KRMILJENJE STROJA ZA RAZREZ CEVNIH …- CNC-programiranje. UDK: 621.791.9.07-52(043.2) POVZETEK Diplomsko delo obravnava razvoj CNC-stroja za rezanje cevnih segmentov, ki imajo prostorsko

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Rudolf Imre

KRMILJENJE STROJA ZA RAZREZ CEVNIH

SEGMENTOV

Diplomsko delo

visokošolskega strokovnega študijskega programa

Strojništvo

Maribor, november 2013

KRMILJENJE STROJA ZA RAZREZ CEVNIH

SEGMENTOV Diplomsko delo

Študent(ka): Rudolf IMRE

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo

Smer: Proizvodno strojništvo

Mentor: doc. dr. Uroš ŽUPERL

Maribor, november 2013

- II -

- III -

I Z J A V A

Podpisani Rudolf Imre izjavljam, da:

• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno, pod mentorstvom doc. dr.

Uroša ŽUPERLA;

• 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 mentorju, doc. dr. Urošu ŽUPERLU,

za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi kolektivu podjetja Varstroj

Lendava, kjer so mi nudili pomoč pri diplomskem

delu.

Posebna zahvala velja staršem, ki so me podpirali pri

študiju.

- V -

KRMILJENJE STROJA ZA RAZREZ CEVNIH SEGMENTOV

Klju čne besede:

- cevni segmenti;

- tehnologija;

- razvita oblika;

- krmilje;

- CNC-programiranje.

UDK: 621.791.9.07-52(043.2)

POVZETEK

Diplomsko delo obravnava razvoj CNC-stroja za rezanje cevnih segmentov, ki imajo

prostorsko oblikovane konce. Predstavljene so komponente razvitega stroja ter nov postopek

izdelave razvite oblike plašča cevi z metodo opisne geometrije in s pomočjo 3D modelirnika.

Opisan je postopek CNC-programiranja v programskem okolju Zevs RX. Izvedena je časovna

analiza med metodo opisne geometrije in 3D-modelirnikom ter med strojnim in ročnim

rezanjem.

- VI -

CONTROL OF MACHINE FOR PIPE SEGMENTS CUTTING

Key words:

- pipe segments;

- technology;

- developed form;

- controller;

- CNC-programming.

UDK: 621.791.9.07-52(043.2)

ABSTRACT

The thesis deals with the development of CNC machine for cutting pipe segments that have

spatially shaped ends. The components of the developed machine are presented. The new

manufacturing process for creating developed form of a pipe layer is presented with the

method of descriptive geometry and by the help of 3D modeler. CNC programming procedure

is shown in Zevs RX programming environment. A time analysis comparing the method of

descriptive geometry and 3D modeler, and also a comparison between the machine cutting

and cutting by hand has been conducted.

- VII -

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

2 OPIS PROBLEMA ........................................................................................................... 2

2.1 PROBLEM ...................................................................................................................... 2

2.2 REZALNI PARAMETRI .................................................................................................... 4

3 OBSTOJEČE REŠITVE .................................................................................................. 5

4 OPIS RAZVITEGA STROJA ......................................................................................... 8

4.1 PREDSTAVITEV KOMPONENT REZALNIKA .................................................................... 10

4.1.1 Uporabljeno CNC-krmilje .................................................................................. 10

4.1.2 PLC-programabilni logični krmilnik .................................................................. 12

4.1.3 Vzdolžni voziček ................................................................................................ 13

4.1.4 Višinsko vodenje ................................................................................................ 14

4.1.5 Glava za nagib gorilnika ..................................................................................... 16

4.1.6 Vzdolžna proga ................................................................................................... 17

4.1.7 Naprava za pozicioniranje .................................................................................. 18

4.1.8 Planetni reduktor ................................................................................................ 19

4.1.9 Servomotorji ....................................................................................................... 20

4.1.10 Izračun enkoderskega števila za vzdolžno gibanje ............................................. 20

4.1.11 Izračun enkoderskega števila za rotacijo cevi .................................................... 21

4.1.12 Podporni voziček ................................................................................................ 22

4.2 KOMUNIKACIJA KRMILJA IN PLC-JA ........................................................................... 23

5 OPIS REZALNIKA (PLAZMA) ................................................................................... 24

5.1 OPIS POSTOPKA RAZREZA S PLAZMO ........................................................................... 24

5.1.1 Zgodovina plazme .............................................................................................. 24

5.1.2 Kaj je plazma ...................................................................................................... 24

5.1.3 Lastnosti plazemskega obloka ............................................................................ 24

5.1.4 Plazemski izvor FineFocus 600 .......................................................................... 25

6 IZDELAVA RAZVITE OBLIKE PLAŠ ČA CEVI ..................................................... 28

- VIII -

6.1 POTEK DELA ................................................................................................................ 28

6.2 IZDELAVA RAZVITE OBLIKE S POMOČJO OPISNE GEOMETRIJE ...................................... 29

6.3 IZDELAVA RAZVITE OBLIKE S POMOČJO 3D-MODELIRNIKA ......................................... 30

6.4 PRIPRAVA FORMATA DATOTEKE ZA UVOZ V PROGRAMSKO OKOLJE ZEVS RX ............. 36

7 IZDELAVA CNC-PROGRAMA .................................................................................. 37

7.1 PROGRAMSKO OKOLJE ZEVS RX Z MODULOM ZA RAZREZ CEVI .................................. 37

7.2 IZDELAVA CNC-PROGRAMA S POMOČJO PROGRAMSKEGA OKOLJA ZEVS RX ............. 37

7.3 CNC-PROGRAMIRANJE ............................................................................................... 42

7.4 PRIMER CNC- PROGRAMA .......................................................................................... 43

8 REZULTATI REZANJA ............................................................................................... 45

9 SKLEP ............................................................................................................................. 46

10 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................................... 47

- IX -

KAZALO SLIK Slika 2.1: Prileg cevi brez priprave roba .................................................................................... 2

Slika 2.2: Prileg cevi s pripravo roba ......................................................................................... 2

Slika 2.3: Spoj cevnih segmentov s pripravljenimi robovi za varjenje ...................................... 2

Slika 2.4: Cevi s pripravljenimi robovi [1] ................................................................................. 2

Slika 2.5: Spoji cevnih segmentov ............................................................................................. 3

Slika 2.6: Primer rezanja lukenj ................................................................................................. 3

Slika 2.7: Prikaz rezalnih parametrov [2] ................................................................................... 4

Slika 3.1: Stroj za rezanje cevi podjetja HGG (RBCP) [3] ........................................................ 5

Slika 3.2 Stroj za rezanje cevi podjetja HGG (PC 600) [4] ........................................................ 6

Slika 3.3 Stroj za rezanje cevi podjetja MÜLLER OPLADEN (RB 950) [5] ............................ 6

Slika 3.4: Stroj za rezanje cevi podjetja Microstep (PipeCut) [6] .............................................. 7

Slika 4.1: Stroj za razrez cevi podjetja Varstroj (VARCUT C600) ........................................... 8

Slika 4.2: Krmilje Burny Phantom ST [7] ............................................................................... 10

Slika 4.3: Meni na zaslonu PLC-ja ........................................................................................... 12

Slika 4.4: Vzdolžni voziček ...................................................................................................... 13

Slika 4.5:Višinsko vodenje ....................................................................................................... 14

Slika 4.6: Potek gibanja gorilnika ............................................................................................ 15

Slika 4.7: Glava za nagib gorilnika .......................................................................................... 16

Slika 4.8: Možna napaka pri rotaciji gorilnika ......................................................................... 16

Slika 4.9: Vzdolžna proga ........................................................................................................ 17

Slika 4.10: Naprava za pozicioniranje ...................................................................................... 18

Slika 4.11: Planetni reduktor [8] .............................................................................................. 19

Slika 4.12: Prikaz krmiljenja AC-servomotorja ....................................................................... 20

Slika 4.13: Prikaz krmiljenja rotacijske osi .............................................................................. 21

Slika 4.14: Podporni voziček .................................................................................................... 22

- X -

Slika 4.15: Komunikacija krmilja in PLC-ja ............................................................................ 23

Slika 5.1: Plazemski izvor FineFocus 600 [13] ........................................................................ 25

Slika 6.1: Potek dela ................................................................................................................. 28

Slika 6.2: Zunanja razvita oblika .............................................................................................. 29

Slika 6.3: Notranja razvita oblika ............................................................................................. 30

Slika 6.4: 3D-model cevnega spoja .......................................................................................... 31

Slika 6.5: Modeliranje cevi ....................................................................................................... 31

Slika 6.6: Sestavljanje cevnega spoja ....................................................................................... 32

Slika 6.7: Odrez interferenčnega volumna ............................................................................... 33

Slika 6.8: Končni sestavljeni spoj ............................................................................................ 33

Slika 6.9: Prerez cevi po dolžini ............................................................................................... 34

Slika 6.10: Konvertiranje v pločevinasti izdelek ...................................................................... 34

Slika 6.11: 3D-razvita oblika plašča cevi ................................................................................. 35

Slika 6.12: Izris razvitega plašča cevi ...................................................................................... 36

Slika 7.1: Osnovno okno programa Zevs ................................................................................. 37

Slika 7.2: Določanje delovne površine ..................................................................................... 38

Slika 7.3: Uvoz zunanjega razvitega plašča cevi ...................................................................... 39

Slika 7.4: Spajanje razvite oblike cevi s surovcem .................................................................. 39

Slika 7.5: Uvoz notranjega razvitega plašča cevi ..................................................................... 40

Slika 7.6: Razdalja med krivuljama .......................................................................................... 40

Slika 7.7: Urejanje dostopov in odstopov ................................................................................. 41

Slika 7.8: Gnezdenje razvite oblike cevi .................................................................................. 42

Slika 8.1: Vzorčno rezanje 1..................................................................................................... 45

Slika 8.2: Vzorčno rezanje 2..................................................................................................... 45

- XI -

UPORABLJENI SIMBOLI �� – enkodersko število za vzdolžno gibanje

�� – število inkrementov na obrat

� – prestavno razmerje

� – modul

� – število zob

�� – enkodersko število rotacije

� – prestavno razmerje planetnega reduktorja

� – prestavno razmerje zobniške dvojice

� – premer cevi

� – kot nagiba [°]

– razdalja med krivuljama

� – debelina stene cevi

N2 – dušik

H2 – vodik

Ar – argon

- XII -

UPORABLJENE KRATICE CAD - Computer Aided Desimg / Računalniško podprto konstruiranje

CAM - Computer Aided Manufacturing / Računalniško podprta proizvodnja

CNC - Computer Numerical Control / Računalniško numerično krmiljenje

2D - Dvodimenzionalno

3D - Tridimenzionalno

ACM - Advance Command Messaging / Napredna ukazna sporočila

PLC - Programmable Logic Controller / Programabilni logični krmilnik

RS-232 - Standard za serijsko komunikacijo med dvema napravama

RS-422 - Standard za serijsko komunikacijo med dvema napravama

AC - Alternative Courent / Izmenični elektrinični tok

ASCII - American Standard Code for Information Interchange / Ameriški standardni

______________nabor za izmenjavo informacij

PID - Proportional Integral Derivative Regulation / Proporcionalna, integralna

_________in diferencialna regulacija

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

V današnjem času stremimo k vedno hitrejši proizvodnji in konkurenčnosti tudi pri razrezu

materiala, ki je eden od pomembnih dejavnikov v proizvodnji, saj se tam pričenja proces, od

katerega je odvisna celotna proizvodnja. Starejši postopki krojenja koncev cevi za posamično

proizvodnjo so bili zamudni, saj so uporabljali šablone pridobljene s postopkom opisne

geometrije, nato pa so jih izrezovali ročno s plamenskim, plazemskim postopkom oz. z

brušenjem. Serijsko krojenje je potekalo mehansko, s pomočjo krmilne gredi s katere so

prirezovali s plamenskim plazemskim postopkom. Postopek izdelave krmilnih gredi je bil

zamuden in drag.

Prednost opisanega sistema je v tem, da je čas izdelave kratek, izdelki so bolj natančni,

avtonomni, niso odvisni od šablonske oblike ter dopuščajo kreativnejše oblike. Dandanes se

večina zahtevnih projektov 3D modelira. Iz oblikovanega 3D modela lahko zelo hitro

izdelamo CNC-program za razrez s pripadajočo tehnologijo.

V diplomskem delu je predstavljen razvoj in delovanje plazemskega rezalnika za razrez cevi,

z možnostjo priprave zvarnih robov. Ta rezalnik je zasnoval in izdelal ožji tim podjetja

Varstroj d. d. Lendava, katerega član sem tudi sam. Moja glavna naloga je bila najti enostaven

način programiranja, ki ne zahteva velikega razvoja pri programskem okolju.


- 2 -

2 OPIS PROBLEMA

2.1 Problem

Potrebno je razviti CNC-stroj, ki omogoča rezanje cevnih segmentov s prostorsko

oblikovanimi konci. Omogočati mora razrez cevi dolžine 12 m, premera od 60 mm do 600

mm in maksimalne teže 2000 kg. Krmiljenje mora biti izvedeno tako, da bo omogočalo

prostorsko rezanje cevi, kot je prikazano v spodnjem primeru (slika 2.1), kjer je prileg cevi

brez priprave roba za varjenje. Pri razrezu cevnih segmentov so predvidene debelostenske

cevi. Zaradi tega se mora izvesti priprava robov za večslojno varjenje, kot je prikazano v

spodnjem primeru (slika 2.2). Omogočati mora rezanje odprtin (lukenj) na ceveh pod kotom

90° (slika 2.6). Rezalne hitrosti morajo biti velike zaradi doseganja zahtevane kapacitete.

Konstrukcija stroja mora biti narejena tako, da se lahko konfiguracija uporablja tudi pri drugih

strojih.

Slika 2.1: Prileg cevi brez priprave roba

Slika 2.2: Prileg cevi s pripravo roba

Slika 2.3: Spoj cevnih segmentov s pripravljenimi robovi za varjenje

Slika 2.4: Cevi s pripravljenimi robovi [1]


- 3 -

Zgornji sliki (2.3 in 2.4) prikazujeta pripravljene robove za večslojno varjenje. Krmilje mora

biti odporno na visokofrekvenčne motnje in mora omogočati diagnostiko na daljavo.

Gorilniku je potrebno omogočiti nagib ± 45° in varovanje gorilnika pri prebijanju skozi

material. Izdelava CNC-programa za rezanje naj bo enostavna. Končna izvedba cevne

konstrukcije je prikazana na spodnji sliki (2.5).

Slika 2.5: Spoji cevnih segmentov

Slika 2.6: Primer rezanja lukenj


- 4 -

2.2 Rezalni parametri

Slika 2.7: Prikaz rezalnih parametrov [2]

Pri rezanju prostorsko oblikovanih cevi se z nagibanjem gorilnika spreminja debelina cevi,

kar pomeni, da je potrebno rezalne parametre tem pogojem primerno spreminjati. S tem mora

biti dosežena optimalna rezalna hitrost. Zaradi nagiba gorilnika se spreminja debelina

rezanega materiala, katerega imenujemo efektivna debelina (slika 2.7).


- 5 -

3 OBSTOJEČE REŠITVE

Pred leti še ni bilo veliko ponudnikov strojev za razrez cevi in 3D obrezovanje različnih

profilov. V glavnem sta si trg delili dve podjetji: HGG Group iz Nizozemske in MÜLLER

OPLADEN iz Leverkuzna. Pred leti pa se je na trgu pojavil novi konkurent, podjetje

Microstep iz Slovaške.

Slika 3.1: Stroj za rezanje cevi podjetja HGG (RBCP) [3]

Na zgornji sliki (3.1) je prikazan stroj za razrez cevi, kjer je rotacija gorilnika narejena po

patentiranem zgibnem ročičnem mehanizmu. Rezalna glava se lahko rotira za 450° okoli

vertikalne osi in nagiba okoli horizontalne osi. Pri postopku rezanja s plamenom je

maksimalni kot nagiba ±70°, pri plazemskem pa ±45°. Rotacija cevi se prenaša s trenjem med

cevjo in podpornimi kolesi, katera se lahko dvigujejo in spuščajo. Transport cevi do rezalnega

območja se vrši po valjih, kateri so postavljeni pravokotno na os cevi in so med transportom

dvignjeni, med rezanjem pa spuščeni. Zaradi tega stroj omogoča večji pretok cevnih

segmentov. [3]


- 6 -

Slika 3.2 Stroj za rezanje cevi podjetja HGG (PC 600) [4]

Na zgornji sliki (3.2) je prikazan stroj prej omenjenega proizvajalca, kjer je princip rotacije

gorilnika enak kot v zgoraj navedenem primeru. Za rotacijo cevi uporabljamo tročeljustno

vpenjalno glavo, katero je možno spuščati in dvigovati glede na premer cevi. Podporna kolesa

so nastavljiva tako, da je možno obdelovanec nastaviti soosno s tročeljustnim vpenjalom. [4]

Slika 3.3 Stroj za rezanje cevi podjetja MÜLLER OPLADEN (RB 950) [5]

Stroj je narejen v izvedbi s šestimi krmiljenimi osmi. Nagib, rotacija in prečno gibanje

gorilnika je podobno robotski kinematiki. Rotacija cevi se izvaja preko posebnega

tročeljustnega vpenjalnega sistema. Podporni voziček je škarjaste izvedbe. Podporna kolesa


- 7 -

lahko prestavljamo glede na premer cevi. Podporni voziček je na progi, premik vozička na

ustrezno mesto se vrši ročno.

Slika 3.4: Stroj za rezanje cevi podjetja Microstep (PipeCut) [6]

Pri rotaciji in nagibu gorilnika ima proizvajalec Microstep podobne rešitve kot ostali tekmeci.

Posebnost prikazanega stroja (slika 3.4) je relativno malo območje vpetja. Centriranje in

vpetje cevi se vršita preko posebne hidravlične enote. Sprednja centrirna enota ima nalogo

centriranja cevi, podobno kot to počne lineta pri stružnici. Druga enota ima nalogo

centriranja, vpetja in podajanja cevi v vzdolžni smeri. Pri tem stroju sta možna dva vzdolžna

giba: rezalno enoto in centrirno podajalno enoto. Prva ima krajši hod v vzdolžni smeri, druga

pa daljši. Ta stroj je primernejši za rezanje krajših cevnih segmentov.

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo

4 OPIS RAZVITEGA

Stroj je bil izdelan za reševanje konkretnega projekta

dražja bremenila projekt in

konkurenčnega stroja. Konstr

programske opreme so temu primerno prilagojene. Najdražje komponente

uporabljati v drugi konfiguraciji (npr. plaze

izdelan.

Slika 4.1: Stroj za razrez cevi podjetja Varstroj (VARCUT C600)

Stroj VARCUT C je namenjen za razrez

modularne gradnje ga lahko

rezanja cevi je odvisna od premera cevi

rezanje ter označevanje. Mo

označevanja. Označujemo lahko

pnevmatskim oziroma elekt

Predstavljeni stroj VARCUT C600

premera od 60 mm do 600 mm in dolžine 12

Fakulteta za strojništvo

- 8 -

RAZVITEGA STROJA

reševanje konkretnega projekta. Razvita je bila cenejša

projekt in naročnika, ki z izvajanjem ne bi izpolnil polne kapacitete

. Konstrukcija je prilagojena konkretnim zahtevam

programske opreme so temu primerno prilagojene. Najdražje komponente

v drugi konfiguraciji (npr. plazemski izvor za razrez ploč

Stroj za razrez cevi podjetja Varstroj (VARCUT C600)

je namenjen za razrez okroglih cevi različnih premerov in dolžin.

odularne gradnje ga lahko poljubno podaljšamo in prilagodimo na več

rezanja cevi je odvisna od premera cevi. Opremimo ga lahko za plamensko in

evanje. Možna je tudi kombinacija med določenim

čujemo lahko s posebnimi tiskalniki, plazemskim ozna

ektromagnetnim točkalnikom.

Predstavljeni stroj VARCUT C600 (slika 4.1), kateri je opremljen za plazemsko rezanje cevi

mm in dolžine 12 m, je sestavljen iz naslednjih komponent

Diplomsko delo

Razvita je bila cenejša varianta, saj bi

izpolnil polne kapacitete

ukcija je prilagojena konkretnim zahtevam. Možnosti strojne in

programske opreme so temu primerno prilagojene. Najdražje komponente bi bilo možno

zvor za razrez pločevine), ko bo projekt

Stroj za razrez cevi podjetja Varstroj (VARCUT C600)

čnih premerov in dolžin. Zaradi

mo na večje premere. Dolžina

za plamensko in plazemsko

postopkom rezanja in

s posebnimi tiskalniki, plazemskim označevalnikom in

kateri je opremljen za plazemsko rezanje cevi,

z naslednjih komponent:


- 9 -

• CNC-krmilje s podnožjem, ki nadzoruje rezalni proces in gibanje stroja po

programirani konturi. V podnožju krmilja se nahajajo še močnostni elementi in PLC.

Krmilni del je ločen od samega stroja;

• vzdolžna vodilna proga, na katero je nameščen voziček za vzdolžno gibanje;

• voziček za vzdolžno gibanje, na katerem se nahaja dodatna upravljalna plošča z

zaslonom in tipkami za upravljanje. Plošča zajema le funkcije, potrebne za

upravljanje stroja. Na vozičku je nameščeno višinsko vodenje z rotacijsko glavo,

potrebno za nagib gorilnika;

• naprava za pozicioniranje s tročeljustno vpenjalno glavo;

• podporna vozička s progo za podpiranje cevi, z možnostjo nastavljanja potrebne višine

za vpetje;

• plazemski izvor Fine Focus 600 omogoča tehnologijo rezanja z ozkim curkom.

Točnost stroja je naslednja:

• vzdolžno odstopanje ±1,5mm;

• točnost pozicioniranja osi ±0,5mm;

• ponovljivost ±0,25mm;

• nagib ±2°;

• maksimalni nagib ±45°.


- 10 -

4.1 Predstavitev komponent rezalnika

4.1.1 Uporabljeno CNC-krmilje

Slika 4.2: Krmilje Burny Phantom ST [7]

Krmilje Burny Phantom ST je CNC-krmilje, ki je bilo razvito za koordinatno rezanje

materiala in omogoča nadzor nad rezalnimi parametri ter kontrolo pomika po zahtevni

geometriji. Podpira naslednje tehnologije: plamensko rezanje, plazemsko rezanje in rezanje z

vodnim curkom.

Omogoča:

• istočasno obdelavo več operacij hkrati;

• rotacijo koordinatnih osi glede na lego obdelovanca;

• zrcaljenje in rotacijo programa;

• skaliranje (povečanje – pomanjšanje);

• parametrično programiranje 50 likov (makrojev);

• diagnostiko na daljavo;

• kompenzacijo različnih širin rezanja glede na rezalne parametre znotraj programa.


- 11 -

Od drugih CNC krmilj se loči v tem, da omogoča:

• vračanje po že rezani konturi;

• vnos posebnih parametrov glede na tehnologijo;

• komunikacijo z zunanjimi enotami (RS-232 in RS-422, opcija ACM);

• odpornost na visokofrekfenčne motnje, ki se generirajo pri plazemskem rezu;

• grafično prikazovanje postopka rezanja;

• postprocesiranje dxf datotek ter avtomatično gnezdenje;

• spremljanje porabe potrošnih delov;

• prekinitev rezanja in rezanje drugega programa ter vračanje k predhodnemu programu

ter

• urejanje novega programa med izvajanjem.

Krmilje sestavlja industrijski PC z operacijskim sistemom XP, zaslon na dotik, kartica za

nadzor gibanja, dva servoregulatorja, napajalnik za servoregulatorje, krmilni napajalnik in

vhodno izhodna kartica, ki je galvansko ločena. Omara krmilja je industrijske izvedbe, s

pritrjenim hladilnim rebrom, in je zaščitena pred prahom (IP54) ter motnjami. Kompaktna

izvedba krmilja se lahko vgradi na stroj.

4.1.1.1 Opcija ACM (Advance Command Messaging)

Advance command mesaging (ACM) je funkcija, ki omogoča pošiljanje podatkov ali ukazov

v ASCII formatu iz CNC-programa na zunanje naprave. To nam npr. omogoča pošiljanje

ukazov na PLC-enoto. Komunikacija poteka preko serijskega protokola RS-232.

Komunikacijski blok mora biti pri tem sestavljen iz petih parametrov, kot nakazuje spodnji

primer. [7]

"(>50<ID, CODE, DEST, TYPE, DATA)"

Opisi posameznih kod:

>50< Identifikator tipa podatkov [7];

ID Idntifikacijski parametri PS (parametri plazme), JS (nastavitve dela) in BP (parametri

Burny) [7];


- 12 -

CODE Kodni parameter iz tabel glede na področje uporabe [7];

DEST (Izbrani cilj) uporabi 0za JS in BP code, 1-255 za PS kode (Hypertherm) [7];

TYPE (Tip podatkov za sledljivost) 0=4-bajtno celo število ali 4-bajtna dožina, 1=4 bajtna

[7];

DATA Preverjanje dejanskih podatkov glede na tip [7].

4.1.2 PLC-programabilni logični krmilnik

Slika 4.3: Meni na zaslonu PLC-ja

PLC ima dve nalogi. V našem primeru je njegova prva naloga krmiljenje nagiba gorilnika ter

višinskega vodenja pri prebijanju skozi material in rezanju. Druga naloga je, da skrbi za

kolizijsko varovanje gorilnika. PLC omogoča ročni in avtomatski način dela. Kadar

posluževalec pri ročnem načinu stroja sam nastavi rezalne parametre in nagib gorilnika, se

ukazi s CNC-programa ne upoštevajo. Pri avtomatskem načinu se izbere jakost toka, takrat

PLC črpa rezalne parametre iz lastne baze in upošteva še ukaze iz CNC-programa.


4.1.3 Vzdolžni voziček

Vzdolžni voziček omogoča gibanje gorilnika v vzdolžni progi

zobnika in zobate letve. Prenaša

vzdolžni progi. Pogon vozič

letvijo. Na ta način dobimo zagotovljeno

s pomožnim zaslonom in

upravljanje stroja. Na vozič

nagib gorilnika.


- 13 -

Slika 4.4: Vzdolžni voziček

ča gibanje gorilnika v vzdolžni progi. Gibanje

renaša se preko kaljenih koles, ki tečejo po fino brušenih letvah

Pogon vozička je grajen tako, da izniči zračnost med zobnikom in

in dobimo zagotovljeno točnost. Na voziček je nameščen

in tipkami za upravljanje. Plošča zajema le funkcije, potrebne za

upravljanje stroja. Na vozičku je nameščeno višinsko vodenje z rotacijsko glavo, potrebno za

Diplomsko delo

ibanje je omogočeno preko

po fino brušenih letvah na

čnost med zobnikom in zobato

ek je nameščena upravljalna plošča

le funkcije, potrebne za

eno višinsko vodenje z rotacijsko glavo, potrebno za


- 14 -

4.1.4 Višinsko vodenje

Slika 4.5:Višinsko vodenje

Višinsko vodenje ima dva namena. Prvi namen je, da regulira razdaljo med rezalno šobo

plazemskega gorilnika in materialom za razrez. Drugi namen pa je, da ščiti rezalno šobo, pri

prebijanju skozi material za razrez, pred odbijajočimi raztaljenimi delci, dokler se plazemski

curek ne prebije skozi material. Višinsko vodenje omogoča dva vertikalna giba z dvema

vozičkoma, ki sta montirana eden na drugega. Prvi gib je izveden s pnevmatskim cilindrom,

ki je nameščen v ogrodju le-tega. Služi pri nalaganju cevi, da se voziček umakne. Drugi gib

pa je izveden s servomotorjem in služi za regulacijo pri rezanju. Pnevmatski gib je dolg 400

mm, gib servomotorja pa je dolg 35 mm. Po nalaganju cevi se voziček od lastne teže spusti,

da sferična ležaja nasedeta na cev. Ležaja omejujeta razdaljo med gorilnikom in cevjo. Na ta


- 15 -

način dosežemo vedno konstantno razdaljo do gorilnika. Višino rezanja je potrebno še fino

regulirati zaradi različne jakosti toka. To se doseže s servomotorjem. Vodenje vozičkov je

izvedeno s fino brušenimi linearnimi vodili, ki omogočajo precizno delovanje. Na voziček, ki

se premika s pomočjo servomotorja, se lahko namesti rotacijska glava ali nosilec gorilnika, ki

drži gorilnik pravokotno na os cevi. Spodnji diagram (slika 4.6) prikazuje njegov potek

gibanja.

Slika 4.6: Potek gibanja gorilnika

Na sliki 4.6 je prikazano gibanje gorilnika pri prebijanju skozi material. Gorilnik se približa

do višine vžiga, plazemski izvor vžge pilotni oblok, nato preklopi na glavni oblok, ta začenja

prebijati material, gorilnik se spusti na rezalno višino, ko jo doseže, sprosti pogoj za premik

gorilnika.


4.1.5 Glava za nagib gorilnika

Naloga glave za nagib gorilnika je

rezanjem. Njegov maksimalni dov

pride v kolizijo z obdelovancem

Sestavljajo ga:

• zasučno vodilo;

• nosilec zasučnega vodila;

• zobniški segment, ki je zaš

• voziček, ki se giblje po

povezan s kotnim planetnim reduktorjem.

Slika


- 16 -

Glava za nagib gorilnika

Slika 4.7: Glava za nagib gorilnika

Naloga glave za nagib gorilnika je, da omogoča natančno in tekoče nagibanje gorilnika med

aksimalni dovoljeni nagib je ±45°. Večjega nagiba

pride v kolizijo z obdelovancem.

čnega vodila;

ki je zaščiten pred padajočimi delci;

ki se giblje po zasučnem vodilu, na katerega je nameščen nosilec gorilnika in

planetnim reduktorjem.

Slika 4.8: Možna napaka pri rotaciji gorilnika

Diplomsko delo

če nagibanje gorilnika med

ni mogoče doseči, ker

na katerega je nameščen nosilec gorilnika in


- 17 -

Nastavitev lege gorilnika je zelo pomemben faktor, saj mora biti višina rezanja vedno v

središčni osi nagiba. To točko imenujemo TCP (toll center point). Pri najmanjšem odstopanju

(slika 4.9) se geometrija spremeni in dobimo neustrezen izdelek.

4.1.6 Vzdolžna proga

Slika 4.9: Vzdolžna proga

Vzdolžna proga je bistveni del rezalnika, ki omogoča enakomerno gibanje. Odvisna je od

točnosti izdelave in montaže, kar vpliva na kvaliteto rezanja. Pri rezalniku se uporabljajo

brušene letve, katere so pritrjene na ogrodje proge in služijo za tekalno površino za vzdolžni

pomik. Zobate letve z modulom m=2 so prav tako pritrjene na ogrodje in služijo prenosu

gibanja vozička v vzdolžni smeri. Jeklena konstrukcija vozne proge je pritrjena v temelje s

posebnimi pritrdilnimi elementi, ki omogočajo nastavljanje proge.


- 18 -

4.1.7 Naprava za pozicioniranje

Slika 4.10: Naprava za pozicioniranje

Naprava za pozicioniranje (slika 4.10) je namenjena preciznemu in enakomernemu vrtenju

cevi, saj se vsaka napaka odraža na kvaliteti reza. S pomočjo tročeljustne vpenjalne glave s

posebnimi čeljusti se vpenjajo cevi z večjimi premeri. Te posebne čeljusti so oblikovane tako,

da je možno obrezovati cevi, ki imajo zelo malo dodatka za rezanje, saj je vpetje cevi

oddaljeno od območja rezanja. Minimalna dolžina cevi, katere ni možno vpeti s posebnimi

čeljusti za razrez in odrez od samega vpetja, je oddaljena približno 300 mm. Vrtenje se izvaja

s pomočjo servomotroja s planetnim gonilom in zobniško dvojico. Ti gonilni elementi

omogočajo prenašanje velike moči in hitrosti za doseganje zahtevane dinamike pri rezanju.

Zelo pomembno je, da se rezalna hitrost doseže v zelo kratkem času.


- 19 -

4.1.8 Planetni reduktor

Slika 4.11: Planetni reduktor [8]

Prenos gibanja od servomotorja do vodenih elementov poteka z gonilnimi elementi. V našem

primeru smo uporabili planetne reduktorje. Namen teh je prenos gibanja s servomotorja na

gnano gred, velikost momenta je premo sorazmerna prestavnemu razmerju. Izdelani so z

majhno zračnostjo ali pred napetjem, pri katerem ni zračnosti. Majhne dimenzije so posledica

razdelitve moči v več vejah. Večtočkovni vprijem pogonskega zobnika je koristen tudi zaradi

izničenja delovanja radialnih sil na pogonsko gred. Planetna gonila omogočajo zelo velika

prestavna razmerja, celo do i=10.000. [9]


- 20 -

4.1.9 Servomotorji

Slika 4.12: Prikaz krmiljenja AC-servomotorja

V projektu smo uporabili AC-servomotorje, ker je razen točnosti zahtevana velika dinamika

pogona. Njegova glavna lastnost je, da je navor motorja konstanten po celotnem delovnem

območju. Za generiranje ustrezne napetosti skrbijo servoregulatorji. Za zagotovitev povratne

zanke so povezani z enkoderjem, ki se nahaja v istem ohišju in je direktno vezan na os

servomotorja. Krmilnik pošilja servoregulatorju podatke o želeni poziciji. Za doseganje nove

pozicije servoregulator uporablja predhodno nastavljene parametre (PID-regulacija) in sproti

pridobljene enkoderjeve podatke. Krmilnik je lahko CNC-krmilje, lahko pa tudi PLC. Pri

izbiri servomotorja moramo biti pozorni na razmerje vztrajnostnih momentov med rotorjem

servomotorja in končnim gnanim elementom.

4.1.10 Izračun enkoderskega števila za vzdolžno gibanje

Povezava med krožnim gibanjem servomotorja in želenim linearnim gibanjem je definirana

po spodnji enačbi.

(4.1)

�� [ink/m] – enkodersko število za vzdolžno gibanje

�� =�� ∙ � ∙ 1000� ∙ � ∙ �


- 21 -


� – prestavno razmerje

� [mm] – modul

� – število zob

4.1.11 Izračun enkoderskega števila za rotacijo cevi

Slika 4.13: Prikaz krmiljenja rotacijske osi

Povezava med krožnim gibanjem servomotorja in želeni dolžini poti, po zunanjem obodu

cevi, je definirana po spodnji enačbi:

(4.2)

�� [ink/vrt] – enkodersko število rotacije


� – prestavno razmerje planetnega reduktorja

�� =�� ∙ � ∙ �� ∙ �


- 22 -

� –prestavno razmerje zobniške dvojice

� [mm] – premer cevi

4.1.12 Podporni voziček

Slika 4.14: Podporni voziček

Podporni voziček je namenjen podpori cevi. Za podpiranje cevi na celotni dolžini 12.000 mm

je nameščena proga z dvema vzdolžno premičnima hidravličnima enotama. Premik

hidravlične enote na optimalno višino podpiranja se vrši ročno. Dvig in spust podpornih koles

se izvaja hidravlično, s pomočjo ročice, s katero tlačimo olje v hidravlični teleskopski cilinder

oz. ga izpuščamo.

Sestavljajo ga:

• hidravlični teleskopski cilinder;

• ročna hidravlična črpalka;

• ročici s kolesi in

• ogrodje s kolesi za vzdolžni pomik.

Hidravlični teleskopski cilinder dviga ročici s kolesi, ki se zapirajo. Ročici s kolesi omogočata

nastavitev soosnosti s tročeljustno vpenjalno glavo v razponu cevi med 60 mm in 600 mm.

Geometrija dvižnega mehanizma je izvedena tako, da je obdelovanec stabilen, upori gibanja

pa minimalni.


- 23 -

4.2 Komunikacija krmilja in PLC-ja

Slika 4.15: Komunikacija krmilja in PLC-ja

Na zgornji sliki (4.15) je prikazan potek komunikacije. Konfiguracija krmilja ne omogoča

direktnega krmiljenja na več kot dveh oseh. Omogoča pa sinhrono pošiljanje podatkov na

zunanje enote, zato smo se odločili za povezavo s PLC-jem. Krmilje direktno krmili vzdolžni

pomik in rotacijo. PLC krmili nagib gorilnika in višinsko vodenje. Krmilje pri obdelavi CNC-

programa sinhrono pošilja podatke na lastna servoregulatorja in PLC. Komunikacija do PLC-

ja poteka po RS-232 protokolu, od PLC-ja do servoregulatorjev pa po CANopen protokolu.

Hitrost prenosa pri RS-232 znaša 38400 bit/s, kar zadošča za sinhroni nagib gorilnika.

Zahtevano prebijalno višino materiala izberemo na PLC-ju, ki nato poskrbi za izvajanje po

klicanju s CNC-programa.


- 24 -

5 OPIS REZALNIKA (PLAZMA)

5.1 Opis postopka razreza s plazmo

5.1.1 Zgodovina plazme

Leta 1950 so strokovnjaki v Union Carbide`s welding laboratory odkrili, da se ob zmanjšanju

odprtine šobe, ki usmerja plin iz gorilnika oz. elektrode (katoda) k obdelovancu (anoda),

lastnosti obloka izboljšajo. Zmanjšani presek odprtine šobe je zožal električni oblok ter

povečal hitrost in temperaturo plazme. Temperatura in napetost curka sta se dramatično

povišala. Zaradi visoke hitrosti ioniziranega in neioniziranega plina je staljeno kovino

odpihnilo. [10]

5.1.2 Kaj je plazma

Plazma je četrto agregatno stanje snovi. Kot plazmo smatramo plin, katerega dokajšen del

atomov in molekul razpadejo v ione in elektrone ter pri tem vsebujejo visoko električno

prevodnost. V plazemskem gorilniku dobi plin za rezanje veliko hitrost pretoka. Material, ki

ga želimo rezati, bo s tem postopkom podvržen tako termičnemu, kakor tudi mehanskemu

delovanju. To povzroči izpihovanje vroče taline materiala in s tem ločitev (razrez). Plazemsko

rezanje je postopek, s katerim lahko režemo vse električno prevodne materiale, kot so npr.:

železo, CrNi-jekla, aluminij, baker in zlitine. [11]

5.1.3 Lastnosti plazemskega obloka

˝Plazemsko rezanje je primerno predvsem za elektroprevodne materiale, obstaja možnost

uporabe tudi za neprevodne materiale ob neprenesenem obloku. Plazma omogoča velike

hitrosti rezanja, posebno pri tankih pločevinah. Posledica velike koncentracije energije

plazemskega obloka so majhne deformacije obdelovanca pri rezanju in relativno majhni

stroški pri uporabi cenenih plinov (zrak, kisik, dušik).

Plazemsko rezanje se je izkazalo kot zelo dobrodošel postopek pri rezanju nerjavnih jekel, saj

so le-ta odporna na oksidacijo in jih s plamenskim rezanjem, ki deluje na principu izgorevanja

oz. oksidacije železovih spojin, ni bilo mogoče rezati.˝ [12]


- 25 -

5.1.4 Plazemski izvor FineFocus 600

Slika 5.1: Plazemski izvor FineFocus 600 [13]

FineFocus 600 je robustni plazemski izvor, ki ponuja maksimalno zanesljivost in kakovost

rezanja tudi pod najtežjimi pogoji. Naprava ima nizko porabo plina, zato ima visoko

gospodarnost. Omogoča kvalitetno rezanje materiala s prebijanjem do debeline 30 mm, brez

prebijanja z roba do debeline 40 mm in razkosanje do debeline 60 mm.

5.1.4.1 Glavne značilnosti in prednosti

Institut prof. Manfreda od Ardenne iz Dresdna je na podlagi raziskovalnega dela uporabil

plazemski postopek rezanja z ozkim curkom, pri katerem je proizveden ekstremno visok

energetski potencial, ki se s Plus-tehnologijo še poviša. Posledica tega je vrsta tehnoloških

prednosti, kot so:

• Double-Straight-Effekt (efekt obojestranskega pravokotnega rezanja, tehnološko je

možna uporaba obeh reznih površin);

• ozka širina reza;

• mali odpad materiala;

• majhen vnos toplote;

• majhna deformacija materiala;

• velika hitrost rezanja in

• odlična kvaliteta rezne površine.


- 26 -

Tehnološke prednosti se odražajo z uporabo tehnologije rezanja, uporabo WG-plina za

rotacijo in vrtinčenje, tako za suho, kakor tudi za podvodno plazemsko rezanje in uporabo

XL-Life-Time-Systema pri rezanju s kisikom.

Nadaljnje značilnosti in prednosti:

• zvezna nastavitev jakosti rezalnega toka od 60A do 200A omogoča optimalno

prilagoditev moči rezanja;

• vmesnik za CNC-priklop omogoča krmiljenje naprave, ki je prilagojeno za

avtomatsko krmiljenje NC- ali CNC-strojev za razrez ali robotsko upravljanje

naprave;

• možno je krmiljenje želene vrednosti rezalnega toka preko aktivnega vhoda iz CNC-

naprave;

• majhna poraba rezalnih šob in katod plazemskega gorilnika zaradi blagega porasta

rezalnega toka (nastavljiv mehki vžig plazemskega obloka);

• uporabljeni so posebni senzorji za nadzor določenih funkcij delovanja in signalizacijo

karakterističnih stanj (nadzor pretoka plazemskega plina s tlačnim stikalom, nadzor

pretoka hladilne tekočine s tlačnim stikalom, časovna omejitev vžiganja pilotskega

obloka in avtomatski izklop rezalnega toka ob dotiku rezalne šobe gorilnika z

materialom);

• majhen odpad materiala zaradi ozkega curka (majhna reža reza);

• avtomatski izklop pilotskega obloka, v primeru, da se glavni tok ne vzpostavi;

• visoka ekonomičnost in s tem nizki stroški obratovanja zaradi integriranega hladilnega

sistema in možnostjo uporabe komprimiranega zraka za rezanje;

• plazemsko rezanje z rezalnimi plini, kot sta zrak in kisik, kakor tudi z mešanico ArH2,

ArN2 ali ArH2N2 za optimalno rezanje vseh električno prevodnih materialov.

5.1.4.2 Področje uporabe

Za plazemsko rezanje kovin se priporoča uporaba različnih plinov:

• Konstrukcijska jekla

Plazemski plin komprimirani zrak / WG-plin komprimirani zrak

Visoka ekonomičnost rezanja, brez oziroma z zelo malo žlindre spodaj, nastaja površinsko

nitriranje in oksidacija rezne površine.


- 27 -

Plazemski plin kisik/ WG-plin komprimirani zrak

Visoka ekonomičnost rezanja, brez tvorbe žlindre spodaj, brez površinskega nitriranja.

• CrNi-jekla


Visoka ekonomičnost rezanja, brez oziroma z zelo malo žlindre spodaj, nastaja površinsko

nitriranje in oksidacija rezne površine, slabša kvaliteta rezne površine kot pri rezanju z

mešanico plinov ArH2 ali ArH2N2.

Plazemski plin mešanica ArH2, ali ArH2N2 / WG-plin dušik

Kovinsko svetla rezna površina, možnost tvorbe žlindre spodaj, posebej pri rezanju tankih

pločevin pri uporabi mešanice plinov ArH2, preprečimo oziroma zmanjšamo z dodajanjem

dušika(mešanica ArH2N2 , pri tem rezna površina z dodajanjem dušika temni!).

• Aluminij


Visoka ekonomičnost rezanja, brez tvorbe oziroma z zelo malo žlindre spodaj, slabša kvaliteta

rezne površine kot pri rezanju z mešanico plinov ArH2.

Plazemski plin mešanica ArH2 / WG plin komprimirani zrak

Neprimerno boljša kvaliteta rezne površine kot pri rezanju aluminija s komprimiranim

zrakom. [14]


- 28 -

6 IZDELAVA RAZVITE OBLIKE PLAŠ ČA CEVI

6.1 Potek dela

Za izdelavo razvite oblike plašča cevi so potrebni naslednji koraki:

Slika 6.1: Potek dela

Delavniška risba mora biti izdelana tako, da jo lahko na koncu uvozimo v CAM-program

(ZevsRX) in tam obdelamo. Geometrijskim podatkom dodamo še tehnološke parametre, ki jih

nato postprocesiramo, da dobimo želeni CNC-program. Delavniška risba mora biti narisana v

enem od 2D CAD-programov (Autocad …) ali 3D CAD-programom, modelirana (Inventor

…), shranjena v razviti obliki ter dveh datotekah v dxf-formatu, eno z zunanjo in eno z

notranjo stranico razvite cevi. Do tega pridemo tako, da v 2D CAD-programu narišemo

razvito obliko s pomočjo opisne geometrije ali pa modeliramo v 3D CAD-programu in nam

program sam razvije razvito obliko. Vrstni red izdelave je prikazan na zgornji sliki (Slika 6.1),

opis izdelave pa je prikazan in opisan v naslednjih poglavjih.


6.2 Izdelava razvite oblike s pomo

Risanje razvite oblike plašč

zunanjo razvito obliko se nariše v narisu in tlorisu.

(pomožna krožnica I.), ki je soosna s

razdelimo na 5 enakih delov (18 °)

krožnici I. narišemo oštevilč

seboj vzporedne. V tlorisu narišemo

delov. Točke na krožnici ozna

črko narišemo poltrak z izhodiš

so med seboj vzporedni. Iz to

označimo s točko A´. Postopek ponovimo z vsemi delitvami na tlorisu.

daljico z dolžino πD, pri čemer je D premer cevi, ki jo želimo razviti. Daljico

20 enakih delov. Dolžine daljic (npr. A A´) prenesemo k vsaki delitvi.

povežemo med seboj in dobimo

prenašamo v obratnem vrstnem redu.

[15]


- 29 -

Izdelava razvite oblike s pomočjo opisne geometrije

Slika 6.2: Zunanja razvita oblika

razvite oblike plašča cevi je možno narediti po metodi Kochanskega.

nariše v narisu in tlorisu. K želeni cevi plašč

ki je soosna s cevjo, ki jo želimo razviti. Njen d

razdelimo na 5 enakih delov (18 °), ki so označeni s točkami. Od vsake

oštevilčeno daljico (npr. 1 1') do stranice cevi 2. Narisane daljice so med

seboj vzporedne. V tlorisu narišemo pomožni polkrog v osi cevi. Razdelimo ga na 10 enakih

ke na krožnici označimo z velikimi tiskanimi črkami. Od vsake to

rko narišemo poltrak z izhodiščem v posamezni črki vzporedno na os cevi.

Iz točke 1´ narišemo poltrak, ki seka poltrak iz to

ostopek ponovimo z vsemi delitvami na tlorisu.

pri čemer je D premer cevi, ki jo želimo razviti. Daljico

. Dolžine daljic (npr. A A´) prenesemo k vsaki delitvi.

povežemo med seboj in dobimo polovico razvite oblike, ki je simetrič

prenašamo v obratnem vrstnem redu. Tako smo dobili razvito obliko zunanjega plaš

Diplomsko delo

a cevi je možno narediti po metodi Kochanskega. Cevni spoj za

K želeni cevi plašča narišemo krožnico

desni spodnji kvadrant

vsake točke na pomožni

Narisane daljice so med

Razdelimo ga na 10 enakih

Od vsake točke označene s

vzporedno na os cevi. Narisani poltraki

ke 1´ narišemo poltrak, ki seka poltrak iz točke A. Presečišče

ostopek ponovimo z vsemi delitvami na tlorisu. Poljubno narišemo

emer je D premer cevi, ki jo želimo razviti. Daljico razdelimo na

Točke (od A´ do K´ )

simetrična. Preostale dolžine

Tako smo dobili razvito obliko zunanjega plašča cevi.


Cevni spoj za notranjo razvito obliko

krožnica II. in pomožni polkrog

nespremenjena. Dolžino daljic prenašamo na zunanjo obliko plaš

krivulji. Črtkana krivulja prikazuje notranjo obliko plaš

plašča cevi. [15]

6.3 Izdelava razvite oblike s pomo

Primer izdelave razvite oblike cevnega plaš

podjetja Autodesk.


- 30 -

Slika 6.3: Notranja razvita oblika

otranjo razvito obliko se nariše podobno kot za zunanjo. Narisana pomožna

in pomožni polkrog II. imata notranji premer cevi. Dolžina daljice

Dolžino daljic prenašamo na zunanjo obliko plašča. Na ta na

rtkana krivulja prikazuje notranjo obliko plašča cevi, polna č

ava razvite oblike s pomočjo 3D-modelirnika

razvite oblike cevnega plašča bo prikazan s 3D CAD

Diplomsko delo

anjo. Narisana pomožna

Dolžina daljice πD ostane

ča. Na ta način dobimo dve

a cevi, polna črta pa zunanjo obliko

n s 3D CAD-programom Inventor,


- 31 -

Slika 6.4: 3D-model cevnega spoja

Da dobimo razvito obliko cevi, moramo izdelati sestav z dvema cevema, kot je prikazano na

zgornji sliki (6.4). V spodnjem primeru (slika 6.5) bo prikazan enostavnejši način izdelave.

Slika 6.5: Modeliranje cevi

Zaženemo Inventor in v meniju New izberemo izdelavo standardnega dela Standard.ipt.

Odpre se okolje za izdelavo skice. Narišemo dve krožnici, ki sta koncentrični in imata


- 32 -

središče v izhodiščni točki koordinatnega sistema. Izberemo ukaz za kotiranje Dimension in

označimo krožnico, ki jo želimo kotirati. Po ustrezni izbiri se odpre pogovorno okno, v

katerega vpišemo želeni premer. Postopek ponovimo še pri drugi krožnici. Z ukazom Extrude

raztegnemo skico v prostor, kjer se vpiše višina raztega. Po istem postopku narišemo še drugo

cev z drugimi merami. Vsaka od modeliranih teles ima svoj lasten koordinatni sistem, v

katerem je presečišče treh delovnih ravnin in treh delovnih osi. Vsa presečišča so v

koordinatnem izhodišču, med seboj so pravokotna.

Slika 6.6: Sestavljanje cevnega spoja

Sledi izdelava sestava. V meniju izberemo New izberemo izdelavo sestava Standard.iam, tako

določimo, da želimo modelirati sestav. Izdelane cevi je potrebno postaviti v sestav, nato pa jih

med seboj povezati. To naredimo tako, da uporabimo ukaz Place component, pri tem se odpre

okno, v katerem določimo model (cev) za postavitev in dodamo v sestav. Enako ponovimo še

za drugo cev. Prvo postavljena cev je povezana s koordinatnim sistemom in je v prostoru ne

moremo premikati. Druga je še prosta. Na prvo cev bomo vezali drugo. Nato bomo uporabili

ukaz za postavljanje povezav Place constraints, ki bo zložil modela v celoto. Označimo X-

ravnino obeh cevi in potrdimo povezavo. S tem smo odvzeli eno ploskovno in dve rotacijski

prostostni stopnji. Za tem označimo Y-ravnino prve in Y-os druge cevi ter vnesemo želeno

razdaljo med njima. S tem smo odvzeli še eno ploskovno prostostno stopnjo. Izberemo ukaz

za povezavo, pod kotom označimo obe Z-osi in vnesemo želeni kot med osmi. S tem smo

odvzeli vse prostostne stopnje druge cevi.


- 33 -

Slika 6.7: Odrez interferenčnega volumna

Sledi rez interferenčnega volumna druge cevi (slika 6.7). Z dvoklikom na drugo cev smo

izbrali urejanje modela znotraj sestava. V tem primeru je prosojno vidna tudi prva cev. Na

sprednjo odprtino cevi postavimo soležno ravnino in izberemo ukaz za skiciranje Sketch. Z

ukazom Projeckt geometry projeciramo zunanji rob druge cevi, tako dobimo povezavo med

cevmi. V primeru, da je potrebno popravljati premer cevi, se ta povezava samodejno prilagodi

popravljeni geometriji. Sedaj izberemo operacijo za razteg Extrude in izberemo opcijo rezanja

Cut. Vnesemo globino rezanja, označimo projecirano krožnico in potrdimo zahtevo. Tako

smo odrezali obliko drugi cevi, ki je bila interferenčna s prvo.

Slika 6.8: Končni sestavljeni spoj


- 34 -

Slika 6.9: Prerez cevi po dolžini

Za tem sledi prerez cevi. Da bi jo lahko razvili, jo je najprej potrebno razrezati po dolžini. To

naredimo tako, da na koordinatnem izhodišču nahajajoče delovne ravnine postavimo skicirno

ravnino. Projeciramo zunanji rob cevi in narišemo pravokotnik, ki je soosen s središčem

krožnice. Višina naj bo večja od debeline stene in naj sega čez oba robova, širina pa naj bo

0,05 mm. Izberemo operacijo raztega Extrude in opcijo rezanja Cut. Vpišemo dolžino rezanja

in označimo projecirano krožnico ter zahtevo potrdimo. Širna reza je pri razvitem plašču cevi

zanemarljiva.

Slika 6.10: Konvertiranje v pločevinasti izdelek


- 35 -

V meniju izberemo ukaz za konvertiranje v pločevinasti izdelek Convert to Sheet Metal. Da bi

lahko cev razvili, ji moramo določiti naslednje lastnosti: vrsto in debelino materiala (v našem

primeru je to debelina stene cevi) ter parametre za izračun razvite dolžine cevi. Izberemo ukaz

Sheet Metal Defaults in v oknu za izbiro parametrov za izračun razvite oblike izberemo

linearni način izračuna ter k-faktorju vnesemo vrednost 1. K-faktor določa, na katerem mestu

se nahaja nevtralna linija. Nevtralno linijo prenesemo na notranji rob cevi. Sledi izdelava

razvite oblike cevi z izbiro ukaza Create Flat Pattern, ki nam izračuna in prikaže razvito

obliko omenjene cevi.

Slika 6.11: 3D-razvita oblika plašča cevi

Sedaj imamo 3D razvito obliko cevi. Za uvoz v programsko okolje Zevs RX potrebujemo

format datoteke dxf., katero je potrebno še pripraviti. Za izdelavo izrisa v meniju New

izberemo predlogo Standard.idw. Po izbiri predloge se prikaže list papirja z glavo in

okvirjem. Sledi vstavljanje pogledov. Z izbiro ukaza Base View, se odpre pogovorno okno,

kjer določimo, kateri model želimo vstaviti v izris. Označimo način prikaza (nerazvito ali

razvito obliko), merilo in način prikaza nevidnih robov. V našem primeru je to prirezana cev

razvite oblike Flatt Pattern z nevidnimi robovi. Izris shranimo, nato ga izvozimo v dxf-

formatu.


- 36 -

Slika 6.12: Izris razvitega plašča cevi

6.4 Priprava formata datoteke za uvoz v programsko okolje Zevs RX

V obeh primerih izdelave razvite oblike smo dobili enak rezultat. Edina razlika je, da je

kontura pri ročnem načinu razvijanja plašča cevi, zaradi delitve, bolj groba. To lahko

odpravimo s povečanjem števila delitev. Da bi lahko Zevs izračunal nagib gorilnika, je

potrebno izdelati dve datoteki v dxf-formatu, eno z zunanjo in eno z notranjo stranico cevi.

Pogoj je, da imata obe konturi isto koordinatno izhodišče.


- 37 -

7 IZDELAVA CNC-PROGRAMA

7.1 Programsko okolje Zevs RX z modulom za razrez cevi

Programsko okolje Zevs RX je namenjeno za grafično programiranje CNC-strojev za razrez

pločevine, okrogle cevi in pravokotne cevi. Omogoča hitro in enostavno pretvorbo 2D

geometrije v izvajalno strojno kodo (CNC-program) s pripadajočo tehnologijo. Je slovenski

produkt, ki je v uporabi v več kot 100 slovenskih in več kot 50 tujih podjetjih. Program poleg

CAD/CAM-postopkov omogoča tudi načrtovanje, spremljanje, dokumentiranje proizvodnega

procesa, rezanje napisov in analizo tehnoloških procesov ter integracijo z drugimi poslovnimi

sistemi v podjetju.

7.2 Izdelava CNC-programa s pomočjo programskega okolja Zevs RX

Primer izdelave CNC-programa za odrez cevi bo prikazan s programom Zevs RX, in sicer

modulom za rezanje cevi. Uvozili bomo razviti geometriji v DXF-formatu, ju opremili s

tehnološkimi parametri in optimirali ter izdelali CNC-datoteko. V spodnjem primeru je

prikazana izdelava programa za odrez prostorsko oblikovanih koncev cevi.

Slika 7.1: Osnovno okno programa Zevs


- 38 -

Zaženemo Zevs RX in v meniju Datoteka izberemo Nov cevni razrez. Odpre se nam delovno

okolje, kjer v desnem spodnjem kotu kliknemo na ikono Dodaj nalog. Dodamo nalog,

nato kliknemo na jeziček z napisom Nalog 1. Sledi definicija cevi. Najprej kliknemo na ikono

delovna površina, odpre se nam pogovorno okno, kjer izberemo kvaliteto materiala, vnesemo

dolžino, premer in debelino stene cevi. Iz vnesenih mer surovca cevi, program izračuna maso

cevi in iz tabel izbere parametre za PID regulacijo. Podatke za izračun črpa iz tehnološke

zbirke podatkov.

Slika 7.2: Določanje delovne površine

Sledi uvoz geometrije. V meniju datoteka izberemo ukaz Uvoz in izberemo želeno datoteko.

Prikaže se nam okno za urejanje geometrije, kjer jo lahko popravljamo in spreminjamo

lastnosti. Določamo ali naj geometrijo obravnava kot črtovje ali kot obliko. Črtovje se reže po

sredini črte, pri tem ni možna kompenzacija širine reza. Zevs RX prepozna zunanjo in

notranjo konturo, kjer je kompenzacija možna. Določimo lahko, katera od kontur naj bo

markirna linija (npr. napis ali pa pomožna črta pri sestavljanju zvarjenca). S tipko Ročno

določanje lahko preverimo, če je naša kontura sklenjena. Po preverjanju je postopek uvoza

zaključen. Izberemo obliko, druge nastavitve pustimo privzete, nato zaključimo izbor s

potrditvijo.


- 39 -

Slika 7.3: Uvoz zunanjega razvitega plašča cevi

Slika 7.4: Spajanje razvite oblike cevi s surovcem

Sedaj je potrebno geometrijo razvite oblike spojiti z definirano obliko surovca cevi. To

naredimo tako, da kliknemo na razvito obliko. Ta postane šrafirana in v meniju Uredi

izberemo ukaz Razbij, nato v istem meniju izberemo ukaz Združi v obliko. S tem smo razvito

geometrijo spojili z razvito obliko survca cevi. Oblika je dobila dva dostopa in odstopa.

Geometrijo je možno sukati okoli osi razvite oblike surovca, tako se doseže večji izplen

(izkoriščenost) material.


- 40 -

Slika 7.5: Uvoz notranjega razvitega plašča cevi

Sledi še dodajanje notranje razvite oblike cevi. To naredimo tako, da kliknemo na razvito

obliko, ki postane šrafirana. V meniju Uredi izberemo ukaz Lastnosti. Odpre se nam okno z

lastnostmi oblike, v spodnjem levem kotu izberemo jeziček Ravnine, s klikom na ikono

dodamo novo ravnino in jo poimenujemo. Nato kliknemo na ikono Uvoz, kjer izberemo

še notranjo razvito obliko cevi in s kljukico potrdimo. Sedaj imamo možnost izbiranja med

rezanjem, ko se robovi cevi prilegajo na plašč cevi in rezanjem priprave robov za varjenje,

kjer je možna definicija kota priprave roba. Izbrali smo Pripravi rezanje pod kotom s

posnetjem in vnesli kot 45° na obeh koncih cevi. Kot je razviden na zgornji sliki (Slika 7.5).

Zevs RX je dodal novo konturo, katera ponazarja noranji rob cevi.

Slika 7.6: Razdalja med krivuljama


- 41 -

Kot normalnega prilega brez priprave roba se izračuna na naslednji način. Zevs RX ugotovi

razdaljo med zunanjo in notranjo krivuljo v vodorvani smeri in na osnovi spodnje formule

izračuna kot nagiba gorilnika:

(7.1 )

� [°] – kot nagiba

[mm] – razdalja med krivuljama

� [mm] – debelina stene cevi

Slika 7.7: Urejanje dostopov in odstopov

Sledi ureditev dostopov in odstopov. Izberemo ikono Urejanje dostopov in kliknemo na

dostop oz. odstop. Pojavi se pogovorno okno, kjer vnesemo želene nastavitve. Pri cevnem

rezanju odstopa ne potrebujemo, saj se po odrezu cev takoj oddvoji in se plazemski oblok

pretrga. Dostop je potreben, saj se prebijanje vrši pravokotno na os cevi, nato sledi nagib na

izračunani kot in tangencionalno približevanje h konturi rezanja. Priporoča se krožni dostop,

dolžina dostopa naj bi bila dolga najmanj toliko, kot je debelina rezanega materiala. Po

� = tan��


- 42 -

definiciji dostopa sledi še razmnoževanje rezanih cevnih segmentov po delovni površini in

optimizacija izkoriščenosti.

Slika 7.8: Gnezdenje razvite oblike cevi

Sledi simulacija izdelave, pri kateri se lahko kontrolira potek izdelave na stroju. V meniju

Izdelava izberemo ukaz Simulacija izdelave. Pri tem Zevs RX najprej pripravi podatke za

izdelavo in na osnovi teh prikaže simulacijo. Pri pripravi podatkov Zevs RX na podlagi

geometrijskih podatkov izračuna efektivno debelino materiala in z interpolacijo izračuna

rezalno hitrost ter določi vrstni red rezanje glede na izhodiščno točko. Po zadovoljivem

pregledu simulacije je potrebno postprocesirati in program shraniti. Pri tem v meniju Izdelava

izberemo ukaz Zapiši program. Shranjeni program se prenese na stroje preko zunanjega

pomnilnika (USB-pomnilnika) ali pa preko mrežne povezave.

7.3 CNC-programiranje

CNC-program je zaporedje programskih ukazov, ki CNC-stroju omogoča postopek izvajanja

delovnih operacij za izdelavo določenega izdelka. Program je sestavljen iz posameznih

programskih stavkov, ki opisujejo določeno operacijo ali gibanje na stroju.

Postopek izdelave je opisan v CNC-programu z ukazi, ki se delijo na:

• geometrijske, ki določajo položaj med gorilnikom in obdelovancem;

• tehnološke, to so tehnološki parametri (rezalna hitrost, čas prebijanja itn.) in


- 43 -

• pomožne funkcije, (vklop/izklop plazemskega izvora in pošiljanje podatkov na

zunanje enote).

Celoten postopek izvajanja operacij izdelave na stroju poteka povsem avtomatično. V

našem primeru se uporablja kartezični koordinatni sistem. X-os je rotacijska os, Y-os pa

vzdolžna os. Kot nagiba se podaja v stopinjah s celimi števili. Programski jezik je Word

Address, podoben je DIN/ISO-programskemu jeziku s tem, da je proizvajalec krmilja

nekatere ukaze spremenil, glede na svoje potrebe.

7.4 Primer CNC programa

Spodnji primer prikazuje CNC program za rezanje cevi:

PCev127_225_A001 Komentar (ime programa)

G71 Merska enota je v milimetrih

G90 Absolutni način programiranja

(>50<BP,18,0,1,1684285) ACM parameter enkodersko število (��) [ink/vrt] za Y-os

(>50<BP,17,0,1,0.1200) ACM parameter parameter regulacije za Y-os





X0 Y197.27 Linearno gibanje

G41 Kompenzacija širine rezanja levo od konture

M04 Vklop plazme

(>21,1,0<B36) Nagib gorilnika B-osi na 36°

G04F20 Čakanje (20ms)

G03 X0 Y197 I0 J197 F1820 Krožna interpolacija (dostop) z hitrostjo 1800mm/min

X7.16 Y197.27(>21,1,0<B36) Linearno gibanje, nagib gorilnika na 36°


- 44 -

X7.25 Y195.06(>21,1,0<B40) F1753 Linearno gibanje, nagib gorilnika na 36° in

ooooooooooooooooooooooooooohitrost1753mm/min

X7.4 Y192.84(>21,1,0<B42) F1721 Linearno gibanje, nagib gorilnika na 42° in

ooooooooooooooooooooooooooohitrost 1721mm/min

X7.61 Y190.62(>21,1,0<A45) F1710 Linearno gibanje, nagib gorilnika na 45° in

ooooooooooooooooooooooooooohitrost1710mm/min

.

.

X131.32 Y594.04(>21,1,0<B45) Linearno gibanje, nagib gorilnika je 45°

X131.08 Y596.26(>21,1,0<B45) Linearno gibanje, nagib gorilnika je 45°

X131 Y598.47(>21,1,0<B45) Linearno gibanje, nagib gorilnika je 45°

M03 Izklop plazme

G04F20 Čakanje (20ms)

(>21,1,0<B00) Nagib gorilnika B-osi na 0°

G40 Izklop kompenzacije širine rezanja

M30 Konec programa.


- 45 -

8 REZULTATI REZANJA

Slika 8.1: Vzorčno rezanje 1

Slika 8.2: Vzorčno rezanje 2

Primerjava časa izdelave razvite oblike z metodo opisne geometrije in s pomočjo 3D

modelirnika je naslednja: z metodo opisne geometrije smo porabili 48 min, s pomočjo 3D

modelirnika pa le 6 min. Popravljanje razvite oblike z metodo opisne geometrije traja enako

dolgo kot risanje. Z uporabo 3D modelirnika to traja nekaj minut. Pri strojnem rezanju so

izdelki natančnejši in dopuščajo kreativnejše oblike, medtem ko je ročno rezanje zamudnejše

in ne dovolj natančno. Natančnost zadostuje za varjenje. Čas izdelave segmenta cevi s strojem

je 3,3 min, ročno pa po oceni 45 min.


- 46 -

9 SKLEP

Pri projektu sta bili moji nalogi sledeči: poiskati način, kako krmiliti z dvoosnim krmiljem

štiriosni stroj, da dosežemo podano toleranco od ±2° odstopanja pri nagibu gorilnika in najti

način programiranja, ki ni preveč kompleksen in je še dovolj dober za doseganje želene

vrednosti.

Dosežene so bile naslednje zahteve:

• izdelava omejenega števila različnih tipov cevi;

• hitra izdelava velike količine različnih kosov in

• hitri dobavni rok (od začetka do zagona je trajalo mesec dni in še mesec dni do

izdobave programske opreme, kjer je bila dostava kosov in izplutje ladje že

definirana).

Cena programa in strojne opreme je nižja v primerjavi s konkurenčno, kar je neposredno manj

bremenilo projekt. Za veliko serijo različnih izdelkov bi morali pri programskem reševanju

uporabiti drugačen, kompleksnejši pristop.


- 47 -

10 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] Other Pipe Cutting Machines [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://www.hgg-

group.com/en/equipment-division/cnc-cutting-machines/pipe-cutting-machines/other-

pipe-cutters/ [28.10.2013].

[2] HyPerformance Plasma HPR260. Hanover ZDA: Hypertherm, 2011.

[3] Roller Bed Pipe Cutter – RBPC [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://www.hgg-

group.com/en/equipment-division/cnc-cutting-machines/pipe-cutting-machines/roller-

bed-pipe-cutter/ [29.10.2013].

[4] ProCutter - PC 600. [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://www.hgg-

group.com/en/equipment-division/cnc-cutting-machines/pipe-cutting-

machines/procutter/ [23.10.2013].

[5] Maschinen mit 6 CNC Achsen – MP Serie. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.mueller-opladen.com/produkte/3d-profilschneiden/6cnc-achsen.html

[29.10.2013].

[6] MicroStep: PipeCut. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.microstep.eu/gallery/machines/pipecut/ [20.10.2013].

[7] BURNY PHANTOM with AC drivers: Technical manual. Cleveland ZDA: Cleveland

Motion Controls, 2009.

[8] In-line planetary gear reducer. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.directindustry.com/prod/neugart/in-line-planetary-gear-reducers-7056-

1245151.html [20.10.2013].

[9] Decker Karl-Heinz, Maschinenelemente, Funktion, Gestaltung und Berechnung,17.

Izdaja. München: Hanser Verlag, 2009.

[10] Varjenje in rezanje s plazmo. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www2.sts.si/arhiv/tehno/varjenje/var18.htm [07.09.2013].

[11] Varjenje in rezanje s plazmo. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.messer.si/aplikativne_resitve/varjenje_in_rezanje/varjenje_in_rezanje_s_pla


- 48 -

zmo/index.html [07.09.2013].

[12] ČUŠ Franci, Balič Jože, Kopač Janez. Postopki odrezavanja. Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 2009.

[13] FineFocus 600. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.kjellberg.de/Schneidtechnik/Plasma/Produkte/CNC-und-

mechanisiert/FineFocus-Reihe/FineFocus-600.html [07.09.2013].

[14] FineFocus 600. Finsterwalde: Kjellberg, 2008.

[15] Radin Milan, Opisna geometrija II. del,. Ljubljana: Mladinska knjiga, 1967.

Documents

KRMILJENJE STROJA ZA RAZREZ CEVNIH …- CNC-programiranje. UDK: 621.791.9.07-52(043.2) POVZETEK Diplomsko delo obravnava razvoj CNC-stroja za rezanje cevnih segmentov, ki imajo prostorsko