed their

mutual connection. I showed the model of connection of CAD / CAM, from which is seen the

transfer of information from a computer to the machine, and described how postprocessor

works. I also highlighted some common standards in CAD / CAM connection which are

commonly used. At the end of the thesis I have displayed this connection with practical

example. In my case, I used program Mastercam that include CAD and CAM systems.

Through this program I designed the drawing, programmed product and got the code, which I

inserted in the machine. This gave me an insight in CAD and CAM systems. With good CAD /

CAM connection we can lead entire product cycle with a computer. The results of my study

have shown that the purchase of CAD / CAM system and the establishment of connections are

necessary for competitiveness, which is enabling more efficient manufacturing. But as long as

there is human factor present there will always be errors.


- VI -

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

1.1 Opis splošnega področja dela ............................................................................................. 1

1.2 Opredelitev dela .................................................................................................................. 1

1.3 Struktura diplomskega dela ................................................................................................ 1

2 RAČUNALNIŠKA INTEGRACIJA PROIZVODNJE ................................................ 3

2.1 Opis CAD in CAM sistemov .............................................................................................. 4

2.1.1 Računalniško podprto konstruiranje (angl. Computer Aided Design) ....................... 4

2.1.2 Računalniško podprta izdelava (angl. Computer Aided Manufacturing) ................... 6

3 CAD/CAM - POVEZAVE ............................................................................................... 9

3.1 Model povezave CAD/CAM ............................................................................................ 10

3.2 Standardne oblike prenosa podatkov med CAD/CAM .................................................... 11

3.2.1 Format IGES (angl. Initial Graphic Exchange Specification) ................................. 12

3.2.2 Format STEP (angl. Standard for the Exchange of Product Model Data) .............. 12

3.2.3 Format VDA – FS (angl. Verband der Automobilindustrie – Flächenschnittstelle) 12

3.2.4 Format PDES (angl. Standard for the Exchange of Product Model Data) .............. 13

3.2.5 Format SET (angl. Standard d'Echange et de Transport)........................................ 13

3.2.6 Format CLDATA (angl. Cutter Location Data) ...................................................... 13

3.2.7 Format IRDATA (angl. Industrial Robot Data) ...................................................... 13

3.3 Protokoli za komunikacijo med CAD in CAM ................................................................ 13

3.3.1 Industrijske mreže..................................................................................................... 14

3.4 IEEE priporočila za nakup CAD/CAM-programske opreme ........................................... 15

4 NC-PROGRAMIRANJE Z UPORABO CAD/CAM SISTEMOV ............................ 17

4.1 Programiranje v programu Mastercam ............................................................................. 18


- VII -

4.2 Praktični prikaz primera struženja v programu Mastercam.............................................. 18

5 RAZPRAVA .................................................................................................................... 25

6 SKLEP ............................................................................................................................. 26

7 LITERATURA ............................................................................................................... 27


- VIII -

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 3. 1: Prikaz standardnih formatov prenosa datotek .............................................. 12

Preglednica 3. 2: Primerjava protokolov MAP in TOP ............................................................ 14

KAZALO SLIK

Slika 2. 1: Primer računalniško integrirane proizvodnje [2] ...................................................... 4

Slika 2. 2: Glavni namen uporabe CAM-a ................................................................................ 6

Slika 2. 3: Pretvorba nevtralne datoteke pridobljene iz CAD v NC program ............................ 8

Slika 3. 1: Diagram CAD/CAM procesa ………………………………………..……............ 9

Slika 3. 2: CAD/CAM proces ................................................................................................... 10

Slika 3. 3: Model procesa CAD in CAM.................................................................................. 11

Slika 4. 1: Izbira postprocesorja za struženje………………………………………………....19

Slika 4. 2: 2D risba izdelka z dodatkom ................................................................................... 19

Slika 4. 4: Nastavitev parametrov orodja ................................................................................. 20

Slika 4. 5: Nastavitev končnih parametrov orodja ................................................................... 20

Slika 4. 6: Prikaz izbire obdelovalne ploščice .......................................................................... 21

Slika 4. 7: Prikaz nastavitve obdelovalnega noža..................................................................... 21

Slika 4. 8: Označevanje poti orodja .......................................................................................... 22

Slika 4. 9: Simulacija izdelka pred obdelavo ........................................................................... 22

Slika 4. 10: Simulacija izdelka po obdelavi ............................................................................. 23

Slika 4. 11: Postprocesiranje programa .................................................................................... 23

Slika 4. 12: Zapis NC kode ....................................................................................................... 24


- IX -

UPORABLJENE KRATICE

CAD - Computer Aided Design

CAE - Computer Aided Engineering

CAM - Computer Aided Manufacturing

CAP - Computer Aided Planning

CAPP - Computer Aided Process Planning

CAS - Computer Aided Services

CAQ - Computer Aided Quality

CNC - Computer Numerical Control

DXF - Drawing Exchange Format

IGES - Initial Graphic Exchange Specification

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

ISO - International Organization for Standardization

MAP - Manufacturing Automation Protocol

NC - Numerical Control

OSI - Open System Architecture

PDES - Standard for the Exchange of Product Model Data

RIP - Računalniška integracija proizvodnje

SET - Standard d'Echange et de Transport

STEP - Standard for the Exchange of Product Model Data

TCP/IP - Transmission Control Protocol / Internet Protocol

TOP - Technical and Office Protocol

VDA – FS Verband der Automobilindustrie – Flächenschnittstel

http://en.wikipedia.org/wiki/Verband_der_Automobilindustrie


- 1 -

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja dela

Če povežemo vse operacijske in nadzorne računalnike, obdelovalne stroje, robote in druge

naprave v podjetju v en skupen interaktiven sistem dobimo računalniško integrirano

proizvodnjo. To je pristop pri katerem uporabljamo računalnike za nadzor celotnega

proizvodnega procesa. Ta integracija omogoča, da si posamezni procesi med seboj

izmenjavajo informacije in sprožijo dejavnosti. S pomočjo računalniških integracij so lahko

proizvodnje hitrejše in tudi možnost, da bi prišlo do napak se zmanjša. Glavna prednost ti.

integrirane proizvodnje je sposobnost ustvarjanja proizvodnih procesov. Računalniško

integrirana proizvodnja je sestavljena iz računalniško vodenega konstruiranja (CAD),

planiranja proizvodnje (CAP), proizvodnje (CAM), kontrole (CAQ) in servisnega planiranja

(CAS). Z vsemi temi tehnikami, ki so povezane med seboj imamo potem kontrolo nad stroški,

analizami, kontrolo skladiščenja, produktivnostjo, materiali in simulacijami na enem zaslonu.

Najpomembnejša je povezava CAD/CAM, ki omogoča proizvodnji, da je hitrejša,

kvalitetnejša in cenejša, kar si torej želi vsako podjetje.

1.2 Opredelitev dela

Namen diplomske naloge je raziskati področja računalniško integrirane proizvodnje s

poudarkom na CAD/CAM-povezavah. Naloga vsebuje opis povezav med CAD in CAM

področjem, pregled standardov, priporočila za povezavo, protokole, ki se jih je treba držati za

uspešno komunikacijo med CAD in CAM in model povezave, ki prikazuje projektiranje

izdelka od začetka do konca njegove izdelave. V nalogi je povezava med CAD in CAM

sistemom predstavljena tudi s konkretnim praktičnim proizvodnim primerom.

1.3 Struktura diplomskega dela

Diplomska naloga je razdeljena na teoretični in praktični del. V teoretični del je vključenih pet

poglavij v katerih so opravljene raziskave in analize računalniško integrirane proizvodnje. V

praktičen del je vključeno eno poglavje, kjer je prikazana konstrukcija izdelka, programiranje

tega izdelka v programskem paketu Mastercam in generiranje CNC-kode. V prvem poglavju


- 2 -

bom predstavil in opisal CAD/CAM-sisteme, ki sta najpomembnejši povezavi pri RIP. V

drugem poglavju bom prikazal standardne oblike prenosov med CAD in CAM povezavo,

protokole za komunikacijo med njima in priporočila za nakup CAD/CAM programske

opreme. Tretje poglavje se nanaša na praktični primer, kjer bom prikazal konstrukcijo izdelka,

programiranje in generiranje NC kode. Nalogo bom zaključil z razpravo in sklepom, kjer bom

predstavil svoje ugotovitve.


- 3 -

2 RAČUNALNIŠKA INTEGRACIJA PROIZVODNJE

Računalniško integrirana proizvodnja (RIP) je proizvodni pristop, pri katerem uporabljamo

najnovejšo in najsodobnejšo računalniško tehnologijo, računalniška grafiko, sistemi za

produkcijo, CNC, industrijske robote, simulacije programov, CAD, CAM, umetno inteligenco

in še ogromno drugih področij. Takšen pristop omogoča, da lahko vsak individualen proces

izmenjuje informacije z drugimi procesi in izvaja ukrepe. [2, 10]

Iz integracij CAD, CAM, CAE, CAPP, CAQ funkcij se da sestaviti celoten RIP-sistem,

vendar morajo biti v sistem zajeta tudi stroškovna področja, področja administracije in

vzdrževanja. Najpomembnejša je povezava procesa konstruiranja (CAD) s procesom

proizvodnje (CAM). Ta povezava omogoča prenos informacij med sistemoma.[2, 10]

Če želimo imeti proizvodne sisteme povezane je pogoj določena stopnja avtomatizacije

sistema. RIP pomeni vso avtomatizacijo v proizvodnem procesu, zaradi katere so informacije

povezane. RIP je v bistvu nekakšnem nadzorni sistem, za izmenjavo podatkov. Vsaka

sprememba, ki se zgodi v nekem sistemu, se lahko istočasno spremeni tudi v drugih sistemih,

če je to potrebno. [2, 10]

Na sliki 1 je prikazan primer tovarne, kjer je celotna proizvodnja avtomatizirana z uporabo

računalniško integrirane proizvodnje. Vse funkcije so vodene z uporabo računalnikov. Vse se

začne z računalniško podprtim konstruiranjem, nato uporabo računalniško podprte

proizvodnje in se nadaljuje z avtomatskim skladiščenjem in distribucijo. Računalniški sistem

kontrolira vse kar se dogaja, to pomeni od začetka ideje do prodaje izdelka. [10]


- 4 -

Slika 2. 1: Primer računalniško integrirane proizvodnje [10]

2.1 Opis CAD in CAM sistemov

2.1.1 Računalniško podprto konstruiranje (angl. Computer Aided Design)

Računalniško podprto konstruiranje (CAD) je uporaba računalniških sistemov, ki so v pomoč

pri snovanju izdelkov, modificiranju, analiziranju in optimiziranju. S CAD sistemom se da

izboljšati kvaliteto dela, pregled nad delom, povečati produktivnost in izboljšati kontrolo nad

procesom. V začetni fazi določi konstrukter funkcijo izdelka, obliko, lastnosti materiala, način

izdelave itd. Pri tem si pomaga z:

lastnimi izkušnjami (že izvedene rešitve, prejšnje verzije izdelka),

priročniki,


- 5 -

standardi,

opravljenimi numeričnimi analizami,

pravili in predpisi v podjetju,

uveljavljeno prakso v podjetju in

s svojo lastno intuicijo. [1, 11]

Aktivnosti pri CAD:

razvojne dejavnosti,

tehnični preračuni,

razne meritve,

konstruiranje in

konstrukcijske risbe. [1, 11]

Ena izmed najpomembnejših stvari pri CAD-sistemih je grafična programska oprema. To

vključuje programe za generiranje slike na ekranu in manipulacijo z njo. Pri sodobnih

računalniških sistemih igra pomembno vlogo tudi računalnik, saj so programi vedno bolj

izpopolnjeni, zahtevni kar pa še posebej obremeni računalnik. [1, 2, 11]

CAD-sistem ima štiri funkcionalna področja:

geometrijsko modeliranje (v tem področju se ustvarja grafična slika predmeta, ki jo

lahko manipuliramo po želji),

inženirske analize (obsegajo izračune deformacij in napetosti, analize toplotnih

obremenitev in prenosa toplote, ukvarjanje z diferencialnimi enačbami),

testiranje konstrukcije (testiranje, preverjanje toleranc, kolizije),

avtomatizirano risanje (direktno kreiranje inženirskih risb iz CAD-modela in baze

podatkov: kotiranje, šrafiranje, detajliranje). [2]

CAD se lahko uporablja za oblikovanje krivulj in slik v dvodimenzionalnem (2D) prostoru ali

oblikovanje krivulj, površin in celot v tridimenzionalni (3D) prostoru. CAD je zelo

pomemben pri industrijskih umetnostih, še posebej v avtomobilski industriji, ladjedelništvu,

letalstvu, arhitekturi itd.


- 6 -

Najbolj uporabljeni programski paketi za CAD:

AutoCAD

CATIA

Pro/ENGINEER

Solid Edge

SolidWorks

2.1.2 Računalniško podprta izdelava (angl. Computer Aided Manufacturing)

Kratica (CAM) pomeni računalniško podprta proizvodnja, katera omogoča, da lahko z

uporabljanjem računalnikih programov upravljamo stroje, orodja in robote. CAM se lahko

nanaša tudi na uporabo računalnika, da pomaga pri vseh dejavnostih v proizvodnem obratu,

vključno z načrtovanjem, upravljanjem, prevozom in skladiščenjem. Povezava med

računalnikom in proizvodnim procesom je lahko:

neposredna: pri tem je računalnik direktno povezan s proizvodnim procesom

posredna: računalnik se uporablja za podporo proizvodnih operacij in ni direktne

povezave med računalnikom in proizvodnim procesom. [3 ,4, 6, 9, 13]

Najpomembnejša naloga CAM-sistema je, da model narisan v dvodimenzionalnem ali

trodimenzionalnem prostoru na osnovi CAD-modela uporabi za pridobitev G ali M kode.

Koda, ki jo pridobimo se uporablja za izdelovanje točno določenega izdelka z uporabo CNC-

stroja.

Slika 2. 2: Glavni namen uporabe CAM-a [5]


- 7 -

Pod področja CAM spadajo:

Programiranje obdelovalnih strojev,

računalniško podprta priprava proizvodnje,

kontrola kvalitete,

prilagodljivi obdelovalni sistemi,

delo z roboti,

planiranje proizvodnje,

spremljanje naročil in planiranje proizvodnih resursov ter

spremljanje proizvodnje. [3, 10]

Prednosti sistema CAM:

Zmanjšana možnost napak

Nemoteno delovanje strojev med pripravo NC-programov

CAM-programska oprema deluje na vseh tipih CNC obdelovalnih strojev.

V CAM-program lahko vnesemo in shranjujemo lastno znanje in izkušnje, tako da se

lahko ponavljajoče naloge rešujejo hitreje, zanesljiveje in varneje.

Simulacije NC-programov za zgodnje odkrivanje napak.

Naknadne spremembe konstrukcije ali dizajna se lahko hitro prepoznajo in jih je moč

prevzeti direktno iz CAD-modela. [7, 13]

Slabosti sistema CAM:

Sistem CAM potrebuje za vsak CNC-stroj lasten po meri konfiguriran postprocesor.

Če CAD-model izdelka ne obstaja, s CAM-programom ne moremo izdelati NC

programa zanj.

Računalniška simulacija obdelave v CAM-programu največkrat ni 100% zagotovilo,

da je NC-program brez napak.

CAM-programska oprema prinaša dodatne stroške za šolanje in usposabljanje

delavcev. [7, 13]

Zelo pomemben del CAM-sistema je POSTPROCESOR. To je računalniški program, ki je

sestavni del CAM-programa. Vso programiranje, ki ga opravljamo se avtomatsko generirajo

v CAD/CAM sistemu. Sem spadajo tudi poti orodja, ki pa se shranjujejo v CLDATA (cutter

location file), ki nam pove, kje se orodje nahaja. Te informacije lahko mi potem procesiramo.


- 8 -

Naloga postprocesorja je, da vse te informacijo, ki jih dobi v fazi programiranja na koncu

pretvori v NC-kodo, ki je razumljiva točno določenem krmilju.

Slika 2. 3: Pretvorba nevtralne datoteke pridobljene iz CAD v NC program [13]

Postopek izdelave NC programa s pomočjo programske opreme:

V sistemu CAM določimo geometrijske podatke za surovec, končni izdelek, določimo

vpenjanje, po potrebi nastavimo tudi lineto. Pred programiranjem NC programa je potrebno

izbrati pravilen postprocesor za določen CNC stroj na katerem bomo izdelali izdelek, saj tako

CAM sistem pozna robne pogoje in lahko določi primerne pomike. Potrebne poti

orodja,obdelovalne ploščice, orodja za obdelavo določi programer in jih prevzame iz zbirke

orodja ali jih določi sam. Operacije, ki so potrebne za obdelavo izdelka se programirajo

zaporedno. Pri vsaki operaciji moramo torej določiti obdelavo, orodje, ploščico, pomik

vrtljaje, referenčno točko, odmike in ostale parametre. Vse obdelovalne operacije

najpogosteje kontroliramo s pomočjo simulacij. Ko smo izdelali vse obdelovalne operacije za

izdelavo določenega izdelka, s pomočjo postprocesorja generiramo in shranimo NC program

za obdelavo na CNC stroju. Načrte, program, ter priporočila dostavimo do operaterja na CNC

stroju, ki na podlagi le teh opravlja stroj.


- 9 -

3 CAD/CAM - POVEZAVE

Slika 3. 1: Diagram CAD/CAM procesa [13]

CAD/CAM-povezava je najpomembnejša povezava, ki povezuje proces konstruiranja CAD s

procesom proizvodnje CAM. To zagotavlja pretok informacij med obema sistemoma. Namen

povezave CAD/CAM je hitrejša, cenejša, in boljša proizvodnja. CAD/CAM-povezava lahko

znatno skrajša čas od zasnove izdelka do njegove izdelave, kar vključuje NC-programiranje,

pripravo in izdelavo orodja ter izdelavo prototipa. Še posebej je pomembno NC-

programiranje, saj lahko tu z vsako operacijo reguliramo čas izdelave izdelka. Pod

programiranje spadajo tudi simulacije, znatno zmanjšajo možnost napak in s tem pripomorejo

k bolj učinkovitem delu. [1, 2, 7]

CAD/CAM povezavo lahko razdelimo na tri stopnje:

Snovanje izdelka s pomočjo s pomočjo programskega paketa,

generiranje podatkov za krmiljenje

vnos izdelovalnih podatkov v numerično krmilje določenega stroja ali prilagodljivega

obdelovalnega sistema. [4, 3]


- 10 -

CAD/CAM-sistem je v pomoč delavcu na področjih kot so:

snovanje

preračunavanje

izdelovanje načrtov

dokumentacija

proizvajanje,

simulacija,… [3]

Slika 3. 2: CAD/CAM proces [3]

3.1 Model povezave CAD/CAM

Slika 6 prikazuje potek povezave iz CAD-procesa v CAM. Najprej se risba z vsemi podatki,

ki smo jo skonstruirali v enem izmed CAD-programov prenese v CAM s pomočjo IGES

formata ali Internega formata. IGES format uporabimo takrat, če CAD in CAM nista

združljiva, interni format pa če sta. To gre naprej do faze procesiranja, kjer se simulira

obdelava in pri tem uporabi baze podatkov v kateri so shranjene datoteke orodij, materialov,


- 11 -

strojev, podprogramov. Ko se procesiranje konča se vse informacije shranijo v datoteke

CLDATA, IRADATA, GMDATA, ki vsebujejo krmilne informacije. V zadnji fazi

poprocesiranja prilagodimo podatke za izbrani stroj. [1, 2, 7]

Slika 3. 3: Model procesa CAD in CAM [2]

3.2 Standardne oblike prenosa podatkov med CAD/CAM

S širjenjem računalnikov in programske opreme na trgu je potrebno standardizirati določene

elemente na vsaki stopnji, zato da so investicije v programsko in strojno opremo, ki so jih

naredile firme, niso popolnoma izgubljene in se lahko uporabijo brez večjih sprememb

novejših in različnih sistemov. V tem času je mogoče dobiti programsko in strojno opremo od


- 12 -

različnih prodajalcev in je nato lahko povezana v en enoten sistem. Zaradi tega mora biti

strojna in programska oprema združljiva. To se doseže z ohranjanjem pravilnih vmesnih

standardov na različnih ravneh. Standarde uvajamo, da bi se izognili odvisnosti od

računalniških oprem oz. odvisnosti pri prenosu programov. [2, 7]

Za realiziran prenos informacij med programsko opremo so standardizirane tudi datoteke, kot

prikazuje preglednica 3.1 .

Preglednica 3. 1: Prikaz standardnih formatov prenosa datotek

Grafika Risbe Izdelki Protokoli Krmilja

PHIGS IGES PDES MAP CLDATA

GKS-3D SET STEP TOP IRDATA

CGM VDAFS CAD-NT PROFI APT

CGI

3.2.1 Format IGES (angl. Initial Graphic Exchange Specification)

IGES-standard je najbolj razširjen med uporabniki CAD/CAM-sistemov. Uporabi se v

primeru, če CAD in CAM-sistema nista združljiva. Je format, ki je kompatibilen z vsemi

CAD/CAM sistemi. Predstavlja različne geometrijske in negeometrijske podatke. Za uporabo

IGES-a potrebujemo dober komunikacijski medij in prevajalnik sposoben spreminjati podatke

v format IGES in obratno. [2, 7]

3.2.2 Format STEP (angl. Standard for the Exchange of Product Model Data)

STEP-standard, je družina mednarodnih standardov, ki predstavljajo, kako zastopati in

izmenjati digitalne informacije izdelka. Digitalni podatki izdelka morajo vsebovati dovolj

podatkov za pokrivanje celotnega življenjskega cikla izdelka is sicer od načrtovanja do

analize, izdelavo, nadzora kvalitete, podpornih funkcij izdelka. Da se to dosega se uporablja

format STEP, ki zajema geometrijo, topologijo, tolerance, razmerja, atribute, sestavke,

konfiguracijo, material, tehnologijo, itd. STEP je bil v glavnem zasnovan za delo z velikimi

količinami strukturno kompleksnih inženirskih podatkov. [7, 9]

3.2.3 Format VDA – FS (angl. Verband der Automobilindustrie – Flächenschnittstelle)

VDA – FS-standard je CAD-format za izmenjavo podatkov za prenos površinskih modelov iz

enega CAD sistema v drugega. Najbolj razširjen je v avtomobilski industriji, kar pove že

http://en.wikipedia.org/wiki/Verband_der_Automobilindustrie


- 13 -

njegovo samo ime. Standard je bil določen z nemško organizacijo VDA. VDA – FS je

nadomestil standard STEP, ISO 10303. [3, 7]

3.2.4 Format PDES (angl. Standard for the Exchange of Product Model Data)

PDES-standard je standard za izmenjavo podatkov med naprednimi CAD in CAM-programi.

Opisuje celoten izdelek, vključno iz geometrijskih vidikov slik, lastnosti materialov, toleranc

in končnih specifikacij. Na začetku je bil mišljen kot nadgradnja IGES-a. [3, 7]

3.2.5 Format SET (angl. Standard d'Echange et de Transport)

SET-standard je bil razvit za zračno in letalsko industrijo. Razvili so ga z namenom, da bi

odpravili slabosti v predhodnih standardih. Čeprav je precej nepoznan, pokriva vse glavne

funkcije CAD-sistemov in je možen za nadgradnjo.

3.2.6 Format CLDATA (angl. Cutter Location Data)

Ta format se uporablja pri programiranju CNC-strojev in prikazuje pot orodja.

3.2.7 Format IRDATA (angl. Industrial Robot Data)

Izhaja iz formata CLDATA in se uporablja za manipulacijo robotov.

3.3 Protokoli za komunikacijo med CAD in CAM

Za komunikacijo med računalniki, CNC-stroji, robotskimi sistemi, delovnimi postajami so

bili razviti komunikacijski protokoli. S standardizacijo teh bo uporabnik lahko medsebojno

povezav različne informacijske sisteme. To omogočata standarda ISO/OSI. OSI omogoča

defininiranje protokolov tako, da imajo vsi medsebojno povezani sistemi isto funkcionalnost.

Najbolj znani konfiguraciji OSI modela sta MAP in TOP protokola, ki spadata pod

industrijske mreže.


- 14 -

3.3.1 Industrijske mreže

Industrijske mreže omogočajo uporabniku, da se poveže s strojno opremo. Največkrat se te

mreže uporabljajo v CAD/CAM-povezavah. Med industrijske mreže spadata dva zelo znana

standardna protokola. To sta protokol za avtomatizacijo proizvodnje (MAP) in protokol za

avtomatizacijo pisarniškega poslovanja (TOP). Oba protokola sta v skladu z ISO OSI-

standardom in razdeljena v sedem nivojev. Poleg teh dveh protokolov se uporablja še protokol

CNMA, ki je prirejen za manjša podjetja, protokol Fieldbus in protokol MMS. [3, 7]

Preglednica 3. 2: Primerjava protokolov MAP in TOP [3]

Nivo MAP TOP

7. Uporabniška ISO FTAM 8571 ISO FTAM 8571

6. Prikazovalna NULL NULL

5. Upravljalna ISO 8327 ISO 8327

4. Transportna ISO 8073 / CLASS 4 ISO 8073 / CLASS 4

3. Mrežna ISO 8473 ISO 802.2

2. Podatkovno proizvodna IEEE 802.2 ISO 802.2

1. Fizična IEEE 802.3 ISO 802.4

Protokol za avtomatizacijo proizvodnje (MAP)

Je komunikacijski standard, ki ga je razvilo podjetje General Motors. Razvit je bil z

namenom, da odpravi ovire pri tovarniški avtomatizaciji oz. da omogoči komuniciranje

naprav z računalniki v proizvodnji. Temelji na širokopasovnem prenosu podatkov.

Prednosti MAP:

čas inštalacije je kratek,

vzdrževanje je enostavno,

možnost odpravljanja napak,

poveča prilagodljivost sistema,

poveča komunikacijske zmogljivosti znotraj tovarn. [2, 7]


- 15 -

MAP aplikacije:

nadzorovanje in kontroliranje podatkovnih sistemov,

kontrola kakovosti,

robotske celice,

prilagodljivi obdelovalni sistemi,

razdelilni numerično kontrolni sistemi. [2, 7]

Protokol za avtomatizacijo pisarniškega poslovanja (TOP)

TOP je še eden izmed zelo uporabljenih protokolov, ki jih je razvil Boeing. Je zelo podoben

protokolu MAP. TOP-protokol se uporablja za izdelavo zahtevne komunikacijske strukture.

Uporablja se najbolj za avtomatizirane pisarniške sisteme.

TOP vsebuje:

elektronsko pošto,

prenos datotek,

predelavo serije,

izmenjavo podatkov,

upravljanje z bazami podatkov

poslovno analizo,

pisarniške dokumente. [2]

3.4 IEEE priporočila za nakup CAD/CAM-programske opreme

IEEE priporočila obstajajo, da pomagajo uporabnikom pri nakupu programske opreme:

Standard IEEE je sestavljen iz šestih členov:

prvi prikazuje namenskost priporočil in njihov izvor,

drugi prikazuje referenčne standarde, ki lahko pomagajo temu standardu,

v tretjem členu najdemo definicije,

v četrtem členu je prikazanih devet korakov, ki se jih moramo držati pri nabavi

programske opreme,

v petem členu so opisani posamezni koraki in

šesti poda povzetek uspešnega nakupa kvalitetne programske opreme. [2, 7]


- 16 -

Pri izbiri programske opreme moramo biti pozorni na lastnosti, kot so:

programska oprema mora biti svetovno uveljavljena,

mora nam nuditi stvari, ki jih potrebujemo (NC-modul, dober volumski modelirnik,

generiranje G-kode, omogočati normalno delo na operacijskem sistemu windows,

imeti mora podporo za izdelavo dokumentacije in konstruiranje načrtov),

enostavna za uporabo in učenje,

znana more biti cena,

oprema mora biti skladna s standardi. [2, 7]

Kako ugotoviti zahteve za programsko opremo:

v zahtevku za ponudbo moramo definirati izbrano programsko opremo, da dobavitelj

ve, kakšno opremo mi potrebujemo,

določiti moramo tak standard, da zagotovil izbiro najboljšega ponudnika,

določiti moramo obveznosti kupca in dobavitelja,

planirati moramo kaj storiti, če pride do nepredvidljivih okoliščin.


- 17 -

4 NC-PROGRAMIRANJE Z UPORABO CAD/CAM

SISTEMOV

Pri NC-programiranju CAD/CAM-sistemov se uporablja interaktivna grafika. Programiranje

se izvaja na grafičnem terminalu CAD/CAM-sistema. V sistemu CAM se geometrijski

podatki za surovec, končni izdelek in vpenjanje preberejo v obliki CAD-modelov. Pred

programiranjem NC programa je z namenom lažjega programiranja pogosto potrebno

nekoliko spremeniti oziroma prilagoditi obdelovalno geometrijo. Nastavimo oz. izberemo tudi

obdelovalni material in CNC-stroj na katerem bomo izdelali izdelek, saj tako CAM-sistem

pozna robne pogoje in lahko določi primerno hitrost podajalnih gibov. Potrebna orodja za

obdelavo se prevzamejo iz sistema za upravljanje orodij ali se določijo v sistemu CAM.

Operacije, ki so potrebne za obdelavo izdelka se programirajo zaporedno. Pri vsaki operaciji v

grafične vmesniku izberemo obdelovalno geometrijo, s pomočjo pogovornih oken pa še

želeno orodje ter ostale tehnološke in obdelovalne parametre. Vse obdelovalne operacije

najpogosteje kontroliramo s pomočjo simulacij. Ko smo izdelali vse obdelovalne operacije za

izdelavo določenega izdelka, s pomočjo postprocesorja generiramo in shranimo NC program

za obdelavo na CNC-stroju. Navodila ter priporočila za operaterja in seznam orodij se natisne

ali shrani v digitalni obliki. Poleg obdelave podatkov za specifično obdelovalno naročilo, je

naloga CAM-sistemov tudi arhiviranje in standardizacija. [3, 12]


- 18 -

4.1 Programiranje v programu Mastercam

Mastercam je izdelalo podjetje CNC Software inc..Programski paket Mastercam, je eden

izmed prvih programskih paketov, ki omogoča računalniško podprto načrtovanje in

računalniško podprto proizvodnjo (CAD/CAM). Sedaj je ta program tudi najbolj razširjen na

svetu. Omogoča različne module kot so:

Modul za 3D risanje in modeliranje s površinami, kjer uporablja različne vmesnike (

DXF, STEP, IGES, VDA-FS,…),

prostorninski modul ( omogoča enostavno modeliranje s telesi )

modul za 2.5 osno rezkanje, vrtanje, 3D rezkanje kontur,

modul za različne strategije obdelave površinskih in prostorskih 2D in 3D modelov,

modul za struženje, odrezovanje, zarezovanje, vrtanje, rezanje navojev, C-osno

vrtanje,…

modul za programiranje žičnih erozij. [1, 2, 3]

4.2 Praktični prikaz primera struženja v programu Mastercam

Preden se lotimo programiranja, moramo dobro preučiti načrt in tehnologijo izdelka. Pri

natančnem pregledu načrta določimo vpetje komada, preverimo tolerance, preverimo, kje

je izdelek toplotno obdelam (če je toplotno obdelan) in s tem vidimo, kje je izdelek

trši/mehkejši. Te informacije kasneje uporabimo pri programiranju. Iz tehnologije

moramo razbrati informacije, ki jih potrebujemo za programiranje:

Mere surovca,

material surovca,

toplotne obdelave ( kaljenje, plamensko kaljenje, induktivno kaljenje,…),

predhodne obdelave izdelka (razrez, vrtanje, struženje, rezkanje,…),

kasnejše obdelave izdelka (npr. brušenje, stuženje, rezkanje, vrtanje,…),

stroj na katerem se izdelek struži.

Ko smo pridobili vse informacije se lotimo programiranje. Najprej moramo izbrati stroj na

katerem bomo izdelek obdelovali in mu določiti postprocesor, kot je razvidno iz slike 1. V

mojem primeru sem izbral struženje in CNC stužni stroj Puma.


- 19 -

Slika 4. 1: Izbira postprocesorja za struženje

V naslednjem koraku sem narisal izdelek v 2D in mu določil surovec (Slika 4.2).

Slika 4. 2: 2D risba izdelka z dodatkom

S končanjem tega koraka se lahko lotimo izbire poti orodja in izbiro obdelave. V Mastercamu

imamo na voljo naslednje operacije :

Grobo struženje,

fino struženje,

izdelava navojev,

izdelava utorov,

čeljenje,

vrtanje,

grobo struženje kontur,

upravljanje s točkami,

vrtanje v C-osi,… .


- 20 -

Ko izberemo operacijo s katero bomo začeli obdelovati, moramo določiti orodje in parametre

(Slika 4.4, Slika 4.5, Slika 4.6, Slika 4.7). Tu se določijo orodja, obdelovalne ploščice, pomik,

rezalna hitrost, referenčne točke, domača pozicija orodja, vklop/izklop hladilnega sredstva,

globina rezanja, število ponovljivih rezov, začetek gibanja orodja, umik orodja, potapljanje in

še mnogo drugih stvari.

Slika 4. 3: Nastavitev parametrov orodja

Slika 4. 4: Nastavitev končnih parametrov orodja


- 21 -

Slika 4. 5: Prikaz izbire obdelovalne ploščice

Slika 4. 6: Prikaz nastavitve obdelovalnega noža


- 22 -

Za vsako izbrano operacijo je potrebno v Mastercamu določiti pot orodja, ki določi

obdelovalnem stroju pot po kateri smeri se mora orodje premikati in na kakšen način. To se

naredi z operacijo chain (veriga), kjer lahko s klikom na črto risbe izbiraš pot orodja, ali pa jo

s pomočjo krivulj ali črt sam narišeš. To je razvidno iz slike 4.8.

Slika 4. 7: Označevanje poti orodja

Ko imamo dokončane vse operacije, določene vse parametre smo končali s programiranjem.

Nato zaženemo simulacijo programa. Simulacija programa nam prikaže celoten potek

obdelave izdelka od začetka do konca obdelave. To nam je v pomoč, pri odkrivanju napak s

katerimi bi lahko prišlo do morebitnega trka orodja. Te napake nam program javi. Ta funkcija

je ena izmed boljših funkcij pri programiranju, saj lahko z njo predhodno popravimo napake

in s tem prihranimo čas in denar. Primera simulacije v Mastercamu sta razvidna iz slike 4.9 in

slike 4.10.

Slika 4. 8: Simulacija izdelka pred obdelavo


- 23 -

Slika 4. 9: Simulacija izdelka po obdelavi

Po končani simulaciji potrebujemo še izpis NC kode, ki jo generiramo z ukazom G1(Slika

4.11).

Slika 4. 10: Postprocesiranje programa


- 24 -

Po končanem postprocesiranju dobimo kodo v obliki kot je razvidno iz slike 4.12 in jo

prenesemo na stroj na katerem se bo izdelek obdeloval .

Slika 4. 11: Zapis NC-kode


- 25 -

5 RAZPRAVA

S pomočjo izvedenega primera sem ugotovil predvsem dobre in nekaj slabih lastnosti

programiranja s CAD/CAM sistemi. Dobra lastnost je predvsem to, da lahko na osnovi

prostorskih modelov v veliki meri izključimo človeški faktor. S tem se že v tej fazi zmanjša

možnost napak. Poleg tega prihranimo veliko časa pri risanju načrtov s CAD, za katere bi z

ročnim risanjem potrebovali kar nekaj časa. V CAD/CAM-sistem lahko vključujemo tudi

različne programe. V mojem primeru sem v CAD sistem vključil program, za avtomatsko

preračunavanje toleranc in se s tem izognil ročnemu računanju toleranc. Ena izmed

prednostnih funkcij CAD/CAM sistema so simulacije, ki so me sproti opozarjale na trčenja

orodja. Slaba lastnost, ki sem jo ugotovil je, da za dober CAD/CAM proces, potrebno imeti

tudi napredno računalniško in programsko opremo. Tudi stroji morajo biti temu primerni. Že

za vsak različen stroj mora biti različen postprocesor, kar pomeni tudi razliko v NC kodi. Pri

mojem programiranju sem se srečal tudi z različnimi CNC stroji. Osnovna dva stroja sta bila

Dosan Puma in Karusel Schiess 16. Že samo na teh dveh stružnicah sem opazil velike razlike

v programiranju, saj sta imela drugačen koordinatni sistem, drugačno vpetje, drugačno

rotacijo in s tem tudi drugačno NC-kodo. Na podlagi tega sem ugotovil, da za dobro

konkurenčnost na trgu je potrebno imeti dober CAD/CAM sistem ampak včasih niti to ni

dovolj, saj je poleg tega treba imeti tudi raznovrstne stroje, finance, dobre povezave z drugimi

podjetji in tudi dobre inženirje, ki bodo znali opravljati s to opremo.


- 26 -

6 SKLEP

Namen moje diplomske naloge je bil preučitev računalniško integrirane proizvodnje s

poudarkom na CAD/CAM-povezavah. V začetku diplomskega dela sem opisal CAD-sistem,

kjer sem prišel do naslednjih prednostnih ugotovitev:

z uporabo CAD-sistema se izboljša kvaliteta konstruiranja,

poveča se produktivnost,

zmanjša se število napak,

zmanjša se čas izdelave.

Nato sem z opisom CAM-sistemov prikazal pomembnost CAM-sistemov pri vodenju

proizvodnje, izdelavi tehnične dokumentacije, programiranju in simulacijah. Opisom teh dveh

tehnik je sledil prikaz CAD/CAM-povezav. Tu sem prišel do naslednjih ugotovitev:

z združitvijo CAD in CAM tehnik racionalizirano pretok informacij od zasnove do

izdelave nekega izdelka,

s povezavo CAD/CAM je proizvodnja hitrejša, boljša, cenejša, natančnejša, bolj

korektna in bolj zanesljiva,

CAD/CAM-proces se še vedno razvija – nadgrajuje , kar je ena izmed pomembnejših

lastnosti,

spoznal sem tudi, da s povezavo CAD in CAM imamo veliko več koristi kod z

uporabo ločenih CAD in CAM sistemov.

Povezavo CAD/CAM sem prikazal tudi na praktičnem primeru, kjer sem z uporabo programa

Mastercam konstruiral izdelek in NC kodo, ki sem jo nato uporabil za izbran obdelovalni

stroj.

Na koncu bi zapisal mnenje, ki sem si ga izoblikoval tekom nastajanja diplomske naloge. Za

ohranjanje konkurenčnosti na trgu, je v podjetjih, ki koristijo CAD in CAM tehnologije,

nujno uvajanje CAD/CAM-povezav.


- 27 -

7 LITERATURA

[1] Balič Jože. CAD/CAM postopki: učbenik. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2002

[2] Balič Jože. Računalniška integracija proizvodnje. Maribor: Fakulteta za strojništvo,

2001

[3] Balič Jože. Računalniške integracije v orodjarstvu. Maribor: Fakulteta za strojništvo,

2007

[4] CAD/CAM/CAE TEHNOLOGIJA [online], Dosegljivo:

http://cadcam.spts.si/?page_id=47 [Datum dostopa: 13.8.2016]

[5] J. Kopač. RIP_CAD_CAM_Za_studente (15.3.2008) Dosegljivo: http://lab.fs.uni-

lj.si/labod/documents/2013/RIP/RIP_CAD_CAM_Za_studente.pdf [13.8.2014]

[6] MecSoft Europe [online], Dosegljivo: http://www.mecsoft-europe.de/re-post.html

[10.09.2015]

[7] Polajnar Andrej. Računalniška integracija CAD/CAM pri delu, standardizacija,

kakovost in certifikacija v orodjarnah: seminar. Maribor: Univerzitetna knjižnica

Maribor, 1992

[8] Sandvik Coromant. Corokey : Struženje Rezkanje Vrtanje :priročnik, Švedska, 2008

[9] STEP Tools [online], Dosegljivo:

http://www.steptools.com/support/stdev_docs/about_step.html [10.9.2015]

[10] S. Vogel, »Nova pridobitev na oddelku CAD – CAM«, »Interni časopis revije SIJ

»vol.10, št. 16, oktober 2011

[11] Technology students [online], Dosegljivo:

http://www.technologystudent.com/rmprp07/intman1.html [ Datum dostopa: 13.8.2016]

[12] Wikipedia The Free Encyclopedia [online], Dosegljivo:

http://sl.wikipedia.org/wiki/Ra%C4%8Dunalni%C5%A1ko_podprta_proizvodnja [15.

8. 2015]

[13] Wikipedia The Free Encyclopedia [online], Dosegljivo:

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_manufacturing [Datum dostopa:

11.8.2015]

cad/cam povezave pri procesu struŽenja · integrirana proizvodnja, cnc programiranje, cam sistemi,...

Documents