Tallinna Tööstushariduskeskus

Valdur Veski

Arvjuhtimisega seadmete programmeerimine

Tallinn 2001

2

Sisukord Sissejuhatus 4 1 Arvjuhtimise olemus 5 1.1 Arvjuhtimise areng 6 1.2 Arvjuhtimisega seadme tehnoloogilised võimalused 6 1.3 Juhtsüsteemid ja nende liigitus 1.4 Arvjuhtimise programmeerimise alused 2 Arvjuhtimisprogramm 2.1 Programmi lause 2.2 Aadressi sümbolid 2.3 Juhtsümbolid ja märgid 2.4 Ettevalmistavad funktsioonid 2.5 Abifunktsioonid 3 Treimise programmeerimine 3.1 Pingi koordinaadistik 3.2 Töötlemistehnoloogia määramine 3.3 Kontuuri kirjeldamine ja tugipunktide määramine 3.4 Töötlemise programmeerimine 3.4.1 Otspinna töötlemine 3.4.2 Faasitöötlemine 3.4.3 Pikitreimine 3.4.4 Soone töötlemine 4 Freesimise programmeerimine 4.1 Pingi koordinaadistik 4.2 Töötlemistehnoloogia määramine 4.3 Kontuuri kirjeldamine ja tugipunktide määramine 4.4 Töötlemise programmeerimine 4.4.1 Kontuuri töötlemine 4.4.2 Tasku töötlemine 4.4.3 Avade töötlemine 5 Geomeetriainfo vahendamine 5.1 Geomeetriainfo ettevalmistus CAD-keskkonnas 5.2 Geomeetriainfo teisendamise standardid 5.3 Geomeetriainfo eksport/import 5.4 Geomeetriainfo ettevalmistamine CAM-keskkonnas 5.5 Tehnoloogiainfo ettevalmistamine 5.6 NC-programmi genereerimine

3

6 Graafiline interaktiivne programmeerimine 6.1 Pingi operaatoripult 6.2 Operaatoripultidel kasutatavad graafilised sümbolid 6.3 Töötlemise simuleerimine 7 DNC-süsteemid 7.1 DNC-süsteemide klassid 7.2 DNC-süsteemi funktsioonid 7.3 Andmeside DNC-süsteemides Lisa 1 Võõrkeelsete lühendite ja terminite selgitus Lisa 2 Treimistöötlemise APT-faili struktuur Lisa 3 Freesimistöötlemise APT-faili struktuur Kasutatud kirjandus

4

Sissejuhatus Kaasaegset masinaehitusettevõtet iseloomustab kõrge tehniline tase mis tagab toodangu kvaliteedi ja konkurentsivõime. Seadmete ja tootmisvahendite efektiivne kasutamine toetub töötajate teadmistele ja oskustele. Tootmise ümberkorraldamise paindlikkus oleneb suurel määral ettevõtte orienteeritusest raalintegreeritud projekteerimisele ja –tootmisele. Infotehnoloogia riist- ja tarkvara on kasutusel ettevõtte kõigil tasanditel ja tegevusvaldkondades. Sellest tulenevad nõuded töötajate oskustele ja teadmistele. Tänapäeval metallitöötlemispingil töötaja oskused ja teadmised ei piirdu materjalide, lõikeriistade, seadmete ja tootmistehnoloogia tundmisega vaid ta peab valdama arvprogrammjuhtimisega seadmele juhtprogrammi koostamist, sisestamist ja vajaduse korral ka muutmist. Need nõuded tulenevad Eesti Vabariigis kehivatest kutsestandarditest. Käesolev õppevahend on mõeldud kasutamiseks Tallinna Tööstushariduskeskuses metallilõikepinkide töötajate ja mehhatrooniku kutseala koolituse korraldamisel. Õppevahend lihtsustab koolituse korraldamist ja aine omandamist kuna vastava sisuga eestikeelne õpik puudub. Samas ei saa antud õppevahendit käsitleda õpikuna. Siia on koondatud käsiraamatu vormis arvjuhtimisega metallilõikepinkidele juhtprogrammide koostamist käsitletavad põhiküsimused. Mitmed juhtprogrammide koostamisega seotud parameetrid ja tegevused on rahvusvaheliselt standardiseeritud. Õppevahendis on ära toodud viited vastavatele standarditele ja normidele. Materjali edukaks omandamise eelduseks on töödeldavate materjalide omaduste, lõiketeooria, lõikeriistade, metallilõikepinkide tööpõhimõtete, ehituse, juhtimise, kasutamise ja hooldamise tundmine, joonestamispakettide tundmise ja kasutamise oskus. Kaasaegsed arvjuhtimisega tööpingid kujutavad endast mehhatroonikasüsteeme, kus mehaanilised, elektroonilised ja infotehnoloogilised alasüsteemid tagavad koostoimimisel efektiivse terviku, mis väljendub nõuetekohase detaili valmimises. Järelikult töötaja töö edukus ja tulemuslikkus oleneb täiel määral sellest, millisel määral ta valdab kõiki pingi tööga seotud küsimusi kompleksselt. Peale teadmiste vajab töö edukus suurel määral kogemusi. Neid saab omandada ainult konkreetsete praktiliste tööde käigus. Käesolevas õppevahendis käsitletakse lõikeriistade trajektooride määramist, juhtimisinfo kodeerimist ja juhtprogrammide koostamise eri võimalusi eeldusel, et kasutajal on eelteadmisi tehnoloogilise protsessi projekteerimise omapärast arvprogrammpinkidele.

Head pealehakkamist!

5

1 Arvjuhtimise olemus Raske on ette kujutada kaasaegset metallitöötlemis- või masinaehitusettevõtet, kus ei kasutata arvprogrammjuhtimisega seadmeid (APJ-pink). Kuid see ei ole olnud alati nii. Kaasaegne tootmine peegeldab inimkonna arengut, inimeste leidlikkust ja ettevõtlikkust tööd mehhaniseerida ja automatiseerida. Tänapäevast tootmist nimetatakse raalintegreeritud tootmiseks.

Sele 1.1 Protsess Tellimus – Toode raalintegreeritud tootmise tingimustes

6

Selel 1.1 on ära toodud tellimuse liikumine raalintegreeritud tootmise tingimustes. Arvuti toetus on kõigile tegevustele ettevõttes. Tellimuste töötlemine, tootmise ette-valmistus ja plaanimine (TEP), raalkonstrueerimine (CAD), juhtprogrammide ettevalmis-tamine ja detailide töötlemine arvjuhtimisega pinkidel (CAM), tootmise materiaal-tehniline kindlustamine ja kõik ettevõtte abifunktsioonid realiseeritakse arvuti toel. Konkurentsivõimelise ja kvaliteetse toodangu valmistamise tagavad arvjuhtimisega seadmed. 1.1 Arvjuhtimise areng Esimesed arv(programm)juhtimisega seadmed võeti kasutusele 50. aastate alguses. Selle vajaduse tingisid ühelt poolt tööstustoodangu suurenenud mahud aga teisalt oli vaja muuta pingitöölise tööiseloomu, vabastada teda rutiinsest ja pingelisest juhtimistegevusest detaili töötlemisel. Arvjuhtimisega seadmete arengut ajaloo aspektist võib vaadelda järgmiste etappidena: • 1950 – 1960 Esimesed arendused, programmid vahetu juhtimisega, kohmakad, vajasid

suuremahulist matemaatilist ettevalmistust. Juhtseadmed realiseeritud pooljuht-elementidel. Kasutusala – lennukitööstus.

• 1960 – 1970 Perfolintide kasutamise ajastu. Reeglina käsitsi ettevalmistatud juhtprogramm kodeeriti perfolindile ja pingi juhtseade töötles seda. Arendati välja eriotstarbelisi arvjuhtimisega pinke.

• 1970 – 1980 Esimesed CNC pingid. Mikroprotsessortehnika tegi revolutsiooni pinkide juhtsüsteemide kasutamisvõimalustes. Arvuti sai pingi lahutamatuks osaks. Tõusis pinkide automatiseeritustase: toorikute, detailide ja lõikeriistade automatiseeritud vahetus.

• 1980 – 1990 CNC pinkide kõrgaeg. CNC pingid moodustavad raalintegreeritud tootmise aluse.

• Alates 1990 CAD/CAM muutub standardiks arvjuhtimisega seadmetele juhtprogrammide ettevalmistamisel.

Areng jätkub. Uued, kiiremad protsessorid võimaldavad infot kiiremini töödelda, pingi arvutimälus on võimalik salvestada palju erinevaid juhtprogramme, aga ka detailide jooniseid. Kaasaegsed pingiga ühildatud toorikute ja detailide transportsüsteemid ja lõikeriistalaod ning toorikute, detailide ja lõikeriistade programmijärgne vahetus võimaldavad sellisel paindtootmismoodulil töötada pikaajaliselt autonoomrežiimis inimese vahelesegamiseta. 1.2 Arvjuhtimisega seadme tehnoloogilised võimalused Arvjuhtprogrammi ettevalmistamisel on vaja teada pingi tehnoloogilisi võimalusi. Metallilõikepinkide tootjad, lähtudes tellija soovist komplekteerivad ühetüübilisi pinke erinevate juhtsüsteemidega. Pingi tehnoloogilised võimalused ja pingi juhtsüsteem kokku määravad juhtprogrammide ettevalmistamise. Tabelis 1.2.1 on ära toodud kaasaegsete metallilõikepinkidee automatiseeritud funktsioonid, mida tuleb silmas pidada juhtprogrammide ettevalmistamisel.

7

Tabel 1.2.1 Metallilõikepinkide automatiseeritud funktsioonid

Funktsioon Pink Lõikeriist Toorik Rakis Teisaldamine X X X Ülesseadmine X Fikseerimine X X X Kinnitamine, vabastamine

X X

Töötlemine X Ettevalmistus X Kontroll, mõõtmine

X X X

Diagnostika (pink, lõikeriist, rakendatav jõud)

X X X

Arvjuhtimisprogramm võib sisaldada ainult neid parameetreid ja funktsioone , mis on reaalselt olemas ja realiseeritavad. Tabelis 1.2.2 on ära toodud metallilõikepingi süsteemidevaheline seos. Üks paljudest juhtprogrammi koostamise reeglitest: ei saa kasutada seda, mida pink ei ole võimeline tegema.

Tabel 1.2.2 Arvjuhtimisega metallilõikepingi süsteemidevaheline seos

APJ-pink

Lõikeriista süsteem

Detaili süsteem Kinemaatika-süsteem

Juhtimissüsteem lähtudes pingist

• Spindel • Lõikeriista

hoidmis-vahendid

• Lõikeriista vahetuse seadmed (manipulaatoridrobotid)

• töölaud • detailide

vahetamise seade

• detailide hoidmise seade

• mitmes positsioonis detailide töötlemine ühel paigaldamisel

• pöörlemissage-duste diapasoon nmin< n <nmax

• ettenihete diapasoon mööda juhitavaid koordinaate

sxmin < s< sxmax szmin < s< szmax

• kiirpaigutus sxx(zz/xz)

• juhtsüsteem peab võimaldama täielikult ära kasutada pingi tehnoloogilisi võimalusi

8

1.3 Juhtsüsteemid ja nende liigitus Arvjuhtimisega tööpingi põhiosa, mille kaudu realiseeritakse juhtprogramm on pingi juhtsüsteem. Selel 1.3.1 on äratoodud APJ-pingi juhtsüsteemi põhielemendid. Juhtsüsteemi sisendiks on juhtprogramm, mis omakorda sisaldab infot detaili, töötlemistehnoloogia, lõikeriistade ja pingi võimaluste kohta.

Sele 1.3.1 APJ-pingi juhtsüsteemi põhielemendid. Sisend – juhtprogramm, väljund – käsud täituritele. Andurid jälgivad lõikeriista programmeeritava punkti asukohta, võrdlusplokk võrdleb anduritelt saadud infot programmis ettenähtuga ja annab korraldusi täituritele.

9

Selel 1.3.2 on ära toodud info töötlemine APJ-pingi juhtsüsteemi alasüsteemide vahel. Operaatoripuldilt sisestatud detaili geomeetriainfot täiendatakse tehnoloogiliste parameetritega, mis vastavad pingi võimalustele.

Sele 1.3.2 Infotöötlus APJ-pingi juhtsüsteemis Juhtsüsteeme, olenevalt nende tehnoloogilistest võimalustest liigitakse erinevate tunnuste järgi: 1. Juhtsüsteemi tüüp; määrab ära kuidas toimub liikumine ühest punktist teise, eristatakse:

- täisnurkne juhtsüsteem, liikumine toimub paralleelselt või risti koordinaattelgedega - positsioonjuhtsüsteem, liikumine toimub tasapinnal või ruumis positsioneerimisega

igas punktis; lõikeriista liikumise trajektoori ei kontrollita - lineaarne juhtsüsteem, liikumine toimub mööda sirget - kontuurjuhtsüsteem, liikumine ühest punktist teise punkti toimub täpselt mõõda trajektoori, mis vastab kirjeldatud kontuurile. Liikumist kontrollib kasutatav interpolaator. Kui juhtsüsteem kasutab lineaarinterpolaatorit, siis selle juhtsüsteemi abil saab sooritada ainult lineaarliikumist.

10

2. Interpolaatori tüübi järgi:

- interpolaatorita (tänapäeval esineb harva) - lineaarse interpolaatoriga - kaarja (ring) interpolaatoriga - kõrgemat järku funktsiooni kirjeldava interpolaatoriga (paraboolinterpolaator)

3. Programmeerimise võimalused - töö absoluutses koordinaatsüsteemis - töö suhtelises koordinaatsüsteemis - töö universaalses koordinaatsüsteemis

4 Programmi lause kuju - fikseeritud pikkusega - ilma adressaatideta - adressaatidega - vaba pikkusega - kombineeritud struktuuriga (kombinatsioon neljast loetletud variandist)

5 Informatsiooni kodeerimise kood - ISO (7-bitt kood) – valdavalt - EIA-kood – levinud USAs, USA standard

6 Juhtprogrammi infokandja - 8-realine perfolint (tänapäeval esineb harva) - magnetlindiga kassett - flopikettad - APJ-pingi arvuti kõvaketas

7 Korrektsioonide andmise võimalused - ei ole võimalik - lõikeriista pikkuse, asendi, läbimõõdu korrektsioon või selle variandid - lõikerežiimide korrigeerimise võimalused (protsentides, mille ulatuses on võimalik

korrigeerida) - kasutatavad spetsiaalrežiimid - alamprogrammide kasutamise võimalus - koordinaatide peegeldamise ja asendamise võimalus - ekvidistandi automatiseeritud arvestamise ja korrigeerimise võimalus - mitmesugused keerme lõikamise ja korrigeerimise võimalused

8 Töörežiimid - info sisestamise režiim - info väljastamise režiim - info korrigeerimise režiim - poolautomaatne töörežiim - automaatne töörežiim - graafiline interaktiivne režiim

9 Juhtsüsteemi mälumaht sõnades või Megabaitides (tänapäeval ei ole kitsaskohaks, mis takistaks suurte juhtprogrammide töötlemist).

10 Juhtsüsteemi diskreetsus, juhtsüsteemi maksimaalset võimalik nihutus diskreetsuse ühikutes.

11

Juhtsüsteemide tunnuste rohkus viitab sellele, et neid on palju ja nad on erinevate võimalustega. See nõuab juhtprogrammide ettevalmistajalt konkreetseid teadmisi konkreetse APJ-pingi juhtsüsteemi kohta ja oskust vastavalt arvestada programmeerimise iseärasusi, mis sellest tulenevad. Õnneks kaasaegsed APJ-pingid muutuvad üha enam kasutaja sõbralikumaks. Kuid juhtprogrammide koostamise ja korrigeerimise oskused on vajalikud selleks, et efektiivselt kasutada APJ-pinke. Selel 1.3.3 on äratoodud vertikaalfreespingi ajamid, mida juhtorganite kaudu sisestatud juhtprogramm peab juhtima. Juhtorganid moodustavad pingi riistavara, mida juhtsüsteem oma tarkvara ja sisestatud programmi kaudu juhib.

Sele 1.3.3 Vertikaalfreespingi ajamid ja juhtsüsteemi organid Tabelis 1.3.1 on äratoodud juhtsüsteemide kasutusalad lähtudes nende rakendusest APJ-pinkides. Peale tabelis toodud rakendustest arvjuhtimisega seadmed on kasutatavad paljudes muudes tootmisharudes ja valdkondades. Paljud APJ-pingid töötavad operaatori

12

poolt sisestatud juhtprogrammi alusel, mõned pingivalmistaja poolt sisestatud programmi alusel ja operaatori ülesandeks jääb olemasolevatest töörežiimidest sobiva valik. Mõnede APJ-pinkide programmeerimine toimub operaatori puldilt sobiva, paljude muutuvate parameetrite alusel töörežiimi ülesseadmine (mahterosioonpingid). Eriti suur kasutusala on tööstusrobotitel. Ka nende töö allub arvjuhtimisele, sest tegemist on kindlas koordinaatsüsteemis operatsioonide sooritamisega (detailide teisaldamine, või tehnoloogilised operatsioonid nt koostamine, keevitamine, värvimine)

Tabel 1.3.1 Juhtsüsteemide kasutamine APJ-pinkidel

Juhtsüsteemi tüüp Lõikeriista

trajektoor Lõikeriista

kontakt detailiga Rakendusala

Positsioon-juhtimine

Interpolaatorit ei kasutata, positsioon on määratud koordinaatidega

Lõikeriist on kontaktis detailiga ainult positsioonis

Puurimine, punktkeevitus, lehtmaterjali töötlemiskeskused augustamisel

Täisnurkne juhtimine

Interpolaatorit ei kasutata, liikumine paralleelselt telgedega

Lõikeriist on pidevas kontaktis detailiga

Silindriliste pindade treimine, freesimine paralleelselt telgedega

Lineaarne juhtimine

Ülekande vahetamisega või lineaarse interpolatsiooniga

Lõikeriist on pidevas kontaktis detailiga

Kooniliste pindade treimine, sirgete freesimine

Kontuurjuhtimine Ring- või kõrgema astme interpolaatoriga

Lõikeriist on pidevas kontaktis detailiga

Kujupindade treimine, freesimine, kontuuride töötlemine, gaas- ja laserlõikamisel, traaterosioontööt-lemisel

13

Sele 1.3.3 Lineaarinterpolaator Sele 1.3.4 Ringinterpolaator Nagu selgub tabelist 1.3.1 juhtsüsteemi oluline osa on interpolaator. Kui juhtsüsteem on interpolaatorita, siis lõikeriista liikumine on võimalik ainult kas koordinaatidega kindlaks määratud positsiooni või sirgjooneliselt. Interpolaator jagab lõigi lähtepunktist kuni lõpp-punktini paralleelselt koordinaattelgedega sammudeks või ringjoone puhul lõikudeks, luues täiendavaid tugipunkte. Interpoleerimissamm on määratud pingi juhtsüsteemi diskreetsusega ja detaili töötlemistäpsusega. Lineaar- ja ringinterpolaatoti põhimõtet on selgitatud selel 1.3.3 ja 1.3.4. 1.4 Arvjuhtimise programmeerimise alused Detailide töötlemise automatiseerimiseks varustatakse metallilõikepingid seadmetega, mis juhivad lõikeriista liikumist. Seda kogumit, mis kindlustab tehnoloogilise protsessi kulgemise nimetatakse juhtsüsteemiks. Infoallikaks, mille alusel juhtplokk väljastab juhtsignaale on töötsükli juhtprogramm, süsteem pink-rakis-lõikeriist-detail, ümbritsev keskkond, adaptiivplokk, diagnostikasüsteem. Kusjuures osa infot – alginfot, antakse juhtplokki enne töötsükli algust ja teine osa vajaminevast infost saadakse töötlemise käigus mitmesugustelt anduritelt. See kindlustab töötlemisprotsessi pidevust, sujuvust ja kiirust. Alginfo koosneb geomeetrilisest, tehnoloogilisest ja abiinformatsioonist vt seled 1.3.1 ja 1.4.1. APJ-pingi juhtsüsteemi ülesandeks on töötsükli juhtimine (töö- ja abiliikumiste juhtimine ning mitmesuguste mehhanismide sisse- ja väljalülitamine), töödeldavate detailide ja lõikeriistade vahetamine, töödeldava detaili parameetrite kontrollimine, abioperatsioonide teostamine (blokeerimine, süsteemi töö kontroll). APJ-pingid kasutavad numbrilist programmi. Juhtprogramm kujutab endast programmeerimiskeeles antud käskude jada, mis vastab konkreetse detaili töötlemisele konkreetsel pingil. Juhtprogramm koosneb standardsetest sümbolite kogumist – koodist. Koodi sümboliteks on numbrid, tähed, märgid. Selel 1.4.1 on näidatud, millist infot kasutab programmi koostaja. On põhimõtteliselt mitu erinevat juhtprogrammi koostamise meetodid, mis kõik teenivad sama eesmärki – koostada APJ-pingi juhtprogramm konkreetse detaili valmistamiseks: • Käsitsi juhtprogrammi koostamine. Kõige vanem, kõige töömahukam ja

programmeerija kõrget kvalifikatsiooni nõudev meetod. Juhtprogramm kirjutatakse käsitsi paberile ja perforaatori abil viiakse perfolindile. APJ-pink kasutab

14

programmikandjana perfolinti. Programmi muudatused nõuavad uue perfolindi ettevalmistamist ja sisestamist.

• Programmeerimine Editor-režiimis arvutil. APJ-pingi juhtsüsteemi püsimällu juhtprogramm viiakse Online- režiimis. Lihtsustub korrigeerimine. Enamalt on võimalik simuleerida töötlemisprotsessi.

• Õpetav programmeerimismeetod. Programmeerija liigutab tööriista, seadme teekonnamõõtsüsteem mõõdab trajektoori ja koordinaadid salvestatakse juhtsüsteemi mällu. Detailide valmistamiseks ebatäpne. Leiab rakendust värvimisrobotite töö programmeerimisel.

• Kõrgema programmeerimiskeele kasutamine. APJ-pingi juhtsüsteemist mittesõltuv programmeerimismeetod. Vajab post-protsessorit, mis genereerib programmi konkreetse APJ-pingi juhtsüsteemikohaseks.

• Graafiline interaktiivne programmeerimine. APJ-pingi operaatoripuldilt sisestatakse detaili geomeetriainfo, määratakse kindlaks tehnoloogiarežiim ja pingi juhtsüsteem ise genereerib juhtprogrammi. Keskmise keerukusega detailide töötlemise programmeerimiseks.

• CAD/CAM orienteeritud programmeerimine. Detaili geomeetriainfo on CAD-keskkonnast, CAM-keskkonnas lisatakse tehnoloogiainfo ja genereeritakse juhtprogramm. Võimaldab genereerida juhtprogramme keeruliste kujupindade töötlemiseks. Selel 1.4.2 on selgitatud enam levinud meetodite iseärasusi.

Sele 1.4.1 APJ-pingi juhtprogrammide koostamise infovajadus ja tulemus

15

Sele 1.4.2 APJ-pingi juhtprogrammi ettevalmistamise võimalusi