RAČUNALNIŠKO PODPRTO · 1980: se v CNC-krmilje vgradijo različna programska orodja, ki omogočajo direktno programiranje na stroju, in s tem poenostavijo upravljanje. 1984: naredijo

- I -

RAČUNALNIŠKO PODPRTO

PROGRAMIRANJE CNC-STROJEV

Diplomsko delo

Študent: Gašper Klančnik

Študijski program: Strojništvo, univerzitetni, 1. stopnja

Smer: Proizvodne tehnologije in sistemi

Mentor: red. prof. dr. Jože Balič

Somentor: doc. dr. Mirko Ficko

Maribor, september 2011

- II -

- III -

I Z J A V A

Podpisani Gašper Klančnik izjavljam, da:

je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.

dr. Joţeta Baliča;

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

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 19. 8. 2011

Podpis: ___________________________

- IV -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Joţetu

BALIČU za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja tudi podpori staršev, ki so mi

omogočili študij, ter podjetju Gorenje d.d., ki mi je

skozi celotni študij podpiralo s štipendijo.

- V -

RAČUNALNIŠKO PODPRTO PROGRAMIRANJE CNC-STROJEV

Ključne besede: CAD, CNC-programiranje, NC-koda, CAM, SolidWorks, EdgeCam,

rezkanje, računalniško podprto programiranje.

UDK: 621.941-5:004.89(043.2)

POVZETEK

V mojem diplomskem delu je zajeto nekaj o razvoju NC-tehnologije, navedeni so sodobni

trendi NC-programiranja, v zaključku pa sem zapisal nekaj o mojem videnju razvoja

programiranja v prihodnosti.

V diplomskem delu sem opisal kako najprej nastane računalniški model, katerega izdelamo v

programu SolidWorks, in ga nato v programu EdgeCam generiramo, da dobimo uporabno NC

kodo, katera se potem prenese na obdelovalni stroj. Brez računalniške podpore bi bilo

bistveno teţje izdelati kakšen model, kateri je bolj kompleksen, saj je pisanje NC kode ročno

zelo zamudno, v nekaterih primerih pa jo je tudi nemogoče napisati, saj se v današnjih časih

uporabljajo tudi petosni stroji za izdelavo ali pa sodobni roboti. Z računalniško podprtim

programiranjem povečujemo produktivnost in s tem tudi vplivamo na organizacijo procesov,

kot so npr. hitra menjava serij, izdelava prototipov.

- VI -

COMPUTER-AIDED PROGRAMING OF CNC MACHINE TOOLS

Key words: CAD, CNC programming, NC code, CAM, SolidWorks, EdgeCam, milling,

computer supported programming

UDK: 621.941-5:004.89(043.2)

ABSTRACT

In my diploma paper I captured something about the development of NC technology. There

are indicated contemporary trends of NC programming and in conclusion I mentioned my

vision of development of programming in the future.

In my diploma paper I firstly described how can we manufacture the computer model which is

made by SolidWorks programme and is generated in EdgeCam programme, that we can get

useful NC code, which is afterwards transmitted on the processing machine. Without

computer support it would be fundamentally harder making that kind of model, which would

be more complex, because nowadays the writing of NC code by hand is very time-consuming;

in some cases it is actually impossible to write. The reason is in the use of five axis machines

for the production or in modern robots. With computer supported programming we increase

productivity and influence on organization of processes, such as rapid series exchange or

production of prototypes.

- VII -

KAZALO

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

1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA ......................................................... 1

1.2 OPREDELITEV DIPLOMSKEGA DELA ............................................................................... 1

1.3 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ................................................................................. 2

2 RAZVOJ NC-STROJEV IN NAČINI PROGRAMIRANJA........................................ 3

2.1 ZAČETKI IN RAZVOJ NC-STROJEV V SVETU ................................................................... 3

2.2 ZAČETKI IN RAZVOJ NC-STROJEV V SLOVENIJI ............................................................. 6

2.3 NC-KRMILJENI STROJI, CNC-KRMILJENI STROJI IN DNC-KRMILJENI STROJI ................. 6

2.4 PRILAGODLJIVI OBDELOVALNI SISTEMI (POS) IN ADAPTIVNO KRMILJENJE (AC) .......... 8

2.5 OSNOVE DELOVANJA CNC-OBDELOVALNIH STROJEV ................................................... 9

2.6 PROGRAMIRANJE NC-STROJEV ................................................................................... 11

2.7 ROČNO PROGRAMIRANJA ............................................................................................ 11

2.8 ROČNO PROGRAMIRANJE DIREKTNO NA STROJU .......................................................... 11

2.9 PROGRAMIRANJE S POMOČJO RAČUNALNIKA .............................................................. 12

2.10 AVTOMATSKO PROGRAMIRANJA ............................................................................. 12

2.11 VNOS PODATKOV .................................................................................................... 13

2.12 SESTAVA NC-PROGRAMA ....................................................................................... 13

3 RAČUNALNIŠKO PODPRTO PROGRAMIRANJE ................................................ 15

3.1 RAČUNALNIŠKO PROGRAMIRANJE STROJEV (CAD/CAM) .......................................... 15

3.2 MODELIRANJE IZDELKA (SOLIDWORKS) ..................................................................... 16

3.3 EDGECAM ................................................................................................................... 17

4 MODEL KOLESARJA .................................................................................................. 18

4.1 OPIS IZDELKA.............................................................................................................. 18

4.2 PRIPRAVA MODELA ..................................................................................................... 19

4.3 PRIPRAVA PROGRAMA ................................................................................................. 20

4.4 NC-PROGRAM KOLESARJA .......................................................................................... 22

5 ZAKLJUČEK .................................................................................................................. 25

6 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV ........................................................................... 26

7 PRILOGE ........................................................................................................................ 27

- VIII -

KAZALO SLIK

Slika 1: Stroj, ki ga vodi luknjičasti trak .................................................................................... 4

Slika 2: Prvi elektronski računalnik imenovan ENIAC.............................................................. 4

Slika 3: Krmiljenje od točke do točke ........................................................................................ 9

Slika 4: Krmiljenje po ravnih linijah .......................................................................................... 9

Slika 5: Izboljšano krmiljenje po ravnih linijah ....................................................................... 10

Slika 6: Krmiljenje po poljubni poti ......................................................................................... 10

Slika 7: Program SolidWorks ................................................................................................... 16

Slika 8: Program EdgeCam ...................................................................................................... 17

Slika 9: Model narejen v SolidWorksu .................................................................................... 18

Slika 10: Priprava modela surovca 60x60x50 .......................................................................... 19

Slika 11: Model v EdgeCamu, z dodanim napisom ................................................................. 20

Slika 12: Obdelava s stebelnim frezalom ................................................................................. 21

Slika 13: Graviranje napisa....................................................................................................... 21

- IX -

UPORABLJENE KRATICE

AC - Adaptivno krmiljen

CAD - Computer Adid Design

CAM - Computer Aided Manufacturing

CNC - Computer numeric control

DNC - Direct Numerical Control

NC - Numeric control

POS - Prilagodljiv obdelovalni sistem

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

V današnjem času po celem svetu podjetja bijejo bitko s časom in konkurenco. V zadnjih

dveh desetletjih smo doţiveli velik napredek tehnologije v računalništvu, kar je posledično

vplivalo tudi na napredek na področju obdelovalnih strojev. Ker so se razvili bolj zmogljivi

računalniki, so lahko programerji razvili sodobne in bolj učinkovite programe. Zaradi

takšnega napredka tehnologije izginjajo starejši stroji v pozabo, saj niso več konkurenčni tako

v natančnosti kot tudi v hitrosti. Pisanje G-kode na star način, je postopek, ki se ga danes

skoraj ne uporablja več, saj je zelo zamuden in tudi kakšnih kompleksnejših modelov ne

moremo izdelati. Pisanju G-kode se posluţujejo le še kakšni manjši obrtniki, ki si ne morejo

privoščiti nakupa modernejših strojev. Stare stroje so zamenjali novejši, ki so zdruţeni z

računalnikom in zahtevajo višji nivo znanja od uporabnika. So bolj produktivni in

prilagodljivi. V zadnjem času se vse več uporabljajo petosni frezalni stroji, ki so izredno

sposobni. Z več avtomatizacije in programske opreme se rešimo ponavljajočih in rutinskih

napak, katere bi storili, če bi ročno programirali.

1.2 Opredelitev diplomskega dela

Problem, ki sem si ga zadal v diplomskem delu, je programiranje NC-strojev, in sicer gre za

staro programiranje strojev (numerično krmiljenih strojev). Z uporabo CAM-programske

opreme se je nov način programiranja CNC-strojev bistveno spremenil. Pri G-kodi se je

pojavljal problem, kako izdelati zapletene oblike z upoštevanjem vseh vrst parametrov. Opisal

bom, kako hitro priti od konstrukcije modela v programu SolidWorks, do NC-kode v

programu EdgeCam in nato do končnega izdelka na stroju. Opisal bom tudi problem, ki se

pojavi pri ročnem programiranju.


- 2 -

1.3 Struktura diplomskega dela

Moj cilj diplomske naloge je, da predstavim, kakšno je trenutno stanje programiranja. Na

začetku bom predstavil zgodovino in razvoj ter vrste programiranja. Kako poteka

računalniško podprto programiranje, bom predstavil s programskim paketom CAM,

natančneje s programom EdgeCam. Kot izdelek in primer bom izdelal model kolesarja, in

sicer način dela ter vso dokumentacijo za izdelavo izdelka, na koncu pa še izdelek.


- 3 -

2 RAZVOJ NC-STROJEV IN NAČINI PROGRAMIRANJA

Človek ţe od pradavnine strmi k poenostavi svojega ţivljenja. V zgodovini so samo

poenostavljali različna dela, sedaj pa dajemo velik pomen na produktivnosti, da bi le-ta bila

čim višja. Z uvedbo avtomatizacije v proizvodnjo se izboljšuje stopnja organizacije dela v

proizvodnji, najpomembnejša vloga pa je zviševanje produktivnosti in kakovosti izdelave.

Kot večina stvari, ki so se razvijale v zgodovini, so se tudi NC-stroji razvijali zaradi

potreb vojaške industrije. Vojaška industrija je z vedno novim odkrivanjem in znanjem

inţenirjev potrebovala stroje za zahtevnejše izdelovanje letalskih delov in pogonov. Izumitelj

prvega NC-stroja je bil John Parsons, kateri je prevzel naročilo od ameriške vojske, katero se

je glasilo: »Sistem za neposredno krmiljenje poloţaja vreten obdelovalnih strojev preko

izhoda računskega stroja«.

2.1 Začetki in razvoj NC-strojev v svetu

Idejo o krmiljenju naprav, ki bi delovale po vnaprej določeni poti oz. scenariju, segajo ţe v

14. stoletje, ko so cerkvene zvonove krmili s posebnimi bodičastimi valji ter tako dosegli, da

so zvonovi oddali ţeleno melodijo, katero so lahko večkrat ponovili. Numerično vodeni stroji

so v tesni zvezi s podobnimi izumi iz zgodovine, seveda pa je za njihov nastanek in nenehni

razvoj vplival in še vpliva razvoj elektronike in računalniške tehnologije. V nadaljevanju je

navedenih nekaj pomembnih in ključnih zgodovinskih mejnikov razvoja tehnologije

krmiljenja in numerično krmiljenih strojev.

1776–1780: J. Wilkinson v Veliki Britaniji zgradi obdelovalni stroj, ki je J. Wattu

omogočil izdelati parni stroj.

1808: uporabi Joseph M. Jacquard pločevinaste kartice z luknjami za krmiljenje

tkalskih strojev. Tako je iznašel nosilec podatkov, ki je prenosljiv.


- 4 -

Slika 1: Stroj, ki ga vodi luknjičasti trak

1863: M. Fourneaux patentira avtomatski klavir, znan pod imenom Pianola, ki ga je

krmilil s 30 cm širokim papirnim trakom.

1938: Claude E. Shannon med pripravo doktorske naloge na MIT spozna, da lahko

podatke prenašamo hitro in zanesljivo le v binarni obliki ob upoštevanju logičnih

znakov Boolove algebre. Edini mehanski element so bila stikala.

1946: Dr. John W. Mauchly in dr. J. Presper zgradita za ameriško vojsko prvi digitalni

elektronski računalnik imenovan ENIAC.

Slika 2: Prvi elektronski računalnik imenovan ENIAC


- 5 -

1949–1952: John Parsons in MIT izdelajo prvo elektronsko krmilje, s katerim so

lahko pozicionirali vrtalno vreteno in tako avtomatsko izdelali izdelek. Razvoj za

ameriške letalske sile (US Air Force). Bistvo tega je prispevek k razvoju NC-strojev,

Johna Parsonsa pa štejemo za izumitelja NC-stroja.

1952: na MIT predstavijo in začne delovati prvi NC-stroj imenovan Cincinnati

Hydrotel z navpičnim vretenom. Krmiljenje je izvedeno z elektronskim računalnikom

in simultano v treh oseh (3D), vnos podatkov pa je izveden v binarni obliki preko

luknjanega traku.

1954: podjetje Bendix odkupi patente pravice in izdela prvi NC-stroj na industrijski

način za obdelavo.

1957: U. S. Air Force instalira za uporabo v svojih obratih prvi NC-frezalni stroj.

1958: izdelajo simbolični programski jezik - APT

1960: na sejmu v Hannovru predstavijo prvi izdelani nemški NC-stroj.

1968: izdelajo krmilje v integrirani obliki, poimenovan IC.

1972: se pojavijo prvi CNC-stroji s serijsko vgrajenim mikroračunalnikom.

1977: iznajdba avtomatičnega nadzora ţivljenjske dobe orodja.

1980: se v CNC-krmilje vgradijo različna programska orodja, ki omogočajo direktno

programiranje na stroju, in s tem poenostavijo upravljanje.

1984: naredijo prvi CNC-stroj z grafičnim prikazom na ekranu za kontrolo in

upravljanje.

1986/87: standardni programski in računalniški vmesnik omogoča povezavo strojev v

avtomatizirano tovarno, in tako se zelo poveča produktivnost.


- 6 -

Z uvajanjem NC-strojev v proizvodne obrate, smo dobili sredstvo, ki bistveno vpliva na

racionalizacijo proizvodnje in zmanjšanje proizvodnih stroškov v posamični, maloserijski in

srednjeserijski proizvodnji. To je posebno pomembno, saj predstavljajo ti tipi kar 85% vse

proizvodnje v strojegradnji. [1]

2.2 Začetki in razvoj NC-strojev v Sloveniji

V Sloveniji se je prvi NC-stroj pojavil v Ţelezarni Štore okrog leta 1976. Izdelalo ga je

podjetje Pratt & Whitney. Na tedanji Višji tehniški šoli v Mariboru in na Fakulteti za

strojništvo v Ljubljani pa sta se pojavila stroja znamke Cincinnati Milacron. Med prve

moderno opremljene tovarne prištevamo še Litostrojevo tovarno viličarjev, kjer se je

proizvodnja na sodobnih CNC strojih začela leta 1979. Naše tovarne se z izdelavo

računalniško krmiljenih struţnic in vrtalno – rezkalnih strojev za obdelavo kovin niso

ukvarjale.

2.3 NC-krmiljeni stroji, CNC-krmiljeni stroji in DNC-krmiljeni stroji

Prva generacija NC-krmiljenih strojev je imela numerične kontrolne enote s fiksno logiko,

zaradi česar so bili omejeni pri uporabi. Samostojno krmiljenje stroja prevzamejo krmilne in

regulacijske naprave, katere obvladajo različne in zapletene ter med seboj povezane poteke

dela. Seveda pa lahko tudi samo krmilijo avtomatske dele proizvodnje.

Prednosti NC-strojev pred običajnimi stroji, so: večanje produktivnosti,

nespremenljiva kakovost obdelave, krajši obdelovalni časi, laţje vodenje strojev, velika

ponovljivost in moţnost arhiviranja in ponovne uporabe NC-programov[2].

Prihod CNC-strojev je prinesel veliko spremembo na področju programske opreme.

Zaradi razvoja elektronike se je pojavila menjava klasičnih NC-strojev s CNC-stroji, kateri so

ţe vsebovali računalnik. V današnjem času je cena numeričnih enot le nekje od 10% do 20

%, od cele vrednosti stroja, zato uporabljamo le CNC-enote. Po delovanju je CNC-krmiljen

stroj dokaj podoben delovanju NC-krmljenemu stroju, le da CNC-krmiljeni stroji lahko

opravljajo zahtevnejše naloge, kot so višje vrste interpolacije, programsko povezavo krmilja s

strojem, korekcija rezalnega roba in ostale druge naloge [1].


- 7 -

CNC-krmiljeni stroj je sestavljen iz CNC-krmilnika in stroja, kateri izvaja obdelavo na

obdelovancu. V CNC-programu je zapisan točen potek obdelave, sestavljen je iz krmilnega in

mehanskega dela. Prednost CNC-vodenega stroja je ta, da je zelo fleksibilen in da je moţnost

preurediti stroj tudi za druge obdelave. Samo menjavo lahko storimo ţe s preureditvami, ki pa

niso zelo zahtevne, in prav zaradi tega so CNC-krmiljeni stroji primerni tako za maloserijske

proizvodnje kot tudi za srednjeserijske proizvodnje. V mehanskem delu se NC-krmiljeni in

CNC-krmiljeni stroj ne razlikujeta veliko, le da je CNC-krmiljeni stroj malo dodelan in

izboljšan, tako da ima revolversko glavo, shrambo orodij, moţnost brezstopenjske menjave

vrtljajev, natančno merjenje poloţaja pri vse gibanjih orodja po oseh ter seveda dosti večjo

točnost obdelave[3].

Naloga obdelovalne enote je, da obdeluje podatke, jih shranjuje, preračunava in pošilja

ukaze in signale preko izhodne enote v mehanski del CNC-krmiljenega stroja. Obdelovalna

enota pa ne le pošilja ukaze, ampak tudi prejema povratne informacije o izvedbi funkcij. V

obdelovalni enoti je moţno shraniti program ali pa ga kaj popraviti. Je pa obdelovalna enota

pomembna tudi zaradi preverjanja, ali stroj deluje pravilno, ter omogočanja simulacije na

zaslonu.

Naloga izhodne enote je pošiljanje podatkov elektromotorjem, saj se preko njih vrši

obdelava na stroju. V sklop izhodne enote spada zaslon, kateri pomaga upravljavcu stroja, da

laţje spremlja, kaj se dogaja s strojem. Če se pojavi napaka pri simulaciji, lahko sam program

popravi ter potem ponovno preizkusi orodja v simulaciji.

Ker pa večino procesov ponavadi ni mogoče izvesti na enem CNC-krmiljenem stroju,

se CNC-krmiljeni stroji povezujejo. Da jih pa lahko nadzorujemo, pa imamo DNC-obrat.

Kratica DNC pomeni v angleščini Direct Numerical Control, kar v prevodu v slovenščino

pomeni neposredno numerično krmiljenje. Pri DNC-obratih osrednji računalnik shranjuje

podatka ter opravlja funkcijo zbiranja vseh podatkov, upravlja z delovanjem strojev in

upravlja s tokom materiala in proizvodnje[3].

Pri DNC-sistemih mora razdelimo funkcije DNC-sistema na osnovne funkcije in

dodatne funkcije. Osnovne funkcije zajemajo upravljanje NC-programa, kar pomeni branje

programa, shranjevanje in brisanje. Dodatne funkcije pa nam omogočajo vnašanje NC-

programa, upravljanje toka materiala in proizvodnje in spreminjanje programa[1].


- 8 -

2.4 Prilagodljivi obdelovalni sistemi (POS) in adaptivno krmiljenje (AC)

POS oziroma prilagodljivi obdelovalni sistemi so nadgradnja DNC-sistema, kateri je

sestavljen iz več strojev skupaj, in so med seboj povezani, tako fizično kot tudi logično.

Transportni oziroma logistični sistem, skrbi za fizično povezavo, računalnik, ki pa vse

nadzoruje, pa skrbi za podatkovno računalniško omreţje. Smisel povezovanja strojev pa je v

tem, da dosegamo višjo produktivnost in avtomatizacijo celotnega procesa. Sama razlika med

POS-sistemom in DNC-sistemom je v nadzoru računalnika, ki pri POS-sistemu poleg

obdelovalnega procesa regulira tudi logični sistem.

Namen adaptivnega krmiljenja je avtomatizacija numerični strojev, s čimer bi med

obratovanjem lahko vplivali na proces odrezovanje, in tako skrajšali skupni čas obdelave.

Adaptivno krmiljeni sistemi imajo poleg numeričnega upravljanja še sistem za prilagajanje,

kateri ima tudi sistem za identifikacijo. AC-sistemi so posebna oblika krmilja, saj je celotni

postopek obdelave vključen v regulacijski krog.

Kot pri ostalih postopkih obdelave, so tudi pri AC-sistemih vnaprej določeni osnovni

odrezovalni parametri, kot so globina rezanje, podajalna hitrost in rezalna hitrost. Te

parametre izračunamo glede na delovne pogoje ali pa jih določimo na podlagi izkušenj. Se pa

zgodi, da včasih določeni parametri odstopajo od dejanskih, kar lahko zaznamo s tipali, ki jih

imamo nameščene na stroju. Če ugotovimo odstopanja, potem lahko parametre spremenimo

in pridobimo na skupnem obdelovalnem času. Podobno lahko s tipalom za merjenje odrivne

sile zaznamo, kdaj je obrabljenost orodja takšna, da ga je potrebno zamenjati. NC-stroj, ki ima

posebna tipala in krmiljenje za nadzor tipal, imenujemo adaptivno krmiljen stroj [4].

.


- 9 -

2.5 Osnove delovanja CNC-obdelovalnih strojev

CNC-krmiljeni stroji se krmilijo s pomočjo računalnika, in sicer tako da naredimo program,

katerega prenesemo na stroj. Stroj nato po programu opravlja funkcije, ki smo jih zapisali.

Glede na način gibanja orodja ločimo nekaj osnovnih načinov krmiljenja stroja.

Krmiljenje od točke do točke

Od začetne točke A, do končne točke B, smemo iti po poljubni poti. Ko se premikamo, orodje

ne obdeluje. Takšen tip krmiljenja je najenostavnejši uporablja pa se za vrtanje ali točkovno

varjenje.

.

Slika 3: Krmiljenje od točke do točke

Krmiljenje po ravnih linijah

Orodje lahko med gibanjem od začetne točke do končne točke obdeluje. Premika se od ene

točke do druge v zaporedju, kot je napisano v programu. Takšen način krmiljenja uporabljamo

pri struţnicah. Moţno je gibanja pod kotom 45° in vzporedno s koordinatnima osema.

.

Slika 4: Krmiljenje po ravnih linijah


- 10 -

Izboljšano krmiljenje po ravnih linijah

To krmiljenje je podobno zgornjemu, edina razlika je, da lahko izvedemo gibanje od začetne

do končne točke pod poljubnim kotom. Vključen je linearni interpolator poti. Takšno

krmiljenje se uporablja na struţnicah za struţenje konusov in pri frezanju ravnih ploskev.

Slika 5: Izboljšano krmiljenje po ravnih linijah

Krmiljenje po poljubni poti

Krmiljenje po poljubni poti je gibanje po dveh ali treh oseh. Takšen princip lahko primerjamo

s kopiranjem modela poljubne oblike. Struţimo in frezamo lahko poljubne konture, istočasno

pa imamo krmiljenje v dveh ali treh oseh.

Slika 6: Krmiljenje po poljubni poti


- 11 -

2.6 Programiranje NC-strojev

Zaradi uvajanja NC-krmiljenih strojev v proizvodne obrate je bilo potrebno postoriti v

pripravi dela in izkoriščenju strojev. Več dela pri pripravi dela je pri modernejših NC-

krmiljenih strojih, s katerimi lahko danes izdelamo kompleksne izdelke, dokaj ekonomično. V

današnjem času so vedno bolj kompleksni izdelki, kar pomeni več problemov pri izdelavi, kar

istočasno pomeni povečanje dela pri pripravi na NC-krmiljenih strojih. Ti stroški priprave

predstavljajo okoli 30% vseh proizvodnih stroškov, in prav zaradi tega je obvladovanje

programiranja pomemben del načrtovanja procesa izdelave.

Programiranje zahteva izdelavo, kako bodo potekale operacije, izdelavo delovnega

načrta in programiranje[1].

2.7 Ročno programiranja

Ročno programiranje izvaja programer, kateri sestavi NC-program. Programerji so

usposobljeni za programiranje oziroma tehnologi, ki poznajo stroj in napišejo program glede

na delavniški risbo. Programer mora sam določiti oziroma izračunati, tako da ima potem

upravljalec na stroju ţe vse definirano. Program napiše s pomočjo orodnih in strojnih

kartonov ter standardnih navodil. Slabost ročnega programiranje je mogoče ta, da je program

odvisen od subjektivne odločitve programerja in njegovega znanja. Z razvojem programiranja

so se razvila dodatne funkcije, katere lahko programer uporabi pri ročnem programiranju.

Razvilo se je programiranje v obratu. Takšen način programiranja zahteva višjo izobrazbeno

strukturo programerjev[1].

2.8 Ročno programiranje direktno na stroju

Novejši in sodobnejši krmilniki imajo vgrajeno na stroju programsko podporo za

programiranje, tako da ima programer vse opcije in menije na voljo, s katerimi lahko

programira stroj. Stroj sam kontrolira vhodne podatke in s tem prepričuje programske napake.

Takšni stroji so opremljeni tudi z zasloni, na katerih je moţnost prikaza simulacije poti

orodja.


- 12 -

2.9 Programiranje s pomočjo računalnika

Pri tem programiranju gre za računalniško podprto programiranje, kar je tudi bistvo te

diplomske naloge, zato je bolj obširno predstavljena v naslednji točki.

2.10 Avtomatsko programiranja

Za takšen način programiranja in projektiranja se je razvilo okoli 150-200 sistemov, kateri

predstavljajo več različnih načinov in nivojev avtomatskega programiranja. Reševanje

problema je odvisno od vrste sistema, saj nekateri sistemi se ukvarjajo le z geometrijo, drugi z

tehnologijo in le še delno z geometrijo, spet tretji pa v celoti obdelajo tehnološke in

geometrijske informacije. Na splošno lahko razdelimo sistem za strojno programiranje v širi

podsistemi:

1. podsistem za oblikovanje vhodnih informacij o izdelku in surovcih,

2. banka podatkov, informacijska osnova celotnega procesa,

3. procesor,

4. prilagajanje izhodnih informacij, oblikovanje dokumentacije.

Vhodne informacije na vhodu preoblikujemo v simboličen programski jezik, kateri pa vpliva

na način dela sistema in lastnosti strojnega programiranja. Banka podatkov nam shrani

tehnološke podatke, saj nam ti omogočajo avtomatsko določanje tehnologije. Banka podatkov

je predpogoj za uspešno delovanje sistema.

V procesorju se z upoštevanimi vhodnimi informacijami iz banke podatkov, določajo

poti orodja po programirni strategiji. Programirane strategije so različne in se razlikujejo

glede na minimalne stroške, minimalne količine odpadnega materiala, minimalni čas izdelave

… Modul s katerim bi lahko dobili optimalno obdelavo, imajo le redki stroji. Procesor ima pa

tudi podprocesor, kateri ima nalogo, da dobljene informacije predela in pripravi za točno

določeni program. Sam podprocesor mora izdelati še vse spremno dokumentacijo, v katero

sodijo orodni listi, nastavitveni listi, izpisani NC-programi …)[1].


- 13 -

2.11 Vnos podatkov

Preden začnemo izvajati obdelavo, moramo v krmilnik CNC-stroja vnesti vse podatke, katere

potrebujemo za celotno obdelavo. Podatke iz vhoda razdelimo na orodne, tehnološke in

geometrijske.

Orodni podatki nam povedo vse o orodjih, katere uporabljamo, in sicer o njihovi

dolţini, obliki orodij, premeru in številu rezalnih robov. Pozabiti pa ne smemo niti na

določitev pozicije orodja v skladišču orodja, ali pa v revolverski glavi, saj s tem določimo

orodje za NC-program. Orodne podatke vnesemo ročno, medtem ko tehnološke in

geometrijske podatke vnesemo v obliki NC-programa v krmilje.

Tehnološki podatki nam opredelijo način gibanja orodja po poteh, ki jih določijo

geometrijski podatki. V tehnoloških podatkih določimo odrezovalne parametre, ter vrsto

drugih pomoţnih gibanj, katere mora stroj opraviti, da dobimo kakovosten izdelek.

Geometrijski podatki so podatki o ključnih poloţajnih točkah orodja ter podatki o

smereh gibanja po teh poteh. Podajajo se v Kartezijevem koordinatnem sistemu, in sicer v

obliki vektorjev[4].

2.12 Sestava NC-programa

CNC-program je sestavljen iz več zaporednih programskih ukazov, kateri so standardizirani,

in jih stroj pozna, ter ti ukazi določajo postopek obdelave modela. Celotno izvajanje operacij

je avtomatsko, tako da stroj sam dela po zapisanem zaporedju v programu.

Vsak NC-program se začne z znakom za začetek (%), nizom večjih programskih

ukazov in na koncu z znakom za konec (%). Pred znakom za začetek programa in koncu

znaka za konec programa, lahko pišemo različne komentarje, vendar moramo paziti, da ne

vsebujejo znaka za začetek ali konec programa (%).

V vsakem programu je niz posameznih programskih stavkov, kateri opisujejo operacije

oziroma izvajanje delovnih operacij. Program je sestavljen iz posameznih vrstic, v katerih so

na začetku napisane črke, ki predstavljajo funkcijo, sledijo jim pa številke z ustreznim

predznakom. Vsak programskih stavek ima svojo vrstico, na začetku vrstice pa številko.

Kadar ročno programiramo številčimo vrstice po 10, to pa zaradi tega, da lahko naknadno, če

je potreba, dopišemo oziroma vrinemo dodatni stavek[1].


- 14 -

V programskem stavku ima vsaka črka svoj pomen, in moramo poznati njihov pomen,

saj drugače lahko pride do teţav pri izdelavi. Črke oziroma oznake imajo v NC-programu

naslednji pomen:

N – zaporedna številka programskega stavka in je vedno na začetku vrstice,

G – delovne funkcije programa,

X – koordinate na X-osi, in pomeni pomik v X-osi,

Y – koordinate na Y-osi, in pomeni pomik v Y-osi,

Z – koordinate na Z-osi, in pomeni pomik v Z-osi,

I, J, K – pomoţne koordinate, katere potrebujemo za kroţno interpolacijo,

F – hitrost premikanja orodja, oziroma podajalna hitrost v mm/vrtljaj ali mm/min,

S – vrtilna hitrost glavnega vretena,

T – številka ali koda orodja v revolverski glavi,

M –pomoţne programske funkcije,

D-premik ničelne točke orodja[5].


- 15 -

3 RAČUNALNIŠKO PODPRTO PROGRAMIRANJE

Ker je tehnologija v zadnjih desetletjih izjemno napredovala in s tem tudi potreba po izdelavi

kompleksnejših oblik, se je razvil nov način programiranja, ki se je poimenoval računalniško

podprto programiranje. Ročno programiranje je vzelo preveč časa, nekatere oblike pa tudi

skoraj ni bilo več moţno izdelati.

3.1 Računalniško programiranje strojev (CAD/CAM)

Računalniško podprto programiranje strojev se je začelo razvijati v 60. letih z razvojem

programskega jezika APT v ZDA. V današnjem času CAD/CAM zajema vse postopke

računalniško podprte izdelave proizvodnje dokumentacije, v kar sodi risanje delavniških risb,

kosovnic in NC-krmilnih informacij, potrebnih za obdelavo. CAD/CAM-sistem omogoča

inţenirju različne moţnosti dela, kot so zasnova, razni preračuni, zdelava dokumentacije,

preizkusov …

CAD (Computer Adid Design) nam pomeni, da lahko pri računalniško podprtem

konstruiranjem in snovanju konstruktor, uporablja različne računalniške in programske

sisteme, ki so mu na voljo. Računalniška grafika je jedro celotnega CAD-sistema, saj

omogoča edino komunikacijo med grafičnem programskih sistemom in konstruktorjem.

CAM (Computer Aided Manufacturing) je sistem, ki ga uporabljajo računalniku za

nadzor proizvodnega procesa, še posebej pride ta sistem do izraza v tovarnah robotov in

orodij.

Z razvojem CAD in CAM-sistemov so se v tovarnah med seboj povezali in

avtomatizirali, sicer od zasnove, do končne proizvodnje. Prav zaradi tega povezovanja in

avtomatiziranja proizvodnje s pomočjo CAD/CAM-sistemov, so se zniţali stroški

posameznega izdelka, povečala pa se je produktivnost.

Upravljalec oz. programer vnese risbo v računalnik v CAD/CAM-sitem in potem

program iz baze tehnoloških podatkov o razpoloţjivih strojih in orodjih, izdela NC-program o

vnešeni risbi. Program izbere sam tudi optimalne tehnološke parametre ter iz vseh teh

podatkov nam izračuna čas, ki je potreben za obdelavo. Program nato shranimo v obliki G-

kode in ga pošljemo na stroj, na katerem še enkrat preverimo program, iz varnostnih razlogov,

nato pa začnemo z izdelavo.


- 16 -

Ker se je v zadnjih letih zelo dobro razvila programska oprema, je vedno manj ročnega

programiranja, saj je s pomočjo različnih programskih paketov sedaj dosti laţje in hitreje

mogoče izdelati program.

Pisanje oz. izdelovanje NC-programov s pomočjo CAM-programske opreme je v

današnjem času nenadomestljivo, še posebej pri kakšnih kompleksnejših oblikah

obdelovanca. Zaradi veliko dela na računalniku, morajo biti uporabniki CAM-programov

višje izobraţeni in bolje izkušeni ter morajo poznati tehnološke zmogljivosti stroja in orodij,

in imeti znanje programiranja[1].

3.2 Modeliranje izdelka (SolidWorks)

SolidWorks se je zelo razširil in postal priljubljen programski paket za računalniške analize in

računalniško podprto konstruiranje. Program se uporablja pri laţjih simulacijah in inţenirskih

analizah. V programski paket SolidWorks je zdruţeno modeliranja 3D oblik, sestavljanje 3D

oblik in izdelava delavniških risb. Z različnimi dodatki in nadgradnjami je pa uporaben ne le

za strojništvo, ampak tudi za lesarstvo in elektrotehniko ter gradbeništvo. SolidWorks slovi

kot enostaven program za delo z njim, vendar pa je za njegovo nemoteno delovanje potrebna

ustrezna strojna oprema. In prav zaradi te enostavnosti ga mnogi uporabniki raje uporabljajo

kot ostale programe, ki so zmogljivejši, to so Catia, Proengineer in Unigraphics.

Program SolidWorks je razvilo in ga še razvija podjetje SolidWorks Corporation,

deluje pa ne operacijskih sistemih Windows. Bil je eden prvih CAD-programov, ki je bil

izdelan za sistem Windows. Leta 1993 je bila predstavljena prva različica tega programa, od

leta 1997 pa je podjetje v lasti podjetja Dassault Systemes[6].

Slika 7: Program SolidWorks


- 17 -

3.3 EdgeCam

Program EdgeCam je vodilni računalniško podprti sistem za proizvodnjo, kateri ima

sposobnost programiranja za rezkanje in struţenje. EdgeCam je popolna CAM-programska

rešitev za potrebe serijske proizvodnje.

Podjetje Pathtrace se ţe od leta 1984 ukvarja z računalniško podprto izdelavo in

generiranjem NC-kode. Od takrat do danes se je EdgeCam toliko razvil, da velja sedaj za

enega najnaprednejših CAM-programskih paketov. V celoti je mogoče z njemu izdelati

izdelovalni proces na najzahtevnejših sodobnih CNC-obdelovalnih strojih. Je pa program

EdgeCam zelo dobro kompatibilen, saj lahko uvaţamo v njega različne CAD-datoteke.

Slika 8: Program EdgeCam


- 18 -

4 MODEL KOLESARJA

4.1 Opis izdelka

Model kolesarja je izdelek, za katerega sem dobil idejo na kolesarski tekmi. Ta izdelek bi

lahko postal nekakšen simbol za kolesarstvo. Izdelava modela mi je vzela kar nekaj časa, saj

je bilo potrebno urediti vse dimenzije in paziti na izgled. Model je izdelan iz materiala

Cibatool BM 5640, saj je ta material dober za obdelavo, ker je lahek in neškodljiv zdravju.

Model kolesarja bi lahko bil ob drugačnih pogojih tudi primeren za serijsko izdelavo, v

mojem primeru je pa prototipni izdelek.

Slika 9: Model narejen v SolidWorksu


- 19 -

4.2 Priprava modela

Za računalniško podprto programiranje potrebujemo najprej 3D-model. Takšen model

zmodeliramo v SolidWorks programskem paketu.

Najprej je potrebno narediti v skicirki (sketch) kvadrat, katerega nato raztegnemo

(extrude), da dobimo surovec dimenzij 60x60x50. Vso modeliranje se izvede v programu

SolidWorks. Ko imamo surovec narejen, ponovno v skicirki narišemo najprej oba kroga, ki

predstavljata kolesa in glavo. Nato pa z ukazom za odvzemanje odvzamemo te tri luknje iz

surovca. Sledi pa še zadnja uporaba skicirka (sketch), in sicer za obliko telesa. Ko jo imamo

narisano in skotirano, jo enako kot za kroge, odvzamemo surovcu. Na koncu sledi še napis,

pri katerem pa je potrebno biti pazljiv, da ne bo preglobok in bo čitljiv.

Slika 10: Priprava modela surovca 60x60x50


- 20 -

4.3 Priprava programa

Ko sem imel narejen 3D-model izdelka, sem tega uvozil v program EdgeCam. Program

EdgeCam bi lahko uporabil tudi za modeliranje in risanje, vendar je SolidWorks dosti bolj

enostaven, saj EdgeCam ne prepoznova simbolov.

V programu EdgeCam so bili ţe vneseni podatki za stroj Heller-BEA1, ter vso bazo

orodij, ki so na razpolago. Brez vseh teh podatkov ne moremo generirati natančne NC-kode.

Je pa program EdgeCam enostavnejši za vstavljanje napisa, tako da sem v tem programu v

skicirki naredil pot za graviranje.

Slika 11: Model v EdgeCamu, z dodanim napisom

Preden začnemo z obdelavo, je potrebno izbrati pravilno orodje. V mojem primeru sem

uporabil dve orodji, čeprav bi jih lahko tudi več, vendar bi več časa porabil stroj za menjavo,

kot če naredi obliko kar z malo manjšim orodjem. Ker sem ţelel čim boljšo kvaliteto

obdelave, in s tem posledično bolj točne mere, sem pustil 0,3 mm dodatka za fino frezanje.


- 21 -

1. Frezanje koles in telesa (stebelno frezalo Ø 4,45 mm)

Ker je bil obdelovanec ţe pripravljen na točne mere, ni bilo potrebno izvesti operacije za

poravnavanje čelne površine. S stebelnim frezalom sem začel kar izdelovati obliko, in sicer

najprej glavo, telo kolesarja in oba kolesa.

Slika 12: Obdelava s stebelnim frezalom

2. Graviranje napisa na zgornjo ploščo (gravirno frezalo Ø 10 mm)

Graviranje sem izvedel z gravirnim frezalom, ki ima majhen kot konice, tako da se napis

dobro vidi. Ker pa je potrebno še prej menjati orodje, se to stori v točki toll change. Po več

testiranjih in preizkusih se je graviranje ne globini 0,5mm izkazalo za najlepše.

Slika 13: Graviranje napisa


- 22 -

4.4 NC-program kolesarja

V diplomskem delu sem priloţil le začetek programa, saj bi drugače postalo diplomsko delo

nepregledno. Zaradi ţelje po kakovostni obdelavi s finim frezanjem in graviranjem je nastal

zelo dolg program, ki obsega par sto vrstic.

%

N0001 G00 G71 G90 G17 G80 G40

N0002 G15Z

; Prva menjava orodja

; Stebelno rezkalo fi4,45 Stebelno rezkalo fi4,45 ENDMILL T0 D0 S4000

N0003 T0

N0004 M06

N0005 S4000

N0006 M03

N0007 G54 ; Top

N0008 G00 X48.845 Y8.517

N0009 G00 Z10 M08

N0010 G00 Z5

N0011 G01 X48.849 Y8.518 Z4.983 F300

N0012 G01 X48.887 Y8.522 Z4.831

N0013 G01 X49.041 Y8.533 Z4.205

N0014 G01 X49.089 Y8.532 Z4.01

N0015 G01 X49.114 Y8.524 Z3.905

N0016 G01 X49.199 Y8.483 Z3.521

N0017 G01 X49.301 Y8.427 Z3.05

N0018 G01 X49.382 Y8.377 Z2.666

N0019 G01 X49.402 Y8.361 Z2.561


- 23 -

N0020 G01 X49.428 Y8.32 Z2.365

N0021 G01 X49.502 Y8.185 Z1.74

N0022 G01 X49.518 Y8.151 Z1.588

N0023 G01 X49.523 Y8.122 Z1.468

N0024 G01 X49.542 Y7.983 Z0.9

N0025 G01 Y7.971 Z0.853

N0026 G01 X49.532 Y7.929 Z0.677

N0027 G01 X49.476 Y7.738 Z-0.126

N0028 G01 X49.468 Y7.726 Z-0.187

N0029 G01 X49.45 Y7.704 Z-0.3

N0030 G01 X49.346 Y7.589 Z-0.93

N0031 G01 X49.316 Y7.558 Z-1.106

N0032 G01 X49.286 Y7.542 Z-1.241

N0033 G01 X49.151 Y7.482 Z-1.841

N0034 G01 X49.067 Y7.469 Z-2.182

N0035 G01 X48.979 Y7.458 Z-2.542

N0036 G01 X48.867 Y7.475 Z-3

N0037 G16XY

N0038 G03 X49.532 Y7.929 I0.136 J0.515 F500

N0039 G03 X49.347 Y8.4 I-0.518 J0.069

N0040 G03 X49.071 Y8.533 I-0.599 J-0.887

N0041 G03 X48.784 Y8.485 I-0.041 J-0.638

N0042 G03 X48.544 Y8.25 I0.103 J-0.345

N0043 G03 X48.482 Y7.885 I0.318 J-0.241

N0044 G03 X48.587 Y7.675 I0.29 J0.013

N0045 G03 X48.86 Y7.477 I0.384 J0.242


- 24 -

N0046 G01 X48.849 Y7.361

N0047 G03 X49.067 Y7.23 I0.371 J0.373

N0048 G01 X49.132 Y7.234

N0049 G03 X48.958 Y7.224 I-0.132 J0.766

N0050 G01 X49.067 Y7.23

N0051 G01 X49.086 Y7.329

N0052 G00 Z10

N0053 G00 X43.463 Y47.203

N0054 G00 Z6

N0055 G00 Z5

N0056 G01 X43.146 Y45.252 Z-3 F300

N0057 G03 X43.384 Y45.944 I1.855 J-0.251 F500

N0058 G02 X42.978 Y45.32 I-2.19 J0.979

N0059 G02 X42.515 Y45.039 I-0.865 J0.903

N0060 G01 X41.395 Y44.649


- 25 -

5 ZAKLJUČEK

Programiranje NC-strojev se je najbolj razvilo v zadnjih letih, saj se je morala prej

računalniška tehnologija razviti, ker so NC-stroji odvisni od računalnika. Dejstvo je, da se bo

ta tehnologija razvijala naprej, saj industrija zahteva vedno večjo produktivnost in boljšo in

trajno kakovost. V današnjem času se razvoj osredotoča na avtomatizacijo procesov. Klasična

oblika izdelave in ročno programiranje počasi izpodriva samodejno programiranje, ki je

hitrejše. Največja prednost računalniškega programiranja je ta, da lahko s sodobnimi programi

in opremo doseţemo večjo izkoriščenost opreme ter strojev, kar je dan danes nuja, če ţelimo

drţati korak s konkurenco. Računalniško programiranje pride najbolj do izraza pri kakšnih

zahtevnejših oblikah, kot so različni napisi, večosno frezanje, izdelava zaobljenih oblik, itd.

Za takšne izdelke bi potrebovali precej znanja in časa, da bi takšen izdelek ročno

sprogramirali. Za izdelavo izdelka sem uporabil programa SolidWorks in EdgeCam, ki sta

dokaj enostavna za delo z njima. Z dobrim zapisom programa dobimo kvaliteten izdelek v

kratkem času. Za naprej v prihodnosti bi rekel, da se bo na področju kode kaj spremenilo, saj

bodo izdelki vedno bolj kompleksi in bo potreba po natančnejšem gibanju orodja.


- 26 -

6 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] Balič Joţe. Računalniško integrirana proizvodnja: univerzitetni učbenik. Maribor:

Fakulteta za strojništvo, 2001.

[2] Pahole Ivo, Ficko Mirko. Programiranje numerično krmiljenih strojev – frezanje.

Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2006.

[3] Pahole Ivo, Brezočnik Miran, Drstvenšek Igor. Osnove numeričnega krmiljenja

obdelovalnih strojev in spremljajočih dejavnosti: seminar. Celje: Tecos 2000.

[4] Laboratorij za inteligentne sisteme. Matična spletna stran. [svetovni splet]. Dostopno na

WWW: http://maja.uni-mb.si/slo/index.htm [25. 8. 2011].

[5] Pahole Ivo, Drstvenšek Igor, Ficko Mirko. Programiranje numerično krmiljenih strojev

– rezkanje. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2006.

[6] Wikipedija. Matična spletna stran. [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://sl.wikipedia.org/wiki/SolidWorks [25. 8. 2011].

[7] Balič Joţe. Računalniško integrirana proizvodnja: univerzitetni učbenik. Maribor:


[8] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Joţe

Puhar, Joţe Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2003.

[9] Pahole Ivo, Balič Joţe. Obdelovalni stroji: univerzitetni učbenik. Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 2003.

[10] Pahole Ivo, Balič Joţe. Proizvodnje tehnologije: univerzitetni učbenik. Maribor:



- 27 -

7 PRILOGE

Documents

RAČUNALNIŠKO PODPRTO · 1980: se v CNC-krmilje vgradijo različna programska orodja, ki omogočajo direktno programiranje na stroju, in s tem poenostavijo upravljanje. 1984: naredijo