postopki za izdelavo v robotizirani celici (priroČnik)

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Tomaž RAJH

POSTOPKI ZA IZDELAVO V

ROBOTIZIRANI CELICI (PRIROČNIK)

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa

Mehatronika

Maribor, september 2013

POSTOPKI ZA IZDELAVO V

ROBOTIZIRANI CELICI (PRIROČNIK)

Diplomsko delo

Študent: Tomaž RAJH

Študijski program: Univerzitetni študijski program Mehatronika

Smer: Mehatronika

Mentorja: izr. prof. dr. Karl Gotlih

izr. prof. dr. Aleš Hace

Somentor: /

Maribor, september 2013

III

I Z J A V A

Podpisani Tomaž RAJH izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Karla GOTLIHA ter izr. prof. dr. Aleša HACETA;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, _____________ Podpis: _______________________

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjema izr. prof. dr. Karlu

GOTLIHU ter izr. prof. dr. Alešu HACETU za

pomoč in vodenje pri izdelavi diplomske naloge.

Zahvaljujem se Fakulteti za strojništvo v

Mariboru za dano priložnost za raziskovanje z

robotsko celico.

Zahvala pa je namenjena tudi domačim, da so me

zmeraj spremljali na moji študijski in življenjski

poti, me spodbujali in vsestransko podpirali.

V

POSTOPKI ZA IZDELAVO V ROBOTIZIRANI CELICI

(PRIROČNIK)

Ključne besede: varno delo, robot, obdelava z roboti, robot Renault ACMA XR701,

obdelava umetnih mas, 3D modeliranje

UDK: 007.52:621.79(043.2)

POVZETEK

Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701) namenjeno za

izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so izdelana ustrezna

navodila in priporočila, skladno s predpisi za varno delo in racionalnost proizvodnje. V

diplomskem delu sem za raziskavo uporabil naslednje metode: analiziral sem proizvodno

celico ter celotni postopek, od kreiranja do delovanja. To pomeni celoten opis programske in

strojne opreme robota, opis materialov in orodij, ki so najučinkovitejša, 3D modeliranje oblik,

priprava programov za vodenje proizvodne celice, primer izdelave izbrane oblike in meritve

natančnosti izdelka. Delo je pripravljeno v obliki priročnika, tako da bo vsak, ki ima nekaj

znanja iz te stroke, prebral priročnik in usposobil robotsko celico do uporabe in končnega

izdelka. Prav tako so nakazane smernice za nadaljnje raziskovanje.

VI

MANUFACTURING PROCEDURES IN ROBOTISED

PRODUCTION CELL (MENUAL)

Key words: safe work, robot, robot machining, robot Renault ACMA XR701, machining of

man made materials, 3D modeling

UDK: 007.52:621.79(043.2)

ABSTRACT

The thesis deals with robotic work cell (ACMA XR701) intended for the manufacture of

prototype shapes of large dimensions. For the rational use of cells there are relevant

instructions and recommendations in accordance with the rules for safe operation and the

rationality of production. In my thesis I have used the following methods: I have analyzed the

production cell and the whole process, from creation to working state. This means the full

description of the hardware and software of the robot, description of the materials and tools

which are most effective, forms of 3D modeling, preparation of programs for the control of a

cell, construction example of the selected shape and the measurement accuracy of the shape.

Described in the form of a manual, so that anyone who has some knowledge in this

profession, and has read the manual will be able to use the robot cell and the final product.

They are also indicated guidelines for further research.

VII

VSEBINA

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

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

1.2 Cilj diplomskega dela ............................................................................................................... 2

1.3 Struktura diplomskega dela ..................................................................................................... 2

2 OPIS ROBOTSKE CELICE ........................................................................................... 4

2.1 Definicije robota po ISO 8373.................................................................................................. 4

2.2 Robot ACMA XR701 ................................................................................................................. 6

2.2.1 E.I.P. integrirana enota za programiranje ....................................................................... 7

2.3 Vklop, inicializacija in izklop robota ......................................................................................... 9

2.3.1 Vklop robota .................................................................................................................... 9

2.4 Vklop softweara ter inicializacija robota ................................................................................. 9

2.5 Izklop robotske celice ............................................................................................................ 11

3 OPIS MATERIALOV IN ORODIJ .............................................................................. 12

3.1 Obdelovalni material ............................................................................................................. 12

3.2 Vrste obdelovalnega materiala ............................................................................................. 12

3.2.1 Polivinilklorid(PVC) ........................................................................................................ 12

3.2.2 Polietilen ........................................................................................................................ 13

3.2.3 Polistiren ........................................................................................................................ 13

3.2.4 Polimetilmetakrilat PMMA – organsko steklo ............................................................... 13

3.3 Izbira materiala ...................................................................................................................... 14

3.4 Rezkalni noži .......................................................................................................................... 15

3.5 Vrste rezkal ............................................................................................................................ 16

3.6 Izbira rezkala .......................................................................................................................... 17

3.7 Vpetje orodja in stiropora ..................................................................................................... 18

4 3D MODELIRANJE ....................................................................................................... 19

4.1 3D skeniranje ......................................................................................................................... 19

5 PRIPRAVA PROGRAMOV ZA VODENJE PROIZVODNE CELICE .................. 20

5.1 SolidCAM ............................................................................................................................... 20

5.2 G-koda ................................................................................................................................... 20

VIII

6 PRIMER IZDELAVE IZDELKA ................................................................................. 23

7 UMERJANJE NATANČNOSTI IZDELKA ................................................................ 25

7.1 Ballbar QC10 .......................................................................................................................... 25

7.2 Laserska merilnik ML10 ......................................................................................................... 26

8 SKLEP ............................................................................................................................. 27

9 LITERATURA ................................................................................................................ 28

IX

KAZALO SLIK

Slika 1:Stanje robotske celice pred inovacijami komponent robota ....................................................... 6

Slika 2: Integrirana enota za ročno programiranje .................................................................................. 7

Slika 3: Glavna komandna plošča ........................................................................................................... 7

Slika 4: Preklopno stikalo delovanja ...................................................................................................... 8

Slika 5, 6: EIP in prož ............................................................................................................................. 8

Slika 7, 8: Varovalke in stikalo SG2....................................................................................................... 9

Slika 9: Glavno močnostno stikalo ......................................................................................................... 9

Slika 10,11: Referenčne točke robota ter prikaz poravnave četrte osi. ................................................. 10

Slika 12: Tri varovalke, ki so zadnji korak izklopa. ............................................................................. 11

Slika 13: Obdelana površina stiropora .................................................................................................. 14

Slika 14:Odsesovalna priprava za odvzet material ............................................................................... 15

Slika 15,16: Steblasto osnovno in steblasto rezkalo za globlejše utore ................................................ 16

Slika 17,18: Steblasto za t-utore in oblikovno rezkalo ......................................................................... 16

Slika 19: Steblasto rezkalo .................................................................................................................... 17

Slika 20: Oblikovno rezkalo ................................................................................................................. 17

Slika 21, 22: Prikaz prijemal ter vpetega stiropora ............................................................................... 18

Slika 23: 3D skener ATOS II 400 ......................................................................................................... 19

Slika 24: Robot ter obračalna miza, ki omogočata 5 osni sistem odrezovanja ..................................... 23

Slika 25: Model obraza, ki smo ga izbrali za preizkus rezkanja ........................................................... 24

Slika 26, 27: Groba in fina obdelava .................................................................................................... 24

Slika 28, 29: Merilnik Billbar in laserski merilnik natančnosti ............................................................ 26

X

UPORABLJENE KRATICE

CAD - Computer Aided Desing

ISO - International Standard Organisation

3D - tridimenzinalen

FS - Fakulteta za strojništvo

EIP - Integrirana enota za programiranje

PMA - ročna konzola za vodenje

PVC - polivinilklorid

CD - cederom

DVD - devederom

Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

1

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701), namenjeno za

izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so izdelana

ustrezna navodila in priporočila. Osnova za diplomsko nalogo je torej robotska celica, ki je

bila postavljena v sodelovanju Fakultete za strojništvo in Fakultete za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko. Robot ACMA XR701 so nam podarili v podjetju Revoz d.d.

iz Novega mesta in je v preteklosti služil v avtomobilski industriji za točkovno varjenje

karoserijskih delov vozila Renault Clio.

Ob pridobitvi robotske celice, ki je bila namenjena za točkovno varjenje pločevine,

smo obstoječi varilni sistem zamenjali s pogonskim motorjem za orodje, ki omogoča

rezkanje. Sistem bo prav tako snemljiv in tako bo mogoče za potrebe pedagoškega procesa

hitro zamenjati rezalno orodje z drugim orodjem.

Znanje, pridobljeno med študijem pri različnih predmetih, bo tokrat povezano v

smiselno celoto, saj bo treba uporabiti znanje iz mnogih predmetov, kot na primer

odrezovanje, materiali, obdelovani stroji, montažni in vpenjalni sistemi, itd. Na tem mestu

sem se odločil razširiti znanje iz nekaterih predmetov med študijem in ga preliti v

diplomsko delo.


2

1.2 Cilj diplomskega dela

Diplomsko delo zajema razvoj robota ACMA XR701 za potrebe rezkanja, namenjeno za

izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Cilj je tudi, da opišem uporabljene materiale in

orodja za rezkanje, 3D modeliranje oblik, priprava programa za vodenje proizvodne celice.

Nazadnje je potrebno tudi modelirati enostavnejše 3D modele in jih tudi praktično

poiskusiti izdelati z robotsko celico ACMA XR701. Vsi ti cilji pa so zapisani v obliki

priročnika.

V raziskavi smo se omejili na študij predvsem osnov, kako robot pripraviti od vklopa

do končnega izdelka. Pri slednji obdelavi bo podana zgolj ideja, prav tako pa bodo

nakazane dodatne možnosti, ki so povezane s predlagano zamislijo.

1.3 Stroktura diplomskega dela

Diplomsko delo zajema osnove robotike s poudarkom na našem robotu ACMA XR701, ter

osnove programiranja, modeliranja, meritev in izdelave.

Uvodno poglavje

V uvodnem poglavju je opisano splošno področje diplomskega dela, kjer je opisan izvor

teme diplomskega dela. V to poglavje spada predstavitev ciljev ter definiranje

raziskovalnega dela diplomske naloge.

Opis robotske celice

V tem delu bo splošno opisan robot ACMA XR701. Opisane so tudi njegove komponente,

ki so potrebne za vodenje robota. V podrobnejši opis komponent se ne bom spuščal, saj bo

ta priročnik namenjen osebi, ki bo imela že osnovno znanje, vklopila bo robotsko celico,

pripravila robot za delovanje in seveda pozneje izklopila robot.

Opis uporabljenih materialov in orodij

Opisani bodo materiali, ki so najprimernejši za izdelavo 3D oblik. To pomeni, da imajo

najprimernejše rezalne lastnosti in da na obdelovancu dosežemo najbolj kar se da gladko

ploskev. Zato bom opisal še orodja, ki so najprimernejša, saj je kvaliteta površine odvisna

tudi od orodja in obratov motorja.


3

3D modeliranje oblik

V tem poglavju bom na kratko predstavil 3D skener, kako deluje in za kakšne namene ga

potrebujemo, kako 3D model shraniti, da ga lahko pozneje uporabimo za program

SolidCAM.

Priprava programov za vodenje proizvodne celice

Opisal bom, kako pripraviti program. V smislu, da 3D model predmeta, ki je morebiti bil

skeniran ali zmodeliran, shranimo v pravilni obliki in ga nato pravilno pripraviti v

SolidCAM in pozneje še izpisati G-kodo.

Primer izdelave izbrane oblike

Primer izdelave predmeta je po lanski raziskavi, in sicer rezkanje človeške glave. Model je

bil vzet brezplačno s strežnika CAD modelov in pozneje realiziran in izreskan.

Meritve natančnosti izdelka

V tem poglavju bom nakazal osnove za merjenje natančnosti izdelanega modela. Med

osnovnim merjenjem bom še opisal napravi Ballbar QC10 ter laserski merilnik ML10

Gold.

Sklep

V sklepu so rezultati predstavlejni objektivno s pojasnjenimi problemi, s katerimi smo se

srečevali pri raziskovalnem delu, zastavljenim v uvodu. Nakazani so tudi napotki za

nadaljnje raziskovalno delo.


4

2 OPIS ROBOTSKE CELICE

2.1 Definicije robota po ISO 8373

Indusrtijski robot je avtomatsko krmiljen, prosto programabilen, večnamenski manipolator

z najmanj tremi programibilnimi osmi, ki ga uporabljamo za industrijske aplikacije, bodisi

na fiksnem mestu ali pa na mobilnem sredstvu [1].

Prosto programabilen - programirana premikanja ali pomožne fukcije se lahko

spreminjajo ne da bi bile potrebne fizične spremembe.

Večnamenski manipolator - možna je prilagoditev različnim aplikacijam, ne da bi

bile potrebne fizične spremembe.

Fizična sprememba - sprememba mehanskega ali krmilnega sistema, pri čemer so

sistemi na primer menjava kasete za programiranje, menjava pomnilnika, itd.

izvzeti.

Os; oznaka, ki določa linearni ali rotacijski način premikanja ene izmed osi robota

so vodeni, medsebojno neodvisni in znani zgibi mehanizma. Pogonska veriga v eni

osi je sestavljena iz delov, ki si sledijo v zaporedju motor → prenosnik moči →

zavora → senzor → mehanizem. Ločimo pa rotacijske osi, razlika pa je v

rotacijskih ali premočrtnih vodilih.

Prostorske stopnje - število možnih, medsebojno neodvisnih premikov (translacija,

rotacija) togega telesa glede na bazni kordinatni sistem.


5

Mehanika robota je navadno sestavljena iz podstavka balansiranega sistema –

protiuteži oz. ravnotežne vzmeti, vrtljive hrbtenice, veznih členov, motorjev z dajalniki,

rame, roke ter zapestja in končnega efektorja. Končni efektor je tisti del robota, ki ga le-ta

premika.

Prijemalo:

Naloga prijemala je vzpostavitev, vzdrževanje in prekinitev zveze med objektom

prijemala in manipulatorja. Poznamo vzmetna prijemala, notranje, zunanje prstno

prijemalo, simetrično prijemalo, samonastavljivo prijemalo,...

Orodje:

Končni efektor kot orodje se uporablja za varjenje, lotanje ali druge namene

spajanja oziroma kot na primer merilna naprava v proizvodnji, z ustreznimi senzorji

oziroma kot v našem primeru za obdelave z odvzemanjem materiala.


6

2.2 Robot ACMA XR701

Robot ACMA XR701 je proizvod podjetja Renault. Robot ima šest prostorskih stopinj,

torej ima šest osi. Nosilnost robota na šesti osi je 125 kg s ponovljivostjo 0,3 mm. Osi so

krmiljene s trifaznimi sinhronskimi servomotorji. Vsak servomotor ima vgrajeno dodatno

zavoro, ki se aktivira, ko preneha ukaz iz krmilnika, drugače ne bi dosegli takšne

natančnosti. Regulacija poteka preko senzorjev, ki so vgrajeni v vsak elektromotor in tako

v vsakem trenutku dajejo informacijo o položaju osi. Največja prednost robota je v tem, da

vse napeljave gredo v njegovo notranjost, tako da ima robot večji delovni prostor.

Slika 1: Stanje robotske celice pred inovacijami komponent robota


7

2.2.1 E.I.P. integrirana enota za programiranje

Na tej enoti je vse potrebno, kar potrebujemo za vklop, vodenje, programiranje in seveda

izklop robota (slika 1). Na glavni komandni plošči (slika 3) imamo kar nekaj opozorilnih

lučk, ki imajo funkcijo, da nam javljajo obvestila, napake, itd. Prav tako pa je nekaj tipk in

stikal. Tipka za zasilni izklop, start, osnovni položaj, menjava elektrod, stop, itd. Med

pomembnejšimi stikali pa je priklopno stikalo delovanja, s katerim pa preklapljamo med

vrstami programiranja (slika 4).

Slika 2: Integrirana enota za ročno programiranje

Slika 3: Glavna komandna plošča


8

Slika 4: Preklopno stikalo delovanja

Kot je že zgoraj omenjeno, lahko robot programiramo preko EIP. Za učenje, vodenje in

inicijalizacijo robota pa lahko uporabimo PMA. Ročna konzola je za izvajanje, učenje in

vodenje robota, ki nam omogoča programiranje na daljavo (slika 2.4). Sprožilec na ročni

konzoli deluje tako, da mora biti vedno pritisnjen ob programiranju in vodenju robota,

drugače se robot ne odziva zaradi varnostnih razlogov (slika 2.5).

Slika 5, 6: EIP in prož


9

2.3 Vklop, inicializacija in izklop robota

2.3.1 Vklop robota

Zaradi varnosti moramo odkleniti varnostne ključavnice, saj brez njih ne moremo dostopati

do glavnega stikala ter do omare z elektroniko. Ko snamemo kjučavnice, najprej v omari

vklopimo tri varovalke (slika 7). V naslednjem koraku pa vklopimo stikalo SG2 (slika 8).

To stikalo je pogoj, da vklopimo močnostno stikalo, ki je na levem boku omare (slika 9).

Slika 7, 8: Varovalke in stikalo SG2

Slika 9:Glavno močnostno stikalo

2.4 Vklop softweara ter inicializacija robota

Ob vklopu glavnega močnostnega stikala počakamo, da se nam prižge monitor. S

preklopnim stikalom preklopimo na ročni način programiranja (menual) ter vklopimo

servo motorje s pritiskom na modri gumb (PUESTA BAJA POTENCIO).


10

Ob preklopu na menual način lahko robot vodimo prostoročno preko PMA konzole, s

katero inicializiramo robot. Robot inicializiramo zato, da določimo ničti obrat resolverja.

Inicializacija je potrebna vedno znova ob vklopu robota, če je menjano orodje, motor,

elektronika, itd. Lotimo se je tako, da robot postavimo v referenčne točke na vseh oseh

(slika 10). Po končani postavitvi osi pritisnemo tipko »DEPART« na PMA konzoli. Ob

pritisku na to tipko se najprej robot sam preveri, ali je med referenčnimi točkami, če ni, pa

nam na zaslonu izpiše napako. S tem je robot inicializiran in pripravljen za delovanje.

Slika 10, 11: Referenčne točke robota ter prikaz poravnave četrte osi


11

2.5 Izklop robotske celice

Preklopno stikalo preklopimo na Puero servico. S tem se izklopijo motorji. Za izklop

softweara je potrebno, da na EIP pritisnemo na tipki CTRL + END, ki traja 10-20 sekund.

Po izklopu programske opreme izklopimo stikalo SG2 in močnostno stikalo. Zadnji korak

izklopa robotske celice pa je da izklopimo varovalke v notranjosti omarice.

Slika 12: Tri varovalke, ki so zadnji korak izklopa


12

3 OPIS MATERIALOV IN ORODIJ

3.1 Obdelovalni material

Za obdelovalni material je potrebno izbrati gradivo, ki se ga enostavno oblikuje, ima

razmeroma zadovoljivo trdnost in žilavost. Razlog vsega tega je, da je odrezek čvrst in da

se robovi obdelanega materiala ne trgajo. Hkrati mora material imeti potrebne lastnosti, da

lahko rezkalni nož napreduje brez zatikanja ob razmeroma visokem podajanju, pri

standardnih gradivih obdelovancev v strojništvu, kot na primer kovinski materiali, zaradi

prav teh lastnosti izbirajo nizka podajanja orodja, saj se pojavljajo visoke rezalne sile, ki se

seštevanjo v končno rezalno silo. [2]

2 2 2

n f cF F F F (1.1)

Kjer je F rezultanta sil, nF odrivna sila, fF podajalna sila in cF glavna odrezovalna sila.

3.2 Vrste obdelovalnega materiala

Glede na to, da se osredotočimo na umetne materiale, bomo skušali izbrati več različnih

možnih gradiv, ki bi lahko bila primerna za naš namen uporabe. Primarno bomo izbrali

gradiva iz družine stiroporjev, ki so najbolj dostopni in cenovno ugodni.

3.2.1 Polivinilklorid(PVC)

PVC je termoplastična umetna snov, katere osnovna surovina je etin in HCI

(klorovodikova kislina). Iz etina in klorovodikove kisline pa dobimo vinil klorid, najprej s

polimerizacijo polivinnilklorid v obliki belega prahu. Dobljeni prah segrevamo nad 75°C,

da postane mehak in plastičen in ga s stiskanjem lahko oblikujemo. Ima pa velik spekter

uporabe. Delimo ga na dve vrsti, mehki in trdi PVC. Trdi je uporaben od -50°C do 60°C,

mehki pa od -50°C do 50°C. Obstojna sta do 200°C, nakar razpadeta.


13

3.2.2 Polietilen

Polietilen se odlikuje po dobri kemični obstojnosti in odlični elektro-izolacijski lastnosti.

Zaradi enostavne predelave in nizke cene predstavlja eno izmed najpomembnejših skupin

plastičnih materialov. Pridobiva se s polimerizacijo etena po različnih postopkih, kar

vpliva tudi na gostoto polietilena. Ima nizko gostoto. Z naraščanjem gostote polietilena

naraščajo natezna in upogibna trdnost, togost, trdota, temperaturna obstojnost, upornost

proti kemikalijam in topilom. Uporablja se v glavnem za embalaže, izdelavo igrač,

vodovodne cevi...

3.2.3 Polistiren

Polistiren, standardna okrajšava PS, je aromatski polimer stirena(feniletena) z molekulsko

formulo (H5C6-CH=CH2)n in eden najbolj uporabljanih tipov plastike. Je termoplast, ki je

pri sobni temperaturi trdna, brezbarvna plastika z omejeno prožnostjo, pri temperaturi nad

95 C pa se utekočini in ga je možno natančno oblikovati v kalupih. Uporablja se med

drugim za enkratno uporabo, plastične modelčke, ovitke za CD-je in DVD-je ...

3.2.4 Polimetilmetakrilat PMMA – organsko steklo

Metilmetakrilat ali skrajšano MMA je organska spojina s formulo

CH2=C(CH3)COOCH3 in je metilniester - metakrilne kisline. To brezbarvno tekočino se v

veliki meri proizvaja za polimerizacijo, saj je osnovni monomer za

sintezo polimetilmetakrilata (PMMA). Ker spojina sama lahko inicira polimerizacijo, zlasti

če se segreje ali kontaminira z močnim lugom ali kislino, so ji dodani razni inhibitorji kot

na primer hidrokinon, hidrokinon metil ester in dimetil t-butilfenol. Polimerizacija je

eksotermna reakcija in če se sproži v zaprti posodi, lahko pride do hude eksplozije. Skoraj

vsa proizvodnja MMA je namenjena za polimerizacijo v homopolimere in kopolimere, iz

katerih se nato pridobiva polimetil metakrilat (PMMA) in njegovi modificirani polimeri.

Te polimere se lahko nato vliva ali ekstrudira v poljubne oblike. PMMA je dobro odporen

na vremenske razmere, hkrati pa se ga da z raznimi pigmentnimi dodatki obarvati, zato se

ga veliko uporablja v površinskih premazih in raznih emajlih. Posledično je veliko

zastopan v gradbeništvu, beli tehniki in v avtomobilski industriji. Prisoten je tudi v

medicini. Njegove polimere se uporablja za protetične komponente, še posebno pri obnovi

kolkov in kolen. Kot monomer pa ga je možno uporabiti kot zdravilo za znižanje krvnega

http://sl.wikipedia.org/wiki/Aromati%C4%8Dnost

http://sl.wikipedia.org/wiki/Polimer

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Stiren&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Plastika

http://sl.wikipedia.org/wiki/Termoplast

http://sl.wikipedia.org/wiki/Sobna_temperatura

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Kalup&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Ester

http://sl.wikipedia.org/wiki/Metakrilna_kislina

http://sl.wikipedia.org/wiki/Polimerizacija

http://sl.wikipedia.org/wiki/Monomer

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Polimetil_metakrilat&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Baza

http://sl.wikipedia.org/wiki/Kislina

http://sl.wikipedia.org/wiki/Inhibitor

http://sl.wikipedia.org/wiki/Eksplozija

http://sl.wikipedia.org/wiki/Pigment

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Emajl&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Gradbeni%C5%A1tvo

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Bela_tehnika&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Zdravilo

http://sl.wikipedia.org/wiki/Krvni_tlak


14

pritiska. V zobozdravstvu se uporablja za akrilatne zobne prevleke, zobne proteze in

začasne mostičke.

Razen teh gradiv poznamo še razne smole, ki imajo lastnosti precej podobne

polietilenom in polistirenom, so pa veliko močnejše v kombinaciji z ostalimi gradivi, kot

na primer s steklenimi in ogljikovimi vlakni.

3.3 Izbira materiala

Najboljša izbira materiala v smislu razmerja cene, obdelovalne lastnosti je prav zagotovo

polistiren v vseh oblikah in gostotah. Ne glede na zrnavost lahko dosežemo zadovoljive

rezultate točnosti končnega izdelka, le parametre je potrebno pravilno izbirati. Glede na to,

da so cenovno praktično vsi polistireni primerljivi, bo treba izbrati ustrezni material na

podlagi optimalne izkoriščenosti stroja.

V prvi vrsti bomo preverili razmerja zrnavosti glede na kvaliteto končne obdelave. Če

upoštevamo, da je med večjimi zrni ujeto več zraka, kar se odlično vidi na sliki 13, kjer je

prikazan stiropor. Črte med posameznimi zrni predstavljajo meje med zrni in so napolnjene

z zrakom. Večja so zrna, več zraka je ujetega med njimi in posledično je obdelana površina

bolj groba na dotik.

Slika 13: Obdelana površina stiropora

http://sl.wikipedia.org/wiki/Krvni_tlak


15

3.4 Rezkalni noži

Rezkalni noži so prav tako zelo pomembni za kvaliteto obdelovalne površine. Imamo

predpisane kriterije za tehnologijo orodij. Pomembnih je veliko specifikacij, kot so npr.

število zob rezkala, glavni rezalni zob, koti orodja, delovni koti orodja... Med

najpomembnejšimi dejavniki pa je tudi, s kolikšno hitrostjo se vrti rezkalo, saj je orodje

funkcionalnejše pri visokih obratih, nekatera pa pri nizkih obratih. Ta dejavnik pa je tudi

odvisen od materiala. Proizvajalci si večinoma sami izdelajo orodje za rezkanje, tako si ga

najboljše in najučinkovitejše prilagodijo zadani nalogi.

Pri rezkanju pa je tudi veliko odpadnega materiala, katerega z inovativnim načinom v

večjem delu posesamo. Na glavo motorja smo vpeli modul, na katerem je veliko ščetin, da

zagotovijo čim boljši učinek odsesovanja, kot prikazuje slika 14.

Slika 14: Odsesovalna priprava za odvzet material


16

3.5 Vrste rezkal

V izdelavo in teorijo rezkal se ne bomo poglabljali, v osnovi nam je pomembno samo,

katero rezkalo uporabimo za rezkanje oblike, ki je zahtevana.

Pri našem robotu lahko pridejo v poštev samo steblasta rezkala, kot so[3]:

steblasto rezkalo (slika 15).

steblasto rezkalo za dolge utore (slika 16).

steblasto rezkalo za T-utore (slika 17).

oblikovno rezkalo (slika 18).

Slika 15, 16: Steblasto osnovno in steblasto rezkalo za globlje utore

Slika 17, 18: Steblasto za t-utore in oblikovno rezkalo


17

3.6 Izbira rezkala

Kot je znano iz prakse, odvzemamo material v dveh stopnjah. Najprej v grobem

odvzamemo material s steblastim rezkalom za utore, kot prikazuje slika 9.1. Po tej fazi

dobimo v grobem že prikazano obliko. Nato z oblikovnim rezkalom finiširamo površino, to

pomeni, da površina postane bolj gladka in izoblikujemo nekatere podrobnosti, ki jih z

osnovnim steblastim rezkalom ne moremo izdelati. Cilj nadaljnega raziskovanja je, da bi

orodje izdelali sami, s katerim bi samo z eno fazo dosegli končni izdelek.

Slika 19: Steblasto rezkalo

Slika 20: Oblikovno rezkalo


18

3.7 Vpetje orodja in stiropora

Z inovacijo obračalne mize smo kreirali mizo mrežaste oblike, na katero je pritrjena iverica

zaradi gladke površine (slika 21). Na iverico pa sta fiksno pritrjena primeža, ki čim bolj

togo in fiksno vpneta stiroporasto kocko max. dimenzij 800x800x1500 (slika 22). Stiropor

pa s primeži fiksiramo tako, da ročno zategnemo vijake do takšne mere, da dosežemo

primerno togost vpetja obdelovanca, drugače nam lahko nastanejo pri rezkanju velika

odstopanja zaradi vibracij, ki so povzročena s procesom obdelave (slika 22).

Vpenjanje orodja je enostavno. Vpnemo ga tako, kot vpnemo sveder v vrtalnik.

Odtegnemo vrtalno glavo tako, da lahko rezkalnik odvzamemo z glave in ko ga menjamo,

ga seveda zategnemo nazaj.

Slika 21, 22: Prikaz prijemal ter vpetega stiropora


19

4 3D MODELIRANJE

Za rezkanje modela moramo imeti izdelan 3D grafični model. Model lahko izdelamo s

programom za 3D modeliranje, kot so npr. Catia, AutoCAD, ProINGEREUR, itd. Seveda

lahko konstruiramo samo v tistih programih, pri katerih lahko narisan model shranimo v

CAD obliko, da lahko pozneje model prenesemo v SolidCAM. Lahko pa že izdelan model

poskeniramo s 3D skenerjem.

4.1 3D skeniranje

3D skeniranje (slika 23) je postopek, pri katerem s pomočjo 3D skenerja tvorimo digitalno

sliko opazovanega predmeta. Objekt se skenira v več položajih, da dobimo kompletno

sliko predmeta. Slike, ki se dobijo s pomočjo kamer, se digitalizirajo in se spomočjo

programske opreme povežejo v mrežo, da na koncu dobimo sliko, ki je istovetna

dejanskemu predmetu.[4]

Po končanemu skeniranju imamo CAD verzijo modela in jo lahko uporabimo. Sledi

izdelava projekta v programu SolidCAM, iz katerega lahko nadaljne tvorimo G-kodo za

izdelavo na robotu.

Slika 23: 3D skener ATOS II 400


20

5 PRIPRAVA PROGRAMOV ZA VODENJE PROIZVODNE

CELICE

5.1 SolidCAM

Solid CAM je vodilni med proizvajalci CAD/CAM/CNC programske opreme, ki prekriva

spekter programskih modulov za 2.5D rezkanje, 3D rezkanje, simultano rezkanje,

struženje, kombinirano struženje.[5]

CAD model prenesemo v SolidCAM. V SolidCAM-u določimo lastnosti

obdelovanca, rezkala in še veliko drugih lastnosti, ki vplivajo na postopek izdelave. Z

izdelavo projekta v SolidCAM-u smo končali s procesom povratnega inženiringa. Ostalo je

samo še tvorjenje G-kode. Dobimo jo iz programa SolidCAM.

5.2 G-koda

G-koda je ime za programski jezik, ki ga v večini uporabljamo za programiranje in za

numerično krmiljenje strojev. G-koda je vmesnik, s katerim človek pove stroju, kaj mora

delati.

G- koda ima že v naprej določene funkcije:

G00 – hitri gib

G01 – linearna interpolacija (delovni gib)

G02 – krožni gib v smeri urinega kazalca

G03 – krožni gib v nasprotni smeri urinega kazalca

G04 – programirani zastoj

G28 – premik v referenčno točko

G40 – preklic veljavnosti kompenzacije polmera orodja

G45 – prištevanje polmera orodja

G46 – odštevanje polmera orodja


21

G47 – prištevanje polmera orodja

G48 – odštevanje polmera orodja

G72 – rezkanje žleba

G78 – ciklična funkcija za rezkanje navoja

G81 – vrtanje

G82 – vrtanje z zastojem

G83 – vrtanje globokih lukenj

G85 – povrtavanje

G90 – absolutno programiranje

G91 – relativno programiranje

G94 – podajanje v mm/min

G95 – podajanje v mm/vrt

Pomožne funkcije

M00 – začasna ustavitev izvajanja programa

M03 – vklop vrtljajev glavnega vretena v smeri urinega kazalca

M04 – vklop vrtljajev glavnega vretena v nasprotni smeri urinega kazalca

M05 – izklop vrtljajev glavnega vretena

M06 – menjava orodja

M08 – vklop hladilega sredstva

M09 – izklop hladilega sredstva

M17 – konec podprograma

M30 – konec programa


22

Prikaz G-kode

Da bi G-kodo, ki smo jo dobili s programom SolidCAM, prikazali na zaslonu, moramo v

računalniku priti do mape, v kateri je shranjen naš model, ki smo ga izdelovali. G-koda je

shranjena v tekstovni obliki. Primer programa je na naslednji strani in ga pozneje

prenesemo ali prepišemo v spomin krmilnika robota.


23

6 PRIMER IZDELAVE IZDELKA

Izdelka nam žal ni uspelo izdelati zaradi tehničnih težav pri vpeljavi inovacije na robotu

ACMA XR701. Trenutno nam znano področje robotskih obdelav z odvzemanjem

materiala omogoča obdelavo triosnega sistema. Z našo inovacijo smo naredili šestosno

obdelavo, slika 24. Vendar zaradi težav s programskim delom to ni mogoče, zato bom

opisal izdelavo kompleksnejšega izdelka, katerega je že izdelal Marko Hrelj[6] in je

izdelan po triosnem sistemu.

Slika 24: Robot ter obračalna miza, ki omogočata 5 osni sistem odrezovanja

Ko imamo znane vplivne veličine, ki jih moramo upoštevati pri snovanju za obdelavo

in posledično vemo, kakšna orodja uporabljati, lahko pričnemo iskati kompleksnejši 3D -

model za zahtevnejšo obdelavo.

Glede na to, da želimo izbrati kompleksen 3D model, smo izbrali model človeškega

obraza (slika 25) iz knjižnice 3D CAD modelov, ki so uporabnikom na razpolago

brezplačno. Model je že v osnovi nekoliko poenostavljen. Če bi sistem omogočal natančno

obdelavo v vseh oseh in če bi imeli že delujočo obračalno mizo ter ustrezna orodja za

rezkanje, ki bi omogočala fino obdelavo zunanje oblike izdelka ne glede na zunanjo obliko

izdelka, ki je lahko ravna, konveksna ali konkavna v vseh treh dimenzijah, bi lahko


24

uporabili 3D – model dejanskega človeškega obraza oziroma glave, ki bi ga lahko

poskenirali s 3D skenerjem, ki ga že uporabljamo na naši fakulteti.

Ker pa smo omejeni na tri obdelovalne osi, rezkalno orodje, ki je namenjeno grobi

obdelavi kovin in manjkajoč pogon obračalne mize, si lahko trenutno privoščimo le triosno

obdelavo z grobim rezkarjem le sprednje polovice obraza.[6]

Slika 25: Model obraza, ki smo ga izbrali za preizkus rezkanja

Ob izdelavi in ob končanem izdelovanju pa je izgled izdelka tak, kot prikazujeta sliki 26

ter 27.

Slika 26, 27: Groba in fina obdelava


25

7 UMERJANJE NATANČNOSTI IZDELKA

Merjenja natančnosti izdelka se lahko lotimo na preprost način in to je ročno. To pride v

poštev, če nimamo preveč zakomplicirane oblike izdelka, ki ga lahko umerjamo po

virtualno narisanem telesu s pomičnim merilom in podobnimi napravami za merjenje.

Ena izmed rešitev je tudi optični, laserski merilnik natančnosti in še veliko drugih.

Zahteve sodobne industrije po vse ožjih tolerancah ter visoki kakovosti izdelkov so

pripeljale do točke, ko postajajo karakteristike obdelovalnih strojev vse bolj pomembne.

Kakovost obdelave na robotu je močno odvisna od geometrične natančnosti le-tega. Vse

prevečkrat se v praksi predpisani postopki kontrole kakovosti izdelkov ugotavljajo po tem,

ko so izdelki že izdelani. Geometrično natančnost strojev lahko ugotovimo na več načinov.

Hitro preverjanje geometrijske natančnosti strojev poteka z uporabo naprave Ballbar

QC10 (Quick Check 10 min - hitri test v 10 min), natančna kalibracija oz. korekcija

parametrov v krmilniku pa poteka na podlagi rezultatov natančnih meritev z vrhunsko

lasersko napravo ML10 Gold . Tu sta navedeni dve od mnogih merilnih priprav.[7]

7.1 Ballbar QC10

Ballbar QC10 je merilni sistem za hitro preverjanje geometrične natančnosti različnih CNC

obdelovalnih strojev. Standardni set je namenjen za hitro testiranje na triosnih CNC strojih

(navpičnih in vodoravnih obdelovalnih centrov), z dodatnimi elementi pa je napravo

možno uporabljati tudi za testiranje širokega spektra dvoosnih strojev (CNC stružnice,

žična erozija, robotske celice,...). Ballbar QC10 skozi 10 minut trajajoči test pri izbranih

pogojih testiranja omogoča določitev dejanskega stanja trenutne geometrične natančnosti

obdelovalnega stroja. Na podlagi analize rezultatov testa, ki so prikazani v grafični in

tabelarični obliki, se lahko določi različne ukrepe za izboljšanje stanja obdelovanega stroja.

http://lab.fs.uni-lj.si/labod/stroji02.php







26

Slika 28, 29: Merilnik Billbar in laserski merilnik natančnosti

7.2 Laserska merilnik ML10

Laserski sistem ML10 Gold Standard predstavlja drugi način za vrhunsko preverjanje in

umerjanje natančnosti obdelovalnih strojev oz. koordinatnih merilnih strojev. Celotni

sistem ML10 Gold Standard je zasnovan za vrednotenje linearnih in rotacijskih

natančnosti, ploskovne in pravokotne natančnosti obdelovalne mize, kotnih zasukov,... na

obdelovlanih strojih oz. koordinatnih merilnih napravah. Z visoko natančnostjo eno-

frekvenčnega laserskega vira, ki vsebuje elektroniko za stabilizacijo žarka, interpolacijo in

štetje interferenčnih prog, lahko z nanometrsko ločljivostjo merimo velikost omenjenih

napak oz. odstopanj od idealnih vrednosti na obdelovalnem stroju oz. koordinatni merilni

napravi. S pomočjo priloženega programskega paketa se izdelajo kompenzacijske tabele

odstopanj, ki se s podatkovnim kablom avtomatsko ali ročno lahko vnesejo v krmilnik

stroja. Kompenzacijske tabele predstavljajo osnovo za zelo natančno delovanje sodobnih

CNC strojev oz. koordinatnih merilnih naprav.


27

8 SKLEP

Ker živimo v času, kjer je robotika že zelo razvita, nam to področje robotike ponuja že zelo

velik spekter znanja. Zato smo se omejili samo na robotizirano celico za odvzemanje

materiala. Izhodišče smo postavili pri predmetu robotizacija, kjer smo vzeli osnove, ki smo

jih potrebovali za nadaljnje delo. Znanje, ki smo si ga pridobili, smo potrebovali tudi pri

projektnih nalogah. Naloga teh projektnih nalog je bila, da smo robotu dodali odsesovalno

napravo, vrtljivo mizo in prijemala za stiropor. Na tem mestu velja omeniti, da sta vrtljiva

miza in odsesovalni sistem že zmontirana in pripravljena za obratovanje, vendar robot

zaradi programskih in elektronskih napak ne obratuje.

Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701),

namenjeno za izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so

izdelana ustrezna navodila in priporočila, skladno s predpisi za varno delo in racionalnost

proizvodnje. Zaradi omejitve strani vsebine diplomskega dela so navodila v diplomski

nalogi napisana zgoščeno. Ker še trenutno ta sistem ne obratuje, sem primer izdelanega

modela povzel od kolegov iz prejšnje generacije.

Za nadaljni študij v tej smeri smo v nalogi predlagali, da bi podlago vrtljive mize

naredili močnejšo. Pri večjih obratih mize pride do tresenja. Zato bi podlago pod vrtljivo

mizo zabetonirali v večjem kosu tako, da bi lahko mizo prestavljali na različne dolžine od

mize do robota. To je ena izmed inovacij. Učinkovitejše bi še bilo potrebno razviti

odsesovalno napravo, tako da bi dosegli čim večji odsesovalni učinek.


28

9 LITERATURA:

[1] Zapiski predavanj predmeta Robotizacija. Nosilec predmeta: Gotlih Karl.

Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2008.

[2] Marko Hralj. Uporaba robota za obdelave z odvzemanjem materiala.Maribor:

Fakulteta za strojništvo, 2010. Dostopno na WWW : http://dkum.uni mb.si/

IzpisGradiva.php?id=15483

[3] Klemenšek Jože. Gradiva TRR: Odrezovanje. [svetovni splet] . Maribor : Fakulteta

za strojništvo, 2008. Dostopno na http://www.fs.unimb.si/

UserFiles/40/File/Navodila_za_pripravo_diplomskega_dela_FS.pdf

[4] Robert Breški. Hitra izdelava prototipov velikih dimenzij. Maribor : Fakulteta za

strojništvo, 2011. Dostopno na WWW: http://dkum.unimb.si/ IzpisGradiva.

php?id=21612

[5] Solid World d.o.o.. SolidCAM [svetovni splet] . Ljubljana, 2013. Dostopno na

WWW: http://www.solidcam.si/

[6] Marko Hralj. Uporaba robota za obdelave z odvzemanjem materiala.Maribor:

Fakulteta za strojništvo, 2010. Dostopno na WWW : http://dkum.uni mb.si/

IzpisGradiva.php?id=15483

[7] Labod Merjenje geometrične natančnosti obdelovalnih strojev [svetovni splet] .

Ljubljana, 2013. Dostopno na WWW: http://lab.fs.uni-lj.si/labod/strokovno01.php

http://www.fs.unimb.si/

postopki za izdelavo v robotizirani celici (priroČnik)

Documents