FAKULTET INŽENJERSKIH NAUKA UNIVERZITETA U KRAGUJEVCU Master akademske studije
Školska 2015/2016. god.
CNC MAŠINE seminarski rad
Predmetni nastavnik
Student
Prof. dr Bogdan Nedić
Lidija Mijailović 406/2015
Kragujevac, 2016.
1. UVOD
Prva numerički upravljana alatna mašina napravljena je u Americi početkom 50-ih godina uz pomoć naučnika MIT-a (Massatussets Institut of Technology). Novina na mašini je bilo uvođenje „elektronskog“ upravljanja pomoću tzv. Upravljačke jedinice u koju se program unosio preko bušene papirne trake. Tadašnja upravljačka jedinica je bila veća od same mašine. U odnosu na konvencionalne mašine značajna promena je bila uvođenje posebnih istosmernih motora za pogon glavnog glavnog vretena i suporta.
Slika 1. Prva CNC mašina [1]
Fabrika “Prvomajska” iz Zagreba je prva nabavila numerički upravljanu konzolnu glodalicu 1969. godine (Sharmann FB100 sa upravljačkom jednicom DEKAMAT), a sama je počela serijski da proizvodi numerički upravljane mašine od 1978. godine (na slici 2. prikazana je prva glodalica G 301 NC iz 1971. god.).
Osnova numeričkog upravljanja je upravljanje mašinom pomoću unapred definisanog programa. Program je skup šifrovanih geometrijsko-tehnološko-funkcionalnih naredbi kojima se putem različitih fizičkih medija (papirna traka, kaseta, disketa) daju upravljačkoj jedinici numerički upravljane mašine unapred zamišljene radnje. Prve upravljačke jedinice bile su bez kompjutera i nosile su naziv NC upravljačke jedinice (Numerical Control), a budući da se program sastojao od brojeva i slova, otuda naziv numeričko upravljanje. [1]
Slika 2. Prva NC glodalica iz 1971. godine [1]
2. ANALIZA OBRADE I CNC MAŠINE Današnje upravljačke jedinice građene su na principu korišćenja mikroprocesora, tj. malog elektronskog računara koji se može programirati i time ostvariti process numeričkog upravljanja. Zbog toga se takve upravljačke jedinice zovu CNC (Computer Numerical Control) upravljačke jedinice.
Slika 3. Razlike između klasičnih i CNC mašina [1]
Kao što se vidi na slici, osnovne razlike između ovih mašina su u sledećem: -
-
Pogon mašine-kod klasičnih mašina radi se o zajedničkom pogonu, tj. jedan motor pogoni i glavno vreteno i ostala kretanja radnog stola, dok kod CNC mašina postoji jedan glavni motor za pogon glavnog vretena, a pomeranja po osama ostvaruju posebni istosmerni motori. Upravljanje mašinom-izvodi se kod klasičnih mašina ručno ili mašinski preko ručica za
upravljanje dok CNC mašine imaju upravljačku jedinicu (tastatura i ekran) i rade -
automatski preko programa. Merni sastav mašine-sastoji se od skale sa nonijusom (klasična mašina) ili preciznijeg
linearnog sistema merenja (CNC mašina). Pomak radnog stola-ostvaruje se trapeznim navojem ili kugličnim navojnim vretenom (CNC mašina).
Nivoi upravljanja: -
upravljanje po tački (istovremeno kretanje samo po jednoj osi-npr. operacija bušenja), upravljanje po krivoj u ravni (istovremeno kretanje po d vema osama), upravljanje po prostornoj krivoj (istovremeno kretanje po najmanje tri ose-npr. prostorno zakrivljenje ploča-npr. lopatice turbine).
Karakteristike CNC mašina: -
mogućnost obrade najsloženijih mašinskih delova, visoka produktivnost,
velika brzina rada zbog povećanih režima rada, robusnija konstrukcija mašine, bolje vođenje (npr. kuglično navojno vreteno), što rezultuje većom preciznošću (0,001 mm), obilno podmazivanje i hlađenje alata (do 100 l/min i više) čime se produžuje vek trajanja alata, korišćenje najkvalitetnijih alaa sa reznim oštricama od tvrdih metala i keramike.
Najnovije mašine su tzv. obradni centri koji obrađuju radne predmete veoma složene geometrije sa visokim stepenom tačnosti. Ove mašine omogućavaju kompletnu obradu radnog predmeta uz automatsku izmenu alata (magacin sa mehaničkom rukom za izmenu alata). Radni predmet ima mogućnost zakretanja i pomicanja u više smerova. Povezivanje više CNC mašina čini tzv. fleksibilni obradni centar-sadrži nekoliko obradnih centara povezanih sistemom transporta. Najnovije dostignuće je povezivanje niza fleksibilnih obradnih centara koje poslužuju roboti. To su „fabrike bez ljudi“ potpuno automatizovane u kojima se postiže najveća produktivnost.
Slika 4. Obradni centar [1]
CNC tehnologija se danas primenjuje u mnogim ind ustrijskim oblastima i procesima: -
obradni procesi: struganje, glodanje, bušenje, brušenje, elektroeroziona obrada, sečenje plamenom, laserom i plazmom, probijanje, prosecanje, savijanje i dr.,
-
procesi zavarivanja i montaže, upravljanje proizvodnom i transportnom opremom: robotima, kranovima, vozilima i sl. [1]
2.1 Vrste savremenih konvencionalnih CNC mašina Razlikujemo: -
CNC strugovi (za obradu rotacionih delova):
-
sa jednim ili dva glavna vretena, bez pogonjenih alata ili sa pogonjenim alatima.
CNC glodalice bušilice (za obradu prizmatičnih delova): jednovretene ili viševretene,
vertikalne ili horizontalne,
troosne, četvoroosne ili petoosne.
-
CNC brusilice:
za ravno ili okruglo brušenje,
sa vertikalnim ili horizontalnim vretenom.
Osnova za izbor ili konstrukciju mašine alatke su osobine obradaka koji će se obrađivati na mašini. U suštini analiza tehnološkog postupka izrade mora obuhvatiti sledeće faze: -
analiza oblika površina obratka, analiza dimenzija obratka, analiza materijala obratka, analiza tolerancija mera i oblika na obratku.
Prilikom izbora ili konstrukcije mašine alatke, a na osnovu prethodno pomenute analize, potrebno je voditi računa o sledećem: -
kinematici mašine, tačnosti mašine, radnom prostoru mašine, snazi izvršnih organa mašine (ekonomičnosti), statičkim i dinamičkim karakteristikama mašine, fleksibilni i adaptivnosti mašine, estetici i ergonomiji mašine, itd. Izbor ili konstruisanje obradnih centara za potrebe obrade delova iz posmatrane grupe
delova prolazi kroz više faza: -
opredeljenje koji je optimalan položaj glavnog vretena, određivanje vrste linearnih kretanja u pravcu ose glavnog vretena, određivanje potrebnih kretanja radnog stola, podela linearnih pomoćnih kretanja na kretanja alata i RP, definisanje noseće strukture (jednostubna, dvostubna), izbor vrste i tipa magacina alata i izmenjivača, izbor vrste i tipa izmenjivača paleta. [2]
Slika 5. Struktura obradnog centra: 1-modul glavnog vretena, 2-modul linearnog kretanja u pravcu Z ose, 3- modul linearnog kretanja u pravcu Y ose, 4-postolje obradnog centra, 5- modul linearnog kretanja u pravcu X ose (translatorni sto), 6-modul pomoćnog obrtnog kretanja oko osa X i Z (obrtno-okretni sto) [2]
Pokretanje izvršnih organa na obradnom centru se izvodi korišćenjem pogonske energije: - električna, - hidraulička, - pneumatska ili - kombinacija. [2]
2.2 Analiza delova proizvodnje U automobilskoj industriji mašinske operacije se koriste za izradu delova: - motora, - transmisije i pogona, - osovine i diferencijala i - kočnica i felni.
Slika 6. Analiza delova koji se izrađuju mašinskim operacijama [2]
Slika 6. Faze obrade klipnjače: 1-guba obrada velike pesnice, 2-rupa za vijak, gruba obrada, 3mala pesnica obrada bušenjem, 4- probijanje rupe za vijak, 5-obrada se vrši bušenjem [3]
Pri izradi ovih delova teba izraditi dosta rupa pa se koriste operacije kao što su bušenje, urezivanje navoja i razvrtanje. Operacija glodanja se dosta upotrebljava kao i razne okretne operacije. Kod izrade kolenastih vratila i bregastih osovina koristi se operacija brušenja. Specijalne operacije rezanja metala kao što su okretno provlačenje i provlačenje primenjuju se kod izrade nekih delova. Tipični materijali delova su kovani čelik, liveno gvožđe i livene legure aluminijum i silicijum.
3. PROGRAMIRANJE CNC MAŠINA Programiranje CNC mašina alatki može se izvoditi na dva načina: -
ručno i automatski.
Ručno programiranje se odvija primenom raspoloživog programskog jezika, koji najčešće podleže ISO standardu, ili APT jezikom razvijenim na MIT-u. APT programi se moraju obavezno post- procesirati, odnosno prevesti na instrukcije koje upravljačka jedinica može prihvatiti. Automatsko programiranje se izvodi specijalizovanim postupkom u okviru
CAD/CAM sistema, pri čemu računar generiše kod programa na osnovu geometrijskog i tehnološkog modela proizvoda. CNC programiranje podrazumeva: -
određivanje puta alata, režima rezanja i prevođenje plana obrade u spisak instrukcija razumljivih upravljačkoj jedinici mašine.
Putanja alata je skup linija i tačaka duž kojih se alat kreće i u kojima se posebno pozicionira, ili se izvršava neka funkcija mašine, od svog baznog položaja u radnom prostoru mašine, pa tokom aktivne obrade dela, sve do ponovnog vraćanja u bazni položaj. Alat se duž aktivnog dela putanje najčešće kreće u više prolaza. Prolaz predstavlja jedan ciklus kretanja alata po putanji. Po završetku jednog prolaza alat se pomera bočno u odnosu na putanju, ka radnom komadu, za veličinu dodataka za obradu i izvodi naredni prolaz. Taj postupak se ponavlja u onom broju prolaza koji obezbeđuje uklanjanje svog maetrijala sa pripremka predviđenog tekućim zahvatom ili operacijom. Putanja, pored linija, može sadržati i skup karakterističnih tačaka u kojima se vrši
promena smera kretanja, promena režima obrade, uključivanje ili isključivanje sredstva za hlađenje i podmazivanje, izmena alata i slično. Svaki zahvat i operacija imaju sku p putanja. Određivanje putanje alata znači određivanje potpunog skupa putanja i broja prolaza potrebnih za izvođenje obrade nad radnim komadom. Sastavni deo plana obrade, između ostalog,
čini i sekvenca zahvata i operacija, spisak alata kojima će se obrada izvoditi, način stezanja, kao i režimi rezanja. Sledeća lista obuhvata najtipičniju grupu i redosled aktivnosti koja se može sa manjim ili većim izmenama primeniti na veliki broj praktičnih problema: -
proučavanje polaznih podataka i informacija (crteža ili modela), definisanje pripremka,
izbor mašine, određivanje karakateristika upravljačke jedinice, izbor i sekvenciranje zahvata i operacija, izbor, priprema i postavljanje alata, analiza (geometrije) radnog komada, definisanje alata, izbor režima rezanja,
proračun putanje alata, pisanje programa, testiranje, korekcije i verifikacija programa, post-procesiranje, izrada dokumentacije, eksploatacija, arhiviranje. [4]
3.1 Koordinatni i merni sistemi CNC mašina i alatki Kod CNC glodalica koordinatni sistem je dvoosni, tj. u osi obratka nalazi se osa Z, a
upravno na osu obratka osa X. Pozitivna osa X može biti postavljena u jednom ili drugom smeru što zavisi od položaja alata, odnosno revolverske glave u odnosu na izradak. Koordinate sa negativnim predznakom označavaju kretanje alata prema random predmetu, a pozitivni predznak znači odmicanje alata od radnog predmeta. Kod CNC glodalica koordinatni sistem je troosni X, Y, Z. Treba zapamtiti da se alat uvek pomera u predmet ili u smeru predmeta ako je koordinata
negativna. Razlog zašto je to tako leži u činjenici da ako se pri programiranju zaboravi negativan predznak, neće doći do sudara alata i predmeta, nego će se alat odmaknuti od predmeta. [1]
Slika 7. Koordinatni sistem CNC opruga [1]
Slika 8. Koordinatni sistem za TURN 55 (levo) i za MILL 55 (desno) [1]
Pravilo desne ruke-određivanje pozitivnog smera koordinatnog sistema određuje položaj
prstiju desne ruke, odnosno palac pokazuje u pozitivnom smeru ose X, kažiprst u pozitivnom smeru ose Y, dok srednji prst pokazuje pozitivni smer ose Z.
Slika 9. Pravilo desne ruke [1]
Slika 10. Neki primeri određivanja osa [1]
4. ALATI KOD CNC MAŠINA Kod CNC strugova opremanje mašine sa različitim alatima je od bitno važnosti za kvalitetnu izradu. Alati su smešteni u revolversku glavu prema redosledu izrade. Alati su postavljeni tako da je svaki drugi alat naizmenično alat za spoljašnju obradu ili za obradu unutarnjih površina, čime su jedni alati sa parnim a drugi sa neparnim brojevima. Svakom alatu se mogu dodeliti odgovarajući brojevi korekcija alata koji se nalaze u memorijskom mestu mašine za korekciju dimenzija alata. Pod korekcijom se podrazumeva vrednost razlike koordinata vrha oštrice posmatranog alata u odnosu na prvi alat (desni nož za spoljašnje struganje). Postupak uklanjanja odstupanja dimezija alata naz iva se korekcija alata.
Istrošenost alata takođe deluje na netačnost dimenzija, pa se moraju uzeti i te korekcije u obzir. Netačnost se ustanovljava merenjem obratka. Označavanje potrebnog alata i njegove korekcije vrši se na sledeći način: npr. T01D1
T-alat (tool) T01- prvo mesto na revolverskoj glavi T01D1- mesto u memoriji korekcije alata br. 1.
Slika 11. Alati u revolverskoj glavi kod nekih strugova [1]
4.1 Položaj vrha oštrice alata kod struganja i primeri primene U programiranju kod definisanja alata moraju se uneti i podaci o položaju vrha oštrice alata u odnosu na obradak ( parameter, tooloffset, c.edge position). Vrednosti u zagardi odnose se na alate sa prilazom alata odozdo (EMCO TURN 55). [1]
Slika 12. Položaj vrha oštrice alata [1]
Slika 13. Prvi primer primene alata [1]
U prvom primeru imamo dva alata za obradu (desnu nož za fino struganje-koji izvodi operaciju konturnog struganja-Stock: removal sa brojem oštrice 3 i nož za odsecanje sa brojem 8). U drugom primeru uz dva spomenuta alata koristimo i neutralni nož za izradu tri mala ugaona žleba. Treći primer ima još tri nova alata (spiralnu burgiju sa položajem oštrice 7, bušačku motku za unutrašnje struganje sa položajem oštrice 2 i nož za izradu navoja koji ima položaj oštrice 8). [1]
Slika 14. Drugi primer primene alata [1]
Slika 15. Treći primer primene alata [1]
4.2 Primeri primene alata za struganje prema PIA-Velenje Alati koji se koriste za obradu na CNC strugu Emco Turn 55 i Turn 105 su karakteristika na slikama iz kojih se vidi šta može da obradi pojedini nož i kakav je ugao prilaza alata ka izradku što je važno da ne bi došlo do sudara držača alata i obradka. [1]
Slika 16. Desni nož za finu obradu [1]
Slika 17. Neutralni nož [1]
Slika 18. Nož za unutrašnje struganje (bušačka motka ) [1]
Slika 19. Montaža alata u držač alata [1]
5. SAVREMENE CNC MAŠINE
Nemačka kompanija „Hermle“, jedna je od poznatih kompanija koje proizvode CNC mašine. Jedna od savremenih mašina je C 12 obradni centar sa pet osa. Maksimalna efikasnost u kombinaciji sa instalacionim prostorom, C 12 nije samo
glodalica, već i ultra kompaktni obradni centar. Dizajniran je za obradu kubnih delova do 100 kg težine, a radi u najrazličitijim aplikacijama kompaktno, precizno i dinamično. Pored svoje kompaktne veličine, glavni fokus je na preciznosti, izdržljivosti i dinamici. Dizajniran sa pet osa obradni centar ima pet različitih brzina vretena i četiri različita interfejsa, idealna brzina je dostupan za skoro sve oblasti primene. Integrisan je za vretena do 18000 obrtaja u minutu. Alat
se sastoji od čak 36 sekača i može se produžiti do 71 alata u dvostrukoj fazi produžetka. Zahvaljujući odgovarajućim setovima ova mašina ispunjava sve veće zahteve postavljene na brzinu i preciznost. C 12 obradni centar dodatno daje izvanredne mogućnosti za mnogo složenijim aplikacijama. [5]
Slika 20. CNC mašina Hermle C 12 [5]
Japanski proizvođač CNC mašina „Makino” proizvodi horizontalne mašine sa 4 ose, vertikalne mašine sa 5 osa, grafitne obradne centre, vertikalne obradne centre, vertikalne obradne centre sa 5 osa, mašine za bušenje rupa. Horizontalne mašine sa 4 ose su veoma produktivne i pouzdane. Ove mašine su vodeće u industriji što se tiče brzine i tačnosti. Za razliku od mnogih mašina na tržištu, „Makino” obradni centri su projektovani i izgrađeni za duži vek trajanja, a kupac ima garanciju na održavanje, tačnost i produktivnost. „Makino” HMC linija proizvoda uključuje MCC i MCD serije za velike delove i kalupe izrađene od čelika i drugih kaljenih materijala. Za profitabilnu, predvidivu i profitabilnu obradu ove mašine su dokazano rešenje za globalno konkurentnu proizvodnju. [6]
Slika 21. Horizontalna mašina sa 4 ose “Makino”[7]
6. PREDNOSTI CNC MAŠINA Prednosti CNC sistema su sledeće: -
velika preciznost izrade i obrade,
-
pouzdanost rada,
kompatibilnost u okviru numeričkog programiranja, široka primena odnosno zastupljenost u svim proizvodnim delatnostima, mali troškovi proizvodnje; kada se mašina programira, ponavlja zadato i zahteva minimalne intervencije čoveka, konkurentska prednost zbog brzog i lakog opsluživanja kupaca, laka i brza edukacija zaposlenih.
CNC tehnologija i mašine su izuzetno pouzdane jer su smanjene mogućnosti grešaka prilikom rada. Ljudski factor je prisutan ali je mogućnost greške daleko manja nego kod manuelnog sistema kontrole mašine. CNC mašine omogućuju da se “sistem kontrole kvaliteta” podigne na najviši nivo. U današnjim uslovima poslovanja, ovo je jako bitan factor vaše konkurentske sposobnosti i diversifikacije. [7]
LITERATURA [1] Internet adresa: www.prekucavanje.files.wordpress.com/2012/10/specijalisticki-rad-primer.pdf , 01.05.2016.
Prekucavanje, pristupljeno
[2] Sredarović B., Obradni sistemi za obradu rezanjem, Banja Luka 2014. [3] Automotive industry, Industrial Solution of Korloy
[4] Devedžić G., CAM i CNC tehnologije, Kragujevac 2009. [5] Internet adresa: Hermle, www.hermlemachine.com, pristupljeno 05.05.2016. [6] Internet adresa: Makino, www.makino.com/horizontal-machining-4-axis/, pristupljeno 05.05.2016. [7] Internet adresa: Documents, 559793f7c0fb6.html, pristupljeno 08.05.2016.
www.documents.tips/documents/cnc-masine-
