Mainski Fakultet Kragujevac

Seminarski rad iz predmeta Proizvodni SistemiTema: Programiranje NC i CNC alatnih maina

Profesor: Student:Miladin Stefanovic Slobodan Andrejevic 746/2010Sadraj:

3.Uvod3.Istorijat4.Numerika Kontrola4.Istorijat NC maina5.CNC maine6.Princip rada CNC maina7.Uporedna analiza promene CNC i klasine tehnologije8. Programiranje NC I CNC alatnih maina moze biti

9. Opsti principi Programiranja10. Runo programiranje11. Poluautomatizovano programiranje12.Automatizovano programiranje14. Zakljuak

Uvod

Jedan od osnovnih elemenata FPS (Fleksibilnih Proizvodnih Sistema) jesu CNC maine. Fleksibilni proizvodni sistemi se sastoje od grupe obradnih stanica (uglavnom sastavljenih od CNC maina) meusobno povezanih automatizovanim unutranjim transportom i sistemom zaliha i pod kontrolom integralnog kompjuterskog sistema.

Istorijat

Sve do ranih pedesetih godina dvadesetog veka veina operacija u proizvodnji je bila obavljana na tradicionalnim mainama, kao to su strugovi, iverai i prese, kojima nedostaje fleksibilnost i koje zahtevaju visoki stepen obuenosti radnika. Svaki put kada bi se pravio razliit proizvod, alati na mainama su morali da se promene, kao i kretanje repromaterijala u procesu proizvodnje. Razvoj novih proizvoda i delova komplikovanih oblika, zahtevao je od operatera brojne probe u cilju pravilnog podeavanja parametara proizvodnje na maini. Dakle, zbog ljudskog faktora, pravljenje potpuno istih delova bilo je teko i dugotrajno. Cena ljudskog rada je predstavljala znaajan deo ukupne cene proizvoda, to nikako nije moglo dovesti do masovne proizvodnje, a samim tim i velikih zarada.Glavni problem u proizvodnji, kretanje materijala i tanosti obrade, morali su biti reeni, i to ne samo zbog utede materijala nego i zbog utede vremena. Svi ovi faktori, kao i veliki tehnoloki razvoj, doveli su do postepenog, ali sigurnog, uvoenja automatizacije u proizvodnju.Automatizacija je generalno definisana kao proces koji maina obavlja po unapred definisanim stupnjevima (operacijama), uz pomo ili bez pomoi oveka, koristei specijalnu opremu i ureaje koji obavljaju procese proizvodnje i kontroliu njene parametre.Automatizacija je unela novine u procesu proizvodnje kao to su pomo hidraulike pri podizanju tekih predmeta ili lasersko merenje tanosti dimenzija, senzorsko upravljanje operacijama itd. U sutini, najvei pomak je napravljen u proceni ovekovog uticaja na proizvodnju. ovek vie nije sirova snaga ve je u ulozi nadzora nad radom maine, takoe se potencira umni, a ne fiziki rad. Ni tu se nije stalo. Teilo se tome da maina obavlja sav posao, a to podrazumeva proizvodnju i kontrolu kvaliteta proizvoda, a da uloga oveka bude samo u programiranju maine. Tako su nastale NC maine i njihovi naslednici CNC maine.

Numerika Kontrola (NC)

Numerika kontrola je metod upravljanja pomeranja delova maine zadavanjem kodiranih instrukcija u sistemu maine, u obliku brojeva i slova. Sistem automatski prihvata ove podatke i prevodi ih u izlazni signal. Ovi signali, u trenutku, kontroliu rad razliitih delova maine (npr. ukljuivanje i iskljuivanje vretena, menjanje alata, pozicioniranje obratka ili alata du odreene putanje itd.). Kod operacija koje se obavljaju numerikom kontrolom, podaci i instrukcije koje se odnose na operacije maine (poloaj delova, brzine, dubina rezanja, opsluivanje maine sirovinom itd.), se mogu pohraniti na magnetne medije, koji su se vremenom menjali od kaseta do magnetnih diskova. Koncept NC kontrole je da se specifina informacija sa magnetnog diska moe proslediti do kontrolne table maine. NC je imala veliki uticaj na sve aspekte proizvodnih operacija. NC maine se sada prvenstveno koriste u proizvodnjama malog obima i srednjeg kvaliteta gde je veliki dijapazon proizvoda.

Istorijat NC maina

Osnovni koncept NC maina zasnovan je jo rane 1800. godine i to kod maina za tkanje kod kojih su upravljanje vrile metalne kartice sa izbuenim rupama. Putanje u rad igala za tkanje zavisilo je od prisustva ili odsustva rupe na kartici. Ovaj izum je kasnije upotrebljen i kod klavira koji automatski svira odreenu melodiju, a u tom sluaju, dirke su se aktivirale vazduhom koji je prolazio kroz perforirani papir ili rolnu.Princip numerike kontrole kretanja alata na maini zasnovan je jo 1940. godine od strane Parsonsa i to pri pokuaju proizvodnje propelera za helikopter. Prvi prototip NC maine napravljen je 1952. godine u MIT-evim laboratorijama za servomehanizam.Numeriki podaci u vidu rupa na papirnoj traci obraivani su na kompjuteru, to je jo jedan od izuma MIT-a. U eksperimentima delovi su bili obraivani uspeno, precizno i uzastopno, bez intervencije operatera. Na osnovu ovog uspeha, industrija mainskih alata je poela da dizajnira, pravi i reklamira NC maine. Kasnije ove maine su nadograene i nastale tzv. CNC (Computer Numerical Control) maine ime se postigla vea fleksibilnost, preciznost i lake izvoenje operacija.

CNC maine

panski proizvoa elektronskih ureaja Fagor od sedamdesetih godina dvadesetog veka proizvodi i CNC upravljake jedinice i digitalne upravljake i merne elemente neophodne u industrijskoj upotrebi. Trenutno su u upotrebi dva tipa CNC upravljakih jedinica baziranih na otvorenoj arhitekturi i Windows operativnom sistemu: FAGOR 8055 CNC i FAGOR 8070 CNC sa razliitim mogunostima izbora pojedinih komponenti kojima je uzrok modularni sistem gradnje.Kao i veina vodeih proizvoaa i Fagor je upravljaki sistem koncipirao kao dvodelni, sastavljen iz CNC panela sa PC funkcijama postavljenog na samoj maini i CNC jedinice (centralne upravlake jedinice) koja se nalazi u komandnom ormanu, dok vezu izmeu njih ine visokobrzinska serijska veza ili neki drugi vid komunikacije. FAGOR 8055 CNC Ova upravljaka jedinica je namenjena konstrukciono jednostavnijim konvencionalno graenim CNC mainama i alatkama kao to su: strugovi i obradni centri za struganje, glodalice i obradni centri za glodanje kao i brusilice. Potencijalnim korisnicima je na raspolaganju irok dijapazon komponenti kao to su dva tipa monitora (LCD i RST), digitalna i analogna gafika kartica, memorijske kartice razliitih kapaciteta, razliiti tipovi komunikacijskih interfejsa i sl. FAGOR 8070 CNC Ova upravljaka jedinica spada u grupu naprednijih upravljakih jedinica namenjeni mainama za visokobrzinsku obradu. Osnovna njena karakteristika je velika brzina izraunavanja neophodnih za izvravanje komandi. U ovom sluaju je vreme izraunavanja pojedinanih blokova programa svedeno na jednu milisekundu. U ostale napredne funkcijekoje su ugraene u ovu upravljaku jedinicu su: Napredni algoritmi za kontrolu putanje obrade Kontrola greaka za prevenciju greaka u kretanju Splajn interpolacija Kontrola greaka za izbegavanje greaka u kretanju Post-interpolacioni filteri za eliminisanje rezonance ...Ova upravljaka jedinica je zasnovana na Pentum procesorima (postoji mogunost izbora) sa Windows operativnim sistemom to pored svih osnovnih prednosni PC tehnologije ukljuuje i mreo povezivanje sa drugim raunarima.

Princip rada CNC maina

Funkcionalni elementi u numerikoj kontroli su: Unos podataka numerika informacija se skladiti i ita sa magnetnog medija Obrada podataka program se uitava u jedinicu za kontrolu maine radi obrade Izlaz podataka ova informacija se prevodi u komandu koja ide do servomotora koji dalje pomera obradak ili alat na maini do odreene pozicije

Tipovi kontrolnih ciklusa kod CNC maina: Otvoreni ciklus Zatvoreni ciklusKod otvorenog ciklusa kontrole, signali se alju do servomotora od strane kontrolora, ali pokreti i konana pozicija radnog stola se ne podvrgavaju proveri tanosti poloaja.Zatvoreni ciklus kontrole je opremljen raznim reduktorima, senzorima i brojaima koji precizno mere poloaj radnog stola. Signal sa senzora i brojaa se uporeuje sa programskim signalom i kada se poklope radni sto je precizno pozicioniran.

Pozicione mere kod CNC maina se mogu obezbediti na direktan i indirektan nain. Kod direktnog sistema merenja senzor oitava skalu na radnom stolu, i to je veoma precizan sistem zbog malog odstupanja mera. Kod indirektnog metoda postoji tzv. rotacioni enkoderi koji pretvaraju rotaciono kretanje u translatorno. Ovaj metod je manje precizan zbog svoje konstrukcije.

Postoje dva osnovna tipa kontrolnih sistema kod CNC maina: Takasto upravljanje (tzv. pozicioni sistem) Konturno upravljanje (sistem kontinualne putanje)Kod takastog upravljanja svaka osa maine se pomera pomou dva zasebna vretena, zavisno od tipa operacije, razliitim brzinama. Maina se samoinicijativno kree maksimalnom brzinom, sa ciljem smanjenja utroka vremena proizvodnje, ali kada se priblii krajnjoj poziciji usporava. Takoe kod operacija kao to je buenje, operacije se obavljaju postupno. Nakon to je rupa izbuena alat se povlai nagore i maksimalnom brzinom pomera ka sledeoj poziciji. Putanja koju pree alat na maini je bitna da bi se smanjilo vreme proizvodnje i efikasnost. Ovaj sistem se koristi uglavnom kod buenja i glodanja.Kod konturnog upravljanja pozicioniranje i operacija obrade se sprovode istovremeno du kontrolisanih putanja ali razliitim brzinama. Kako alat vri obradu dok je u pokretu, precizna kontrola i usklaivanje brzina je veoma bitno. Ovaj sistem je u upotrebi kod glodalica, maina za zavarivanje, maina za otrenje alata itd.

Izbor odreenog programskog jezika, kojim se programiraju putanje alata (interpolacija) tj. same CNC maine, zavisi od sledeih faktora: Nivoa obuenosti radnika, Sloenosti dela koji se proizvodi, Tipa opreme i kompjutera koji se koristi, Vremena i novca.

Uporedna analiza primene CNC i klasine tehnologije

Uporedna analiza CNC i klasine tehnologije izvrena je u kompaniji D.O.O. DAREX kod izrade radne ploe 22mm sa ciljem da pokae angaovanu radnu snagu i potrebno vreme izrade jedinice proizvoda. Operacije, maine, broj radnika i vreme izrade radne ploe prikazaemo tabelarno:Red. br.OperacijaMainaBroj radnikaVreme izrade [sec]

1.ObeleavanjeRuno radno mesto115

2.Grubo rezanjeTrana testera140

3.Gruba obrada profilaStona glodalica130

4.Fina obrada profilaStona glodalica130

5.Kraenje na tanu meruKratilica120

Ukupno5135

Iz tabele se vidi da je kod izrade na mainama klasine tehnologije za izradu jedne radne ploe 22mm neophodno angaovanje 5 radnika i da je ukupno potrebno vreme 135 sec. To znai da se u jednoj smeni, ako jedna smena uslovno traje 8 sati ili 28800 sec, moe proizvesti 214 radnih ploa. Primenom CNC tehnologije FAGOR 8070 sve ove operacije moe da uradi jedan radinik za 34 sec.,etiri puta bre, to znai da bi se u jednoj smeni primenom CNC tehnologije moglo proizvesti 847 radnih ploa.

Druga tabela daje prikaz angaovane energije kod klasine tehnologije:Red. br.MainaInstalisana snaga motora [kW]

1.Runo radno mesto-

2.Trana testera5,5

3.Stona glodalica5,5

4.Stona glodalica5,5

5.Kratilica3,0

Ukupno19.5

Ukupna upotrebljena snaga motora kod maina potrebnih za proizvodnju radne ploe je 19.50 kW, a kod CNC maine FAGOR 8070 upotrebljena snaga motora je 4,9 kW ili 4 puta manja.

Programiranje NC I CNC alatnih maina moze biti:

Runo Runo sa pomagalima ( poluautomatizovano ) Automatizovano ( mainsko )

Ako se programiranje posmatra sa spekta organizacije razlikuju se: Radioniko programiranje Programiranje u funkciji pripreme proizvodnje: Runo Automatizovano Sa ili bez korienja CAD/CAM sistemaOpsti principi ProgramiranjaProgramiranje u irem smislu reci predstavlja aktivnost reavanja problema pomou raunara. Proces programiranja obuhvata sledee faze: Analiza problema Pisanje programa Testiranje programa Izrada potrebne dokumentacije i programa na odredjenom nosiocu informacija.

Pod programiranjem u uem smislu rei podrazumeva se: Pisanje odnosno Kodiranje programa.

To podrazumeva poznavanje odgovarajuih programskih jezika.Svaki programski jezik definisan je: Sintaksom Strukturom podataka Semantikom Vezanim vremenom

Sintaksa jezika predstavlja strukturu jezika I definise pravila za kombinovanje simbola I rei.U okviru sintakse razlikuju se po stepenu sloenosti: Osnovni simboli Elementarne instrukcije Reenice Sloene reeniceJedan od najbitnijih elemenata structure podataka je povezivanje sintakse sa semantikom programskog jezika.Semantika programskog jezika vri transformaciju structure podataka od ulaza do izlaza raunara. Semantikom se definie znaenje rei.Vezano vreme je vreme potrebno za izvodjenje neke operacije, veliki uticaj na vezano vreme imaju program za prevodjenje: Asembleri Kompajleri Inkrementalni kompajleri Interpreter

Runo programiranje

Pri runom programiranju polazi se od radionikog crtea. Programer na osnovu radionikog crtea I crtea polufabrikata definie plan obrade. Iz plana obrade proizilaze redno mesto ili maina, potrebne operacije, njihov redosled, brojevi obrta, pomona kretanja, operacije u kojima treba izvriti zemenu alata.

Na osnovu podataka o maini i steznom priboru i plana obrade definie se plan stezanja. On obuhvata informacije o poloaju predmeta obrade, koordinatnih osa, dimenzijama predmeta obrade I steznog probora, te definie nain stezanja. Plan stezanja omoguuje bre postavljanje predmeta obrade na mainu, olakava programiranje I omoguuje izradu specifikacije steznih alata.Na osnovu plana stezanja informacija o alatu I reimu obrade definie se plan alata, koji sadri informacije o vrsti alata, preniku alata, broju zuba alata, dimenzijama alata, drau alata, rastojanju izmedju vrha alata I referentne ravni radnog vretena, operacijama u kojima se alat koristi.Na osnovu podataka o maini, priboru, alatu I reimu obrade, programmer popunjava tehnoloki programski list. Kodiranjem ovog lista dobija se izvorni program, Pomou buaa trake dobija se izvorni program na buenoj traci, koja sadri informacije pomeranja I informacije ukljuivanja.

Runo programiranje se primenjuje ukoliko je manji broj instaliranih NC odnosno CNC alatnih maina.Kod savremenih CNC sistema, vrlo esto se koristiradioniko programiranje posebno u sluaju tipiziranih procesa pri stabilnom program proizvodnje. Programiranje se ostvaruje putem menija sa odgovarajueim potprogrgramima u sluaju struganja osnovni meni najee nudi sledee mogunosti: Simulaciju obrade Informacije o obradi Opis geometrijskih informacija Uaz u program obrade

Radioniko programiranje se ostvaruje u dve faze. Prva faza je nezavisna od maine I obuhvata definisanje: Geometrije predmeta i polufakbrikata Vrsta obrade i redosleda operacijaDruga faza zavisi od vrste i tipa alatnih maina I obuhvata: Kreiranje CNC instrukcija Pripremu CNC alatne maine Grafiku simulaciju procesa obrade.

Poluautomatizovano programiranje

Poluautomatizovano programiranje ostavruje se pomou miniraunara ili personalnog raunara PC. Programer obuhvata vei broj podataka sa radionikog crtea, pribora, maine i alata I na osnovu njih pie izvorni program. Programiranje je pojednostavljeno jer odgovarajui softver oslobadja programera od rutinskih operacija pri pisanju programa, Posebana prednost ovih sistema je u slucaju kada programmer ima mogunost direktnog komuniciranja sa raunarom. Dobijeni program se moe memorisati u eksternoj memoriji PC ili miniraunara.

Automatizovano programiranje

Korienjem relativno jednostavnih jezika sa sintaksom bliskom oveku poveava se preglednost programa smanjuje vreme i trokovi programiranja, omoguuje brza izmena programa vrsi redukcija informacija itd.Korienje raunara je uslov za obradu 3D predmeta obrade sloenog profila.Pri automatizovanom programiranju koriste se datoteke alata, maina, materijala, postupka obrade i pomonih probora.

Z A K LJ U A K

Korienjem CNC tehnologije uoene su mnoge prednosti, a i mane CNC maina: Fleksibilnost operacija je poveana, kao i mogunost da se proizvode delovi komplikovanih oblika sa odlinom preciznou (skoro kao proizvodi pravilnih oblika), smanjeno je uee otpatka u proizvodnji, poveana produktivnost. Upravljanje mainom je jednostavno uz pomo kompjutera. Vie operacija se moe izvriti samo jednim programiranjem maine, to znaajno skrauje vreme procesa proizvodnje odreenog dela. U poreenju sa konvencionalnim mainama, za rad na CNC maini potreban je nii stepen obuke radnika (kod konvencionalnih maina radnik mora da zna tehnologiju rada na maini da bi obavio potrebnu operaciju, dok se kod CNC-a sve svodi na pozicioniranje predmeta rada na radnom stolu i putanje u rad CNC maine sa unapred zadatim programom. Treba uzeti u obzir i to da programe za CNC piu specijalno obueni ljudi.). Glavna mana CNC maina je njihova visoka cena kao i cena njihovog odravanja. Poto su CNC sistemi sloeni, svaki pad sistema mnogo kota i zato je redovno odravanje neophodno.

LITERATURA uleti, R., Fleksibilni proizvodni sistemi Levi-Jaki, M., Menadment tehnologije i razvoja, igoja, Beograd, 2006. http://en.wikipedia.org/wiki/Cnc http://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control http://ipm.ftn.ns.ac.yu/pub/realizovani_projekti/ANALIZA_SAVREMENIH_RESENJA_UPRAVLJACKIH_JEDINICA.pdf

12