Sadržaj 1
2
3
4
5
6
7
UVOD U FLEKSIBILNE TEHNOLOŠKE SISTEME ..................................................... 3 1.1
Obradni sistemi ........................................................................................................... 3
1.2
Fleksibilna automatizacija .......................................................................................... 6
1.3
Mašine alatke .............................................................................................................. 7
1.4
Mašine alatke sa NC i CNC upravljanjem ........................... ........................... ............ 8
1.5
Fleksibilne tehnološke ćelije .......................... .......................... .......................... ......... 9
1.6
Fleksibilni tehnološki sistemi ................................................................................... 11
1.7
Robotizovani Robotizovani proizvodni sistemi ................................ ........................... ................... 12
OBRADNI CENTRI......................................................................................................... 13 2.1
Definicije obradnog centra ......................... .......................... .......................... ........... 13
2.2
Moduli i funkcionalni sistemi obradnih centara ............................... ........................ 13
2.3
Kinematiči moduli .................................................................................................... 14
REKONFIGURABILNI TEHNOLOŠKI SISTEMI ....................... .......................... ....... 17 17 3.1
Rekonfigurabilne Rekonfigurabilne mašine .......................................................................................... 17
3.2
Rekonfigurabilni Rekonfigurabilni tehnološki sistemi ......................................................................... 18
ROBOTI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM SISTEMIMA ....................... ............... 20 4.1
Kinematika i podela robota ........................ .......................... .......................... ........... 22 22
4.2
Linearni roboti .......................................................................................................... 22
4.3
Zglobni SCARA roboti ......................... .......................... ........................... ............... 24
4.4
Zglobni horizontalni roboti ........................ .......................... .......................... ........... 25
4.5
Zglobni vertikalni roboti ....................... .......................... .......................... ................ 25
4.6
Hibridni roboti .......................................................................................................... 26
MERNI CENTRI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM SISTEMIMA ........................ ............. ........... 28 5.1
Struktura mernih centara ....................... .......................... .......................... ................ 28
5.2
Programiranje mernih centara ........................ .......................... .......................... ....... 31
MERNI SISTEMI I SENZORSKA TEHNIKA ............................................ ................... 33 6.1
Merni sistemi ............................................................................................................ 33
6.2
Enkoderi .................................................................................................................... 35
6.3
Senzorska tehnika ..................................................................................................... 36
UPRAVLJAČKI SISTEMI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM SISTEMIMA ......... 37
8
9
7.1
CNC upravljački sistem ............................................................................................ 37
7.2
Hardverska arhitektura CNC upravljačkog sistema .......................... ........................ 37
7.3
Softver CNC upravljačog sistema ........................... .......................... ........................ 38
7.4
PLC kontroleri .......................................................................................................... 39
KONFIGURACIJE FLEKSIBILNIH TEHNOLOŠKIH SISTEMA ......................... ...... 40 40 8.1
FTS sa linijskim transportnim sistemom ...................................... .......................... .. 40
8.2
FTS sa slobodnim transportnim sistemom ........................... ........................... .......... 42
8.3
AGV za šinski transportni sistem ............................................................................. 42
8.4
Induktivno voĎeni AGV ........................................................................................... 43
8.5
Savremene konfiguracije konfiguracije agilnih FTS-a ..................... ........................... ................... 44
TEHNOLOGIJA ZA FLEKSIBILNE TEHNOLOŠKE SISTEME ................................. 45 9.1
NC programiranje obradnih obradnih procesa u FTS-u .......................... .......................... ....... 45
9.2
Manuelno NC programiranje ......................... .......................... .......................... ....... 46
9.3
NC programiranje simboličkim simboličkim programskim programskim jezicima ......................... ................... 47
9.4
Automatsko generisanje NC-koda .......................... .......................... ........................ 48
9.5
Optimizacija Optimizacija fleksibilnih tehnologija.......................... ........................... ................... 49
LITERATURA ........................................................................................................................ 51
2
1 1.1
UVOD U FLEKSIBILNE TEHNOLOŠKE SISTEME
Obradni sistemi
Sistem je skup meĎusobno povezanih jedinica koje se nalaze u odreĎenom okruženju (slika 1.1.1).
Ulaz
Transformacioni proces
Izlaz
Okruženje
Slika 1.1.1 Uprošćena šema jednog sistema
Postavljeni cilj sistema ostvaruje se ispunjenjem odgovarajuće funkcije, koja je definisana funkcionalnim funkcionalnim podsistemom. Proizvodno mašinstvo u sebi sadrži ili obuhvata više različitih sistema (slika 1.1.2). Prema u okviru proiyvodnog mašinstva, mogu se definisati sledeći sisemi: poslovni sistem, sistem, proizvodni sistem, sistem,
tehnološki sistem, sistem za oblikovanje, oblikovanje, obradni sistem.
Šematski prikaz meĎusobnog hijerarhiskog odnosa ovih sistema prikazan je na slici.
Slika 1.1.2 Međusobni odnosi sistema u proizvodnom mašinstvu
kao širi kompleks, pored drugih sistema, koji mogu biti i van proizvodnog mašinstva, obuhvata ili sadrži jedan ili više proizvodnih sistema.
Poslovni Poslovn i si si stem, stem,
3
obuhvata više tehnoloških činilaca, uz nepohodnu podršku društvenoekonomskih društvenoekonomskih činilaca, a sa ciljem podizanja vrednosti polaznog materijala u smislu
Proizvodni
sistem
dobijanja gotovog proizvoda. Tehnološki sistem sadrži kompleks sirovina dobija gotov deo ili sklop.
ili skup činilaca u kojima se od polufabrikata ili drugih
možemo objasniti na primeru mašine alatke za obradu deformaciom gde se vrši oblikovanje tela, ili montažni sto gde radnik montažom vrši oblikovanje sklopa ili mašine.
Sistem Sistem za obli kovanj e
u okviru tehnološkog sistema je mašina alatka ili grupa mašin a alatki koje izvode odreĎene operacije.
Obradni si stem
Prema sistemima procesi se mogu podeliti na: o o o o
proizvodne procese, procese,
tehnološki procesi, proces oblikovanja, oblikovanja, obradni proces.
Proizvodni proces se sastoji od jednog ili više tehnoloških procesa i odvija se u proizvodnom proizvodnom sistemu (slika 1.1.3).
Proizvodni sistem Sirovina Polu fabrikat
Proizvodni
proces
Proizvod
Slika 1.1.3 Uprošćeni model proizvodnog model proizvodnog procesa
Sam proizvodni sistem može se podeliti na više procesa poput: direktnih, indirektnih, dopunskih, pomoćnih. Tehnološki proces se sastoji od meĎusobno povezanih aktivnosti sa ciljem transformacije polufabrikata u gotove gotove delove, delove, sklopove podsklopove podsklopove (slika 1.1.4).
Tehnološki sistem Tehnološki Polufabrikat
proces
Gotov deo
Slika 1.1.4 Uprošćeni model tehnološkog procesa Proces oblikovanja se odnosi na samu tehnologiju oblikovanja sklopova i podsklopova (slika 1.1.5).
4
Sistem za oblikovanje Proces oblikovanja
Gotovi delovi
Podsklop Sklop
Slika 1.1.5 Uprošćeni model procesa oblikovanja
Obradni proces je deo tehnološkog procesa koji se sastoji od skupa aktivnosti koje vrše transformaciju početnog materijala (slika 1.1.6). Obradni sistem Obradni proces Pripremak
Izradak
Slika 1.1.6 Uprošćeni model obradnog procesa Osnovni Os novni model model obradnog sistema sistema
Osnovni model obradnog sistema (slika 1.1.7 ) definisan je kao mašinski sistem sa obradnim procesom kao osnovnom funkciom.
Slika 1.1.7 Osnovni model obradnog sistema Izlazne komponente (informacije, energija, materijal) predstavljaju transformaciju ulaznih
veličina. Ulazi i izlazi jednog sistema su povezani povratnom spregom. Struk tur a obradnog obradnog procesa procesa
U okviru obradnog procesa mogu se definisati (slika 1.1.8): operacija, zahvat, prolaz. 5
Jedan obradni proces sadrži jedanu ili više operacija, a operacija dalje jedn ili više zahvata, a analogno tome zahvat sadrži jedan ili više prolaza.
Slika 1.1.8 Međusobni odnosi obradnog procesa, operacije, zahvata i prolaza
Obradni pr oces oces se, kao deo
tehnološkog , odvija se u jednoj ili više tehnoloških operacija, ili
samo operacija. Operacija, svaka operacija se sastoji od elementarnih operacija, koje mogu biti direktne i
glavne. Gru pni zahvat, je potpuno ili de limično
istovremen istovremen proces formiranja više površina površina sa više odgovarajućih alata prema postavljenim tehničko -tehnološkim zahtevima, gde pojedini elementi obrade mogu biti isti ili različiti.
se jednim alatom vrši vrši konačno formiranje jedne jedne Složen zahvat, predstavlja deo operacije gde se složene površine prema postavljenim postavljenim tehničko -tehnološkim tehnološkim zahtevima. Zahvat je
osnovna ili direktna elementarna operacija, odnosno to je izvršno ili direktno dejstvo alata na obradak u okviru operacije, a predstavlja osnovni tehn ološki element
obradnog procesa. Prolaz, ima smisla definisati samo u obradi rezanjem, to je deo zahvata koji se odnosi na
skidanje jednog sloja materijala sa jednim alatom i to pri odreĎenom pomeranju.
1.2 Fleksibilna automatizacija Automatizacija podraz umeva da
upravljačku ulogu čoveka pri rukovanju mašinskim sistemom preuzme upravljački sistem. Sa takvim funkcionalnim funkcionalnim zahtevima se najpre razvila tzv. “kruta” automatizacija, sa upravljačkim komponentama na bazi relejne tehnike, sa velikim komandnim pulto vima za upravljanje industrijskim postrojenjima. Krajem prošlog veka “kruta” automatizaciju automatizaciju u potpunosti potpunosti je zamenila programabilna programabilna ili fleksibilna fleksibilna
automatizacija. Fleksibilna automatizacija (eng. Flexible Automatizacion) je nova i savremena oblast tehnik e koja se odnosi na računarski integrisane proizvodne sisteme i robotizovane
proizvodne linije u industriji prerade metala. Suština programabilne automatizacije (slika 6
1.2.1) se zasniva na ideji, da se visoko kvalitetno, produktivno i ekonomično izvode složene tehnološke operacije obrade, merenja, kontrole, montaže i manipulacije manipulacije u različitim serijama proizvoda. Pri tome se promena tehnoloških operacija na jednom te istom mašinskom sistemu ostvaruje samo promenom aplikativnog programa, koji se izvršava na C NC (eng. Computer Numeric Control) upravljačkim upravljačkim sistemima, PLC PLC (eng. Programmable Programmable Logic Logic Controiler) kontrolerima kontrolerima robot robot kontrolerima i “cell” (ćelija) kontroleru, kontroleru, dok se izvršni organi mašinskog postrojenja ne menjaju.
Slika 1.2.1 Osnovni principi fleksibilne automatizacije automatizacije u industriji
Fleksibilna automatizacija se zasniva na modularnim konstrukcijiskim rešenjima mašinskih sistema sa pogonskim sistemom visokih dinamičkih performansi, preciznim sistemima voĎenja, mernim sistemima, višeprocesorskoj arhitekturi industrijskih računara, računarsko komunikacionoj infrastrukturi, modernim sistemskim softverom, nadzornim i “monitoring sistemima, upravljačko aplikativnom aplikativnom softveru, primeni senzorske tehnike i “vision” sistema, regulatora i drugih dostignuća novih tehnologija iz više različitih oblasti tehnike.
Mašine alatke Mašne alatke (eng. Machine Tools) su tehniči sistemi koji posredstvom odgovarajućeg alata, uz neophodna kretanja izvršnih organa, služe za oblikovanje obradka različitim postupcima ade. Oblikovanje obradka može biti izvedeno skidanjem strugotine – rezanjem, bez obr ade. plastičnim deformisanjem i livenjem ili nekim od nekonvencionalnih nekonvencionalnih skidanja strugotine – plastičnim postupaka obrade. Da bi se odvijao obradni proces na mašinama atkama, neophodna su 1.3
kretanja alata u odnosu na obradak ili obradka u odnosu na alat.
Upravljanje kretanjima može biti izvedeno na različite načine ali je najviše kod mašina alatki zastupljeno ručno, mehaničko i programabilno upravljanje. S obzirom na način upravljanja kretanji ma, mašine alatke mogu biti: •
Konvencionalne mašine alatke – kod kojih se ostvaruje ručno upravljanje relativnim kretanjem alata u odnosu na obradak.
7
•
Kopirne mašine alatke - kod kojih se upravlja relativnim kretanjem alata u odnosu na obradak mehaničkim sistemom sa upravljačkim vratilom ili kopirnim sistemim.
•
Mašine alatke sa numeričkim upravljanjem – NC – NC mašine alatke (eng. NC – Numeric Control), koje su u početku razvoja bile najpre sa kontaktnim kontaktnim programskim upravljanjem, upravljanjem, a danas se kod njih kretanje alata u odosu na obradak izvodi numeričkim – kompjuterskim upravljanjem, a na osnovu
izvršenja strogo formatizovanih programskih instrukcija.
Mašine alatke sa NC i CNC upravljanjem Da bi se povećala proizvodnost i eleminisao odlučujući uticaj radnika na kvalitet, produktivnost produktivnost i ekonomičnost obradnih procesa, u drugoj drugoj polovini prošlog veka veka razvijeni su obradni sistemi sa numeričkim upravljanjem (NC mašine alatke). Mašine alatke sa numeričkim upravljanjem imaju poseban pogonski i merni sistem za svaku linearnu ili obrtnu NC osu. Pogonski Pogonski sitem i merni sistem sistem su povezani povezani u zatvoreno zatvoreno upravljačko upravljačko kolo, koje ostvaruje NC upravljački sistem. Obradni proces se odvija prema NC programu, ko jim se definiše redosled tehnoloških operacija, i pri tome za svaku operaciju pojedinačno: pojedinačno: 1.4
•
Geometrija kretanja alata u odnosu na obradak ili obradka u odnosu na alat,
•
Vrsta kretanja alata (brzi ili radni hod, linearno ili kružno), Brzina pomoćnih kretan ja, Brzina rezanja – broj broj obrtaja glavnog vretena,
•
Alat koji izvodi operaciju,
• •
•
Mašinski uslovi u kojima se operacija realizuje (smer okretanja glavnog vretena, sistem hlaĎenja).
Da bi se pojednostavio proces izrade NC programa, stvorila mogućnost testi ranja programa, omogućila simulacija simulacija obradnog procesa rezanja rezanja i vizuelizacija vizuelizacija kretanja alata u fazi projektovanja projektovanja tehnologije, tehnologije, razvijene su mašine alatke sa CNC upravljanjem (eng. CNC – Computer Numeric Control). CNC mašine (slika 1.4.1) alatke predstavlj aju novu generaciju NC mašina alatki sa značajnim poboljšanjem poboljšanjem sistemskog sistemskog softvera i hardverskih performansi računarskog upravljačkog sistema, sa aplikativnim softverom prilagoĎenim potrebama projektanata NC tehnologije. tehnologije. Danas su sve mašine alatke koje se proizvode sa programabilnim upravljanjem upravljanjem kretanja kretanja alata, ustvari ustvari CNC mašine alatke.
Slika 1.4.1 Mašina alatka sa CNC upravljanjem
Postoje osovni i dopunski uslovi koje treba da ispuni svaka CNC mašina alatka. Osnovni uslovi podrazumevaju, da CNC m ašina alatka mora ostvariti prvenstveno odgovarajuću tačnost obrade i kvalitet obraĎene površine, a pri tome ostvariti visok nivo produktivnosti i 8
ekonomičnosti. Dopunski uslovi obuhvataju obuhvataju veći spektar funkcionalnih karakteristika CNC mašina alatki, pa se navode samo najvažnije. •
Velike brzine rezanja, sa alatima velike postojanosti kojima treba ostvariti visoku
•
površinsku proizvodnost, proizvodnost, „Teška“ obrada – sa velikim poprečnim presekom strugotine ili obrada teško obradivih materijala sa velikom snagom rezanja, kada treba ostvariti visoku zapreminsku proizvodnost, proizvodnost,
•
•
•
•
Velika pogonska snaga – odreĎena s obzirom na širi interval vrednosti elemenat a
režima obrade, Velika krutost (statička i dinamička) mašinskog sistema, koja obezbeĎuje visoku proizvodnost proizvodnost i tačnost pri velikim velikim brzinama rezanja, Visok stepen mehanizacije i automatizacije u manipolatornim procesima izmene alata i obradka, Izmenljivost modula i funkcionalnih sklopova. sklopova.
Mašine alatke sa NC upravljanjem, kao i konvencionalne mašine alatke se izvode za odreĎenu metodu obrade (strugovi za operacije struganja, glodalice za operacije glodanja, bušilice za operacije operacije bušenja). Prema obliku obliku g lavnog kretanja, mogu biti: CNC mašine alatke sa glavnim obrtnim kretanjem – neprekidno neprekidno kretanje (strugovi, bušilice, glodalice) glodalice) CNC mašine alatke sa glavnim pravolinijskim kretanjem – prekidno kretanje kao radni i povratni hod (rendisaljke, (re ndisaljke, provlakačice, provlakačice, mašinske testere).
Fleksibilne tehnološke ćelije Fleksibilne tehnološke ćelije (eng. Flexibile Manufacturing Cell) predstavljaju integrisani tehnološki sistem koji se sastoji od odabranog centra i grupe dodatnih modula sa automatizovanim sistemom ops luživanja i manipulisanja alatima i obratcima. Fleksibilna tehnološka ćelija (FTC) je zaokružena tehnološka celina za obradu jedne vrste mašinskih delova, obradu limova, delova složenog prizmatičnog ili cilindričnog oblika, različitim vrstama obrade (rezanjem, deformaciom, isecanjem, laserskim i gasnim sečenjem).
1.5
Osnovnu nadgradnju obradnog sistema u fleksibilnim ćelijama predstavlja programabilni automatski sistem manipulacije alatima i obratcima. Najčešće se realizuje paletni sistem sa kružnim ili linijskom manipulacijom obratcima, kao okruženje jednom visoko fleksibilnom obradnom centru. Veoma često se u fleksibilnim tehnološkim ćelijama za opsluživanje obradnih centara primenjuju robotski sisitemi. Kružnim (slika 1.5.1) ili linijskim kretanjem (slika 1.5.2) paleta na kojima su obratci u različitim fazama obrade, kao i paletnim sistemom se postiže visoka produktivnost maksimalnim iskorišćenjem kapaciteta mašinskog sistema.
9
Slika 1.5.1 Fleksibilna tehnološka ćelija sa kružnim sistemom izmene paleta
Ako se fleksibilne tehnološke ćelije koriste koriste kod obrade metala bez skidanja strugotine, funkcija fleksibilnosti se prenosi najčešće na robotske sisteme ili automatizovanje automatizovanje manipulacione sisteme , koji u kombinaciji sa deformacionim mašinama sa CNC upravljanjem i magacinima alata za probijanje i prosecanje, omogućuju visoko produktivnu obradu složenih delova . Robotski sistemi u ovim fleksibilnim tehnološkim ćelijama su posebno efikasni ako se radi o obradi deformaciom u toplom stanju, gde je manipu lacija obratcima otežana zbog visoke tmperature. Fleksibilna tehnološka ćelija ima dva nivoa upravljačkog upravljačkog sistema. Obradni centri imaju svoj CNC upravljački sistem, koji upravlja radom mašinskog sistema i služi za izvršavanje NC programa kojim je definisan obradni proces, dok manipulacijom manipulacijom sistema upravljanja upravljanja PLC
(eng. Programable Logic Controller), a robotskim sistemima RC kontroler . Upravljački sistem prvog nivoa ima distribuiranu arhitekturu, pri čemu su upravljački sistemi potpuno nezavisni jedan od drugoga.Upravljački sistem drugog nivoa, ćelijski „cell“ kontroler (eng. Cell Controller) vrši monitoring i upravljačku funkciju fleksibilne tehnološke ćelije, pa je nadreĎeni nad sistemima upravljanja prvog nivoa i predstavlja glavni upravljački sistem „mozak“ koji upravlja radom tehnološke ćelije.
Slika 1.5.2 Fleksibilna tehnološka ćelija sa linijskim sistemom izmene paleta
10
Hardver „cell“ kontrolera je jedan industrijski računar visokih performansi tipa radne stanice sa monitorom koji ima grafički interfejs za praćenje i nadzor operacija koje se izvode u FTC, sa mogućnošću generisanja statističkih izveštaja, analiza i simulacije izvršenja projektovanih projektovanih obradnih procesa. Aplikativni Aplikativni softver „cell“ kontrolera ima više nivoa od kojih je glavni „supervision“ nivo, na kome se mogu direktno zadavati instrukcije upravljačkim sistemima prvog nivoa u toku tehnološkog procesa. 1.6
Fleksibilni tehnološki sistemi
Fleksibilni tehnološki sistemi (slika 1.6.1), kao koncept računarskih integrisanih proizvodnih sistema, pojavili su se u drugoj polovini prošlog veka, u vreme intezivnog razvoja elektronike i primene mikroprocesorskog upravljanja na mašinama alatkama, transportnim sistemima i industrijskim manipulatorima. Razvoj fleksibilnih tehnološkh sistema vezan je za integraciju obradnih centara u složene tehnološke strukture, koje se zasnivaju na savremenoj hardverskoj arhitekturi industrijskih računara, „multiprograming“ i „multitasking“ funkcijama operativnih sistema, aplikativnim softverskim paketima za „monitoring“ i upravljanje tehnološkim procesima u realnom vremenu.
Slika 1.6.1 Fleksibilni tehnološki sistem za obradu rezanjem
Fleksibilni tehnološki sistemi u svom sastavu imaju obradne centre, centar za pranje obradaka i merni centar sa CNC upravljanjem. Svi moduli FTS-a moraju biti izvedeni sa automatski izmenjivačima obradaka. Automatski transportni sistem FTS -a sa AGV (eng. Automatic Guided Vehicle) mikroprocesorski upravljanim vozilom, transportuje obratke i alate od pripremnih mesta do obradnih centara, od obradnih centara do centra za pranje i
mernog centra. Iako se kompletan tehnološki proces odvija automatizovano , FTS raspolaže sa dva pripremna mesta na kojima je čovek operater – na jednom se vrši priprema setova , a na drugom mestu se postavljaju obratci na palete i vezuju pomoću steznih pribora. Pored transportne staze postavljena su posebna mesta za privremeno odlaganje paleta tokom obradnog procesa , koji se uobičajeno nazivaju „baferi“.U sastavu FTS -a mogu biti
integrisani sistemi (slika 1.6.2) za specifične operacije obrade, pranja obradaka, manipulaciju obradcima i alatima i meĎuoperacijisku kontrolu. Najčešće se k oriste u autorizovanim autorizova nim procesima
komponovanja setova alata, njihove pripreme i izmene u
magacinima obradnih centara. Fleksibilni tehnološki sistemi su nastali kao najviši nivo automatizovanih tehnoloških sistema, kao nadgradnja nad upravljačkim sistemima mašina alatki i popuna automatizacija u izmeni alata tokom obradnog procesa i u izmeni obradaka u
toku obrade različitog asortimana i serije sličnih delova. 11
Slika 1.6.2 Fleksibilni tehnološki sistemza obradu deformaciom
Fleksibilni tehnološki sistemi imaju upravljački sistem na više nivoa, isto kao i fleksibilna tehnološka ćelija, ćelija, pri čemu je „cell“ kontroler glavni glavni upravljački sistem na najvišem najvišem nivou. Svi računarsko upravljački sistemi FTS -a „cell“ kontroler, kontroler, radne stanice za projektovanje projektovanje CNC tehnologije, radne stanice za praćenjei nadzor tehnološkog procesa u realnom vremenu, mogu biti integrisani u jedinstvenu računarsko komunikacionu infrastrukturu industrijskog kompleksa – CIM CIM sistema (eng. Computer Integrated Manufacturing System) automatizovanih automatizovanih fabrika. 1.7 Robotizovani proizvodni sistemi Robotizovani proizvodni sistemi su visoko automatizovani, programabilni fleksibilni
proizvodni sistemi u kojima sve tehnološke operacije i manipulacione manipulacione procese u toku proizvodnje izvode roboti, opremljeni specijalnim alatima i senzorskom tehnikom. Alati
služe za efikasno izvoĎenje tehnološke operacije, a senzori za prepoznavanje oblika ili identifikaciju karakterističnih veličina tehnološkog procesa. Zahvaljujući tome, savremeni robotizovani proizvodni sistemi spadaju u kategoriju inteligentnih proizvodnih sistema.
Izvode se najčešće kao fleksibilne tehnološke ćelije u kojima se završava jedan kompletan proizvodni ciklus odreĎenog odreĎenog mašinskog funkcionalnog funkcionalnog sklopa zahvaljujući zahvaljujući visokom stepenu tehnoloških operacija. programabilnosti programabilnosti robotskih sistema u izvoĎenju tehnoloških Robotizovani proizvodni sistemi se retko koriste u oblasti obrade metala skidanjem
strugotine, jer ne poseduje visoku dinamičku stabilnost i krutost mehaničkog sistema pri velikim otporima rezanju. Uglavnom se koriste za obradne procese u kojima se javljaju
manje sile u zoni obrtnog procesa, kao što su sve vrste zavarivanja, laserskog i gasnog sečenja metala, lepljenja, farbanja i površinske zaštite. Robotski sistemi se se najviše koriste u različitim manipulacionim procesima u industriji i automatizovanim procesima montaže.
12
2 2.1
OBRADNI CENTRI
Definicije obradnog centra
Obradni centri (eng. Machining Centers) su mašine alatke sa CNC upravljanjem, koje imaju u svom mašinskom sistemu magacin alata sa automatskim izmenjivačem. Mogu se koristiti u industriji prerade metala kao i druge CNC mašine alatke u vidu autonomnih obra dnih sistema. Ukoliko obradni centri imaju i sistem za automatsku izmenu obradaka (sistem za automatsku izmenu paleta) mogu se integrisati u FTS. S obzirom da se na obradnim centrima odvija proces rezanja, oni su osnovni moduli za konfigurisanje fleksibilnog
tehnološkog sistema. Obradni centri (slika 2.1.1) mogu biti u zavisnosti od pravca ose glavnog vretena – horizontalni ili vertikalni, u zavisnosti od broja glavnih vretena – jednovreteni ili
viševreteni, mogu biti sa standardnim sistemom alata ili sa glavom za višeosnu obradu i sa nizom dodatnih modula i tehnoloških funkcija za različite vrste obrade.
Slika 2.1.1 Horizontalni obradni centar
Obradni centri za razliku od CNC mašina alatki nisu konstrukcijski orijentisani odreĎenoj vrsti obrade, ili pak makrogeometriji obraĎene površine. S obzirom da imaju magacine sa različitim alatima i da mogu izvoditi višeosna relativna kretanja alata u odnosu na obradak, uspešno se koriste za struganje, prostrugivanje, sve vrste glodanja i bušenje, obradu navoja i neke operacije merenja i kontrole tokom obradnog procesa. Na obradnim sistemima se
mogu visoko kvalitetno obraĎivati ravne, cilindrične, konusne, zavojne i prostorno složene površine sa obratcima u najrazličitijim najrazličitijim režimskim uslovima, što daje izuzetan k valitet ovim visoko fleksibilnim obradnim sistemima.
2.2
Moduli i funkcionalni sistemi obradnih centara
Moduli su sastavne celine koji čine obradni sistem, a predstavljaju kompletnu celinu – mašinski pod pod sistem, sistem, koji sadrži sve potrebne potrebne ugradbne ugradbne komponent komponent e za obavljanje odreĎenih funkcija (linearnih kretanja, obrtnih kretanja, izmene alata, izmene paleta) obradnog centra. centra. Nisu sve funkcije funkcije koje izvršava izvršava obradni centar centar istog značaja. značaja. Najveći značaj ima funkcija relativnog kretanja alata u odnosu na obradak , jer se tako ostvaruje obradni proces. Ostale funkcije povećavaju stepen automatizacije obradnog centra, povećavaju njegovu njegovu produktivnost u primeni i fleksibilnosti. Zbog toga se i moduli od kojih se sastoji obradni centar mogu podeliti u dve grupe: 13
•
Osnovni ili kinematički moduli – u koje spade modul glavnog vretena koji izvodi glavno kretanje, moduli linearnih kretanja u pravcu kordinatnih NC-osa koji izvode
pomoćna kretanja tokom obradnog procesa i moduli za obrtna pomoćna kretanja, tzv. Obrtni stolovi koji se najčešće vezuju za neki od modula horizontalnog •
linearnog kretanja i Dodatni moduli – u koje spada sistem alata, magacin alata obradnog centra,
izmenjivač alata, izmenjivač paleta, transporter strugotine, sistem za hlaĎenje i podmazivanje, podmazivanje, zaštitna kabina i CNC upravljački sistem. Na kinematičke module koji se izvode u osnovnom obliku kao postolja, stubovi, kućišta, nosači – traverze, a mogu biti livene ili zavarene konstrukcije, ugraĎuju se funkcionalni sistemi, koji obezbeĎuju da moduli postanu kompletne funkcionalne celine. Glavn i funkcionalni sistemi su: •
Pogonski sistemi – aktuoatori, koji obuhvataju elektromotore, regulatore i
prenosnike a služe da izvrše prenos obrtnog (u slučaju obrtnih elektromotora) ili linearnog (u slučaju linearnih elektromotora) od elektromotora do modul a koji ostvaruje direktno ili posredno kretanje alata i obratka. •
•
Sistemi za voĎenje – klizne i linearne kotrljajne voĎice koje obezbeĎuju tačnost voĎenja u radnim uslovima pri linearnim kretanjima pokretnog u odnosu na neporetni modul i sistem za uležištenje koji obezbeĎuju optimalan odnos izmeĎu modula koji izvode obrtna kretanja u odnosu na nepokretne module. Merni sistem – merni sistem za kružna i linearna kretanja mogu biti ugraĎeni kao direktni ili indirektni merni sistemi, služe da se u svakom vre menskom trenutku veoma precizno identifikuje pozicija pokretnog modula u odnosu na nepokretni u radnim uslovima.
2.3 Kinematiči moduli Relativno kretanje alata u odnosu na obradak se izvodi kretanjem pokretnih modula na obradnom centru. Integrisani moduli be z funkcionalnih sistema sačinjavaju noseću strukturu
obradnog centra. Noseća struktura može da sadrži pokretne i nepokretne module. Pokretni moduli koji su funkcionalno kinematički, izvode kružna i linearna kretanja. Kod obradnih centara kružno kretanje može biti glavno kretanje i pomoćno kretanje, dok su linearna uglavnom pomoćna kretanja. S obzirom na vrstu kretanja koju izvode, kinematički moduli mogu biti: •
•
Modul glavnog kretanja ili modul glavnog vretena sa alatom izvodi glavno kretanje, a brzina glavnog kretanja je istovremeno i brzina rezanja – brzina odvajanja
strugotine od obratka, koja se često iskazuje pomoću broja obrtaja glavnog vretena. – translatornih pomoćnih kretanja obradnog centra, izvode linearna Moduli linearnih – translatornih kretanja u pravcu kordinatnih NC-osa. Da bi se izvodila linearna kretanja potrebno je
da modul ima nepokretni deo ili postolje pokretni deo ili klizač koji ostvaruje translatorno kretanje u odnosu na postolje. Složeno pomoćno kretanje alata u odnosu na obradak, izvodi se simultanim kretanjem više modula linearnog i kružnog kretanja, kojima upravlja kontroler kretanja – interpolator CNC upravljačkog sistema. •
Moduli obrtnih pomoćnih kretanja izvode kružna kretanja oko neke od kordinatnih – osa i to su najčešće obrtni stolovi, k oji mogu biti postavljeni na nepokretni CNC – osa postolje ili pak na pokretni horizontalni klizač ili na klizač stola obradnog modul – postolje centra. 14
Modul glavnog obrtnog kretanja se postavlja na stub kod horizontalnih obradnih centara, a
kod velikih na poprečnu traverzu ili poseban nosač, kako bi glavno vreteno sa alatima bilo vertikalno na pravcu Z-ose. Modul glavnog kretanja se može postaviti sa leve ili desne strane stuba, ili pak simetrično unutar stuba. Time se povećava krutost noseće strukture obradnog centra, a i stovremeno obezbeĎuje visoka dinamička stabilnost obradnog procesa rezanja.
Linearna pomoćna kretanja izvode klizači po nepokretnim modulima (slika 2.3.1). Pod nepokretnim modulom modulom se podrazumeva podrazumeva onaj deo noseće noseće strukture koji koji je nepokretan u odnosu na klizač spregnut kugličnim zavojnim vretenom i voĎicama, i za koje se referencira nulta tačka kordinatne ose.
Slika 2.3.1 Horizontalni modul linearnog pomoćnog kretanja
Postoje dve grupe modula linearnih pomoćnih kretanja, i to za horizontalna i vertikalna translatorna kretanja. Nepokretni moduli kod horizontalnih linearnih kretanja uobičajeno se nazivaju postolja, a kod vertikalnih linearnih kretanja to su stubovi. Stub kao nepokretni
stacionarni (slika 2.3.2) ima klizač koji izvodi vertikalno kretanje. Na klizaču stuba može biti postavljen linearni sto, obrtni radni sto, ili ulogu klizača najčešće preuzima kućište modula glavnog vretena. Stub može može biti i pokretan, pokretan, ako j e postavljen na modul horizontalnog linearnog kretanja u pravcu jedne kordinate NC- ose , čime ima funkciju horizontalnog klizača za tu NC -osu. Najčešća kinematska struktura obradnih centara se zasniva na horizontalno pokretnom stubu sa ugraĎenim modulom gl avnog vretena, koji izvodi nezavisno vertikalno linearno kretanje.
Slika 2.3.2 Vertikalni modul linearnog pomoćnog kreatanja – nepokretni nepokretni stub Obrtni stolovi mogu mogu biti postavljeni postavljeni kod horizontalni i vertikalni obradnih obradnih centara i to u vertikalnoj ravni. ravni. U zavisnosti zavisnosti od toga postoje postoje različite različite mogućnosti mogućnosti horizontalnoj ili vertikalnoj postavljanja obradnih obradnih stolova. stolova. Kod horizontalnih horizontalnih obradnih centara: 15
• •
•
Kružno kretanje oko Y -ose, obrtni radni sto predstavlja B’-osu sa NC upravljanjem, upravljanjem, Kružno kretanje oko X -ose, obrtni radni sto predstavlja A’-osu sa NC upravljanjem i Kružno kretanje oko Z -ose, obrtni radni sto predstavlja sekundarnu C’-osu sa NC upravljanjem.
Kod vertikalnih obradnih centara menja se samo raspored NC osa, u odnosu na horizontalni
tip, iako položaj obrtnih stolova u odnosu na noseću strukturu ostaje isti. Obrtni sto može biti postavljen na horizontalni ili vertikalni nepokretni modul ili na klizač horizontalnog ili vertikalnog modula linearnog kretanja (slika 2.3.3). U zavisnosti od toga kako je i gde postavljen, vrši kružno kretanje oko neke kordinate NC -ose. Kod obradnih
centara na kojima se obraĎuju obratci velikih masa i gabarita, glavno i pomoćna kretanja može da izvodi samo alat, dok je obradak postavljen na nepokretnom postolju kao stacionarnom modulu.
Slika 2.3.3 Obrtni stolovi stolovi na nepokretnim modulima: modulima: a) obrtni sto na horizontalnom horizontalnom postolju, b) obrtni sto na vertikalnom postolju postolju – – stubu stubu
Obrtni radni sto ima sopstveni pogonski sistem i najčešće se postavlja na klizač koji izvodi linearno kretanje (slika 2.3.4), tako da moduli linearnog kretanja sa obrtnim radnim stolom
na klizaču ostvaruje složeno kretanje obratka, koje se sastoji od relativnog kružnog i prenosnog translatornog translatornog kretanja. Ako pored pored ovih kretanja, modul modul glavnog vretena ostvaruje ostvaruje samo još jedno linearno kretanje, uz pomoć kontrolera kretanja – interpolatora CNC upravljačkog sistema, alat u odnosu na obradak može izvoditi veoma kompleksno kretanje i
tako obraditi geometrijski veoma složenu površinu.
Slika 2.3.4 Obrtni sto na modulu horizontalnog linearnog kretanja
Obradni centri sa obrtnim stolom i NC upravljanjem samo jednog od kružnih kretanja oko neke od kordinatnih osa, dobijaju visoku fleksibilnost i funkcionalnu prednost u odnosu na
standardne trošne obradne centre, jer omogućavaju višeosnu obradu.
16
Kod specijalnih tehnoloških zahvata, postoji mogućnost da se obrtni sto postavi u kosoj ravni u odnosu na referentni kordinatni sistem obradnog centra, a da se pri NC programiranju koriste programske ugaone transformacije kordinatnog sistema. U ovim
slučajevima se mogu koristiti i okretni nosači alata, koji omogućavaju ugaoni položaj ose alata u odnosu na ravan obrade.
Kombinacijom modula glavnog kretanja, modula pomoćnih linearnih i pomoćnih kružnih kretanja formira se noseća struktura obradnog centra. Noseća struktura se proračunava metodom konačnih konačnih elemanata FEM (eng. Finite Finite Element Method), Method), proverava se njeno njeno naponsko stanje, krutost, statička i dinamička stabilnost, deformabilnos i vrši optimizacija o ptimizacija sa aspekta rasporeda masa. Noseća struktura mora biti adekvatna kinematičkim i funkcionalnim funkcionalnim karakteristikama karakteristikama obradnog centra.
3
REKONFIGURABILNI TEHNOLOŠKI SISTEMI
Modularni princip je danas postao univerzalni metod gradnje obradnih centara, a variantno
komponovanje spektara modula modula omogućuje omogućuje stvaranje različitih različitih koncepcija tehnoloških sistema. Transfer linije (eng. Transfer Lines), Lines), ili kako se još nazivaju DML (eng DML Dedicted Manufacturing Lines), kao visoko produktivni tehnološki sistemi, izvode se na principima jeftine fiksne automatizacije automatizacije i namenjeni su za visoko ekonomičnu obradu pojedinačnih obradaka obradaka u veoma velikim serijama. serijama. Vreme eksplatacije transfer lini ja je od 20 do 30 godina. Fleksibilni tehnološki sistemi se izvode na principima programabilne automatizacije, kako bi se postigao efekat fleksibilnosti za obradu grupe sličnih obradaka u srednim serijama. Pored visoke fleksibilnosti, modularni sistem projektovanja obradnih
centara, omogućuje i povećanje konfigurabilnosti fleksibilnih tehnoloških sistema, a time definisanje jednog potpuno novog tipa tehnološkog sistema, koji se danas sve više primenjuje u industrijskoj industrijskoj praksi i naziva se rekonfigurabilni rekonfigurabilni tehnološki sistemi ili RMS sistemi (Reconfigurable Manufacturing System).
Rekonfigurabilne mašine Rekonfigurabilna mašina alatka (Reconfigurable machine Tool - RMT) je novi koncept modularnih mašina alatki sa promenljivom strukturom. Modularni koncept maši na alatki
3.1
poznat (slika 3.1.1) je od pojave obradnih centara kod koga rekonfigurabilnost rekonfigurabilnost zavisi od
potrebnog radnog radnog prostora mašine. Za razliku od obradnih centara, kod RMT modularnost je primenjena na sve aspekte mašine. To znači da rekonfigurabilnost pored mehaničke strukture podrazumeva i rekonfigurabilne upravljačke module koji se mogu lako menjati i integrisati u upravljačke sisteme sa otvorenom arhitekturom. Sve glavne komponente mašine raĎene su na modalnom principu, pa koncepcija rekonfigurabilne rekonfigurabilne mašine treba da obuhvati sledeće celine: mehaničke module, interfejs za povezivanje, module elektronike, upravljačke module, softversku platformu itd. Rekonfigurabilnost mašina
Rekonfigurabilnost Rekonfigurabilnost mašina posmatara se kroz: veličinu obratka: rekonfigurabilnost stolovi, radna vretena i drugo.
se postiže zamenom modula kao što su stubovi, radni
17
različiti geometrijski oblici postižu se povećanjem broja osa mašine, dodavanjam novih osa ili zamenom neke obradne jedinice sa više stepeni sl obode kretanja.
geome geometri tri ja obratka:
postiže se zamenom jedno-vretenih jedinica dvo-vretenim ili viševretenim radnim stanicama.
povećanje produktivnosti: produktivnosti:
i zmena zmena pr ocesa ocesa obrade: za izmenu procesa obrade nije dovoljno samo izmeniti rezni alat,
već je potrebno izmeniti i konfiguraciju mašine. povećanje geometrijske tačnosti i kvaliteta obrađene površine: podrazumeva podrazumeva postojanje
obradnih jedinica sa većom statičkom i dinamičkom krutošću mašinskog sistema, sa širim spektrom izbora radnih režima, alata i pribora.
Slika 3.1.1 P rincip rincip funkcionisanja Rekonfigurabilne mašine
Treba reći da mehanička struktura ovakvih mašina osnovni problem, pri čemu se pojavljuju dva pristupa u razvoju rekonfigurabilnih mašina. Prvi koncept rekonfigurabilne mašine se zasniva na konceptu univerzalne CNC mašine, prednost ovakvog rada je u tome da većina operacija izvodi istim alatom, glavni nedostatak ovakog koncepta je manja krutost mašine ovakav koncept je dobar u maloserijskoj proizvodnji. Drugi koncept se zasniva na modularnom sistemu, dobra osobina ovoga je dobra krutost i jednostavnu konstrukciju. konstrukciju.
Rekonfigurabilni tehnološki sistemi Rekonfigurabilni Rekonfigurabilni tehnološki sistemi (RTS) se projektuju na modalnom modalnom principu pri čemu su 3.2
moduli razvijeni tako da su pogodni za prelazak na brzu promenu strukture obradnih centara, u pogledu hardverskih i softverskih komponenti, kako bi se optimalno prilagodio
proizvodni kapacitet i funkcionalnos funkcionalnos tehnološkog sistema pri obradi familije obradaka, kao odgovor na iznenadne iznenadne nove tržišne ili regularne tržišne tržišne zahteve. Brza promena hardverske hardverske strukture mašinskog sistema je karakteristična kod proizvodnih linija za obradu metala rezanjem, a promena softverskih komponenti je karakteristična kod robotizovanih proizvodnih linija. Rekonfigurabilni Rekonfigurabilni tehnološki sistemi spadaju u sisteme otvorene arhitekture, jer se kombinacijom različitih modula realizuje različita varijanta rešenja i tako konfiguracije prilagoĎavaju potrebnim funkcionalnim karakteristikama tehnološkog sistema njegovom proizvodnom proizvodnom kapacitetu i planiranim proizvodnim proizvodnim troškovima. (slika 3.2.1).
18
Slika 3.2.1 Zavisnost između između troškova i kapacitet kapacitet razliitih tehnoloških tehnoloških sistema
Rekonfigurabilni tehnološki sistemi omogućuju da se proizvod pojavi na tržištu u dosta kraćem vremenskom periodu nego što bi bio slučaj da se proizvodi u tehnološkom sistemu klasične strukture. U istom vremenskom periodu se može plasirati na tržištu značajno veći asortiman proizvoda korišćenjem rekonfigurabilnog tehnološkog sistema. Osim toga, ostvaruje se velika ušteda u troškovima izgradnje jer se eksplatacija modula rekonfigurabilnog tehnološkog sistema ne završava krajem ž ivotnog veka samo jednog tipa proizvoda koji koji se izraĎuje na tehnološkom tehnološkom sistemu. sistemu. Rekonfigurabilnost, kao sistemska karakteristika tehnoloških sistema se može sagledati sa više aspekata: •
•
Rekonfigurabilnost Rekonfigurabilnost za promenu veličine radnog prostora obradnog cent ra, kako bi se omogućila obrada obradaka različitih gabarita (zamena postolja, radnih stolova, voĎica, kugličnih zavojnih vretena, mernih sistema), Rekonfigurabilnost za promenu broja NC –osa, kako bi se omogućila obrada površina površina različitog stepena prostorne složenosti i geometrije obradaka (zamena modula radi promene broja NC-osa),
•
•
•
Rekonfigurabilnost za promenu produktivnosti tehnološkog sistema (zamena jednovretenog modula glavnog vretena, sa viševretenim modulom, zamena jednovretenih glava glava za alate sa viševretenim glavama ), Rekonfigurabilnost za promenu procesa obrade (zamena modula koji izvode samo
tehnološku operaciju – npr. – npr. struganje, bušenje, glodanje), Rekofigurabilnost Rekofigurabilnost za promenu kvaliteta obraĎene površine (zamena modula za grubu obradu, modulima za finu i završnu površinu).
Rekonfigurabilni tehnološki sistemi zahtevaju operaciju izmene modula – rekonfiguraciju, pri pripremi obradnih centara za obradu svake nove familije obradaka. Rekonfiguraciju Rekonfiguraciju
izrade visokospecijalizovani operateri, obučeni za demontažu i montažu, kao i druge servisne intevencije na mašinskom i upravljačkom sistemu. Treba napomenuti da su DML i FMS statički proizvodni sistemi, a RMS dinamički razvojni sistemi pošto se tokom vremena razvijaju prema prema zahtevima tržišta za proizvodom. Neke osobine DML DML i FMS su:
19
DML nisu fleksibilni sistemi, proizvodni kapacitet praktično nije moguće menjati, imaju relativno nižu cenu koštanja u odnosu na na FMS i u izvoĎenju tehnoloških operacija učestvuje više alata. FMS su skuplji proizvodni sistemi, proizvodni kapacitet im je uslovljen propusnom moći pojedinih mašina, mašina, fleksibilne su i imaju imaju promenljivu promenljivu strukturu.
4
ROBOTI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM
SISTEMIMA
Reč robot prvi put se se upotrebila 1921 godine u jednoj predstavi. Reč robot u pevodu sa češkog jezika označavao je težak rad, danas se nalazi nekoliko miliona robota u industriji svetski razvijenih zemalja, gde izvršavaju najsloženij e operacije u FTS-u ili kao autonomni proizvodni sistemi u različitim oblastima primene. Postoji više definicija robota, od kojih se izdvajaju dve kao najadekvatnije: najadekvatnije:
Definicija robota prema ptandardima ISO/TR8373 i EN 775; „Industrijski robot je automatski upravljani, reprogramabilni, više namenski manipulacioni sistem sa više stepeni slobode kretanja za industrijsku primenu, sa mogućnošću rada na fleksibilnom i pokretnom postolju“. Pre uvoĎenja robotskog sistema u konfiguraciju FTS -a, nepohodno je uraditi sistemsku analizu svih aspekata ekonomičnoskti i tehnološke opravdanosti. Postoji više kriterijuma na osnovu kojih se može oceniti opravdanost primene robota u izvršavanju odreĎenih tehnološki operacija u FTS -u, i oni se mogu grubo svrstati u tri grupe: • • •
Tehnički i tehnološki kriterijumi Ekonomski kriterijumi opravdanosti automatizacije automatizacije procesa i Kriterijumi humanizacije humanizacije procesa rada.
U uporedni odnos sa tehničko tehnološkim kriterijumima, stavljaju se kriterijumi sa pokazateljima pokazateljima ekonomske opravdanosti integrisanja robota u FTS. U industrijskoj praksi se najčešće koriste za manipulacione, montažne, kontrolne i obradne procese u FTS -u. Kod manipulacionih procesa u FTS-u, robotski sistemi se uglavnom koriste za asembliranje setova alata na pripremnim mestima.
Robot može da obavlja složene tehnološke operacije u industrijskoj primeni, zahvaljujući integrisamom funkcionisanju više modula, pa se zbog toga često naziva i robotski sistem. Robotski sistem sistem (slika 4.1) se sastoji od:
Mehaničkog sistema – postolje postolje robota, robota, mašinski deo robotskog sistema sistema sa pogonima i prenosnicima, robotski alati, hvataljke i pomoćni sistemi za obavljanje tehnoloških operacija (zavarivanje, (zavarivanje, pakovanje, manipulacija, manipulacija, lasersko sečenje, farbanje, farbanje, pranje), Elektronskog sistema – robot kontroler, operator panel, regulatori, senzori, merni sistemi, kontroler za upravljanje pogonima, komunikaciona infrastruktura, modul
energetskog napajanja, modul zaštite podataka, Softvera – sistemski softver robot kontrolera, sistem za programiranje robota za kretanje i izvršavanje tehnoloških operacija, obrada podataka i procesiranje senzorskih signala. 20
Funkcionalne karakteristike robota definisane su standardom DIN EN 29946 (ISO 9946), a standardom EN 29283 definisane su metode ispitivanja robota i kriterijumi za ocenu
njihovih karakteristika kvaliteta. Pouzdanost i bezbednost robotskog sistema pri uvoĎenju u industrijsku primenu detaljno je definisana standardom EN 775. Funkcionalne karakteristike
robota prema DIN 29946 su definisane kroz sledeća poglavlja: Oblast primene robota, Energijsak moć – nosivost nosivost robotske glave, Mehanička struktura – kinematika kinematika robota, Radni prostor, Kordinatni sistem, Masa,
Osnovna površina za instaliranje, Upravljački sistem, Postupak programiranja, Okolina za rad robotskog sistema,
Opterećenje robota, Brzine kretanja, Snaga pogonskih motora,
Statička i dinamička krutost i Karakteristike tačnosti robota.
Slika 4.1 Struktura robotskog sistema
Osnovna podela robota se vrši prema nameni, pri čemu postoje roboti za primenu u industriji – industrijski industrijski roboti, roboti u humanoj primeni, i roboti za specijalne namene. Klasifikacija industrijskih robota se može izvršiti na više različitih načina: prema obliku mehaničkog sistema, obliku radnog prostora, kinematičkoj kinematičkoj strukturi, strukturi, broju stepeni stepeni slobode kretanja, kretanja, broju osa, vrsti pogonskih pogonskih sistema, senzorima senzorima i vrsti robot robot kontrolera.
21
4.1
Kinematika i podela robota
Mehanički sistem robota se opisuje kinematikom, koja se može definisati sa nekoloko različitih pristupa: •
•
•
– linearne ose ili kružno kretanje – Vrste kategorije po osama (translatorno kretanje – linearne rotacione ose), Redosled i položaj linearnih i rotacionih osa po zglobovima i strukturnim modulima mehaničkog sistema robota, Broj upravljanih osa, pri čemi se ose robota označavaju redosledno brojevima, pa su tako npr. Kod robota sa 6 upravljivih osa, ose 1,2 i 3 glavne ose robota kojima se
pozicionira ruka ruka robota u prostoru, a ose 4,5 i 6 su pomoćne ose, koje koje odreĎuju radnu radnu poziciju glave robota, alata ili ose hvataljke u radnom prostoru prema tehnološkom tehnološkom zadatku, •
Oblik radnog prostora (može biti kubni, cilindrični, izduženo cilindrični, sferni, polusferni i izduženo sferni) je definisan karakteristikama karakteristikama iz prethodna tri kriterijuma, a njegova veličina zavisi od veličine rastojanja izmeĎu robotskih zglobova i veličine linearnih kretanja.
Sa aspekata kinematike kinematike mehanič kog sistema robota, postoje tri osnovne vrste robotskih sistema: L inearni inearni roboti roboti – koji
se često nazivaju i portalnim robotima ili „gantry“ robotima, zbog portalnog oblika oblika noseće strukture strukture njihovog mehaničkog sistema, sistema, Zgl obni roboti roboti – koji koji mogu biti tipa SCARA (eng. Selective Compliance Assembly Arm) i
univerzalni horizontalni i vertikalni roboti , koji se još nazivaju PUMA (eng. Programable Universal Manipulator Manipulator for Assembly) Assembly) roboti i H ibridni r obot oboti i –
čija se struktura sastoji od kombinacije modula li nearnog robota i
zglobnog robota, koji se postavlja na modul translatornog kretanja u pravcu jedne linearne ose.
4.2 Linearni roboti Linearni roboti imaju glavne ose izvedene kao linearne (i tako da je prva X -osa, druga Y-osa i treća Z-osa), orijentisane prema standardnom kordinatnom sistemu , po kome se kreću
moduli noseće strukture, slično kao kod obradnih centara. Kod linearnih robota, četvrta osa je najčešće rotaciona rotaciona osa alata oko Z -ose. Pogonski sistemi kod ovih robota su elektromotori sa prenosnim sistemom obrtnog u pravolinijsko kretanje na bazi veze zupčanika – zupčasta letva ili linearni elektromotori. Linearni elektromotori sa danas najčešće koriste kao pogonski sistemi linearnih kretanja, jer postižu veoma velike brzine kretanja i imaju povoljne funkcionalne funkcionalne karakteristike upravljanja brzinama i ubrzanjima. Na modulima modulima linearnih kretanja postavljeni su direktni linearni merni sistemi, dok se rotacionim, mernim sistemom meri obrtno kretanje alata oko Z- ose. Radni prostor je u osnovi prizmatičnog oblika, čija veličina zavisi od veličine modula linearnog kretanja, odnosno dužine kordinatnih osa.
Portalni roboti se karakterišu velikim radnim prostorom, gde X -osa može biti dužine preko 20[m] dok dužina Y i Z -ose zavisi od opterećenja robotske glave i ne prelazi uobičajenu veličinu 2-3 [m]. Ako je potreban manji radni prostor u pravcu Y-ose u odnosu na X-osu, 22
tada se mehanički sistem linearnog robota postavlja na poprečnu traverzu na stubovima, po kojoj se ostvaruje linearno kretanje u pravcu X-ose, a u okviru samog mehaničkog sistema se izvodi kretanje u pravcu X- ose, a u okviru samog mehaničkog sistema se izvodi kretanje u pravcu Yose i Z-ose (slika 4.2.1).
Slika 4.2.1 Kinematička struktura, ose i radni prostor linearnog robota na dva stuba Pri mena mena li nearn nearn ih r obota obota
Linearni roboti se najviše koriste za manipulacione procese u industriji gde zahteva veći prizmatični radni prostor za pakovanje i paletizaciju. Posebno su efikasni u procesima pakovanja u visokoserijskoj visokoserijskoj proizvodnji, proizvodnji, metalne, hemijske, farmaceutske, prehrambene i
industrije pića. Koristi se za opsluživanje proizvodnih linija u malopreraĎivačkoj industriji, a najviše kao fleksibilne tehnološke ćelije u operacijama montaže elektronskih komponenti. Povezivanjem više linearnih robota u robotizovanim proizvodni sistem konfiguriše se potpuno automatizovan, automatizovan, programabilan FTS za operacije laserskog sečenja metala, elektrolučnog ili tačkastog zavarivanja. Mehanički sistem linearnih robota portalnog tipa se postavlja na traverzu – modul linearnog kretanja u pravcu X-ose (slika 4.2.2). Traverza se oslanja na dva stuba kojima je odreĎena vertikalna pozicija radnog prostora robota i koji predstavljaju podstolje noseće konstrukcije. Razmak stubova je adekvatan dužini radnog prostora u pravcu X -ose. Širina i visina radnog prostora je odreĎena veličinama veličinama linearnih linearnih kretanja u pravcu Y -ose i Z-ose. Mehanički sistem linearnih robota na dva stuba se primenjuje kada ra dni prostor ima dominantnu dužinu u odnosu na druge dve dimenzije. Najčešće se izvodi kao jedinstvena konstrukcija u bloku, koja ima apsolutno linearno kretanje u pravcu X-ose, a relativna linearna kreatanja kreatanja se izvode u pravcu Y i Z- ose. Blok mehaničkog sistema obezbeĎuje visoku krutost, visoku dinamičku
stabilnost pri velikim brzinama kretanja i pri velikim opterećenjima opterećenjima robotskog alata.
23
Slika 4.2.1 Mehanički sistem linearnog robota portalnog tipa. 4.3 Zglobni SCARA roboti Zglobni SCARA roboti (slika 4.3 .1)
se izvode na četri stepena slobode, sa četri upravljane ose kretanja, pri čemu su tri vertikalne ose (rotacija se izvodi oko Z -ose) i jedne linearne ose u pravcu Z-ose. Raspored osa je takav, da su u svakom slučaju prva i druga osa rotacione ose. Treća osa je linearna Z-osa, kojom alat robota pristupa radnoj zoni tehnološke operacije ili obratku u svakoj tački po Z -kordinati. Četvrta osa je obrtna osa glave robota oko Z -ose kordinatnog sistema, kojom alat vrši rotaciju radi izvoĎenja tehnološke operacij e. Radni prostor SCARA robota je prstenastog cilindričnog oblika, pri čemu je unutrašnji cilindrični prostor zauzet od strane strane postolja robota robota i rotacije zgloba zgloba druge glavne glavne ose.
Slika 4.3.1 Osnovna kinematička struktira, ose i radni prostor zglobnog S CARA S CARA robota
Pri mena mena SCARA r obota obota
SCARA roboti se najviše koriste u tehnološkim procesima koji se izvode na manjem random prostoru velikim brzinama (procesi pakovanja i obrade proizvoda manjih dimenzija i proizvodni procesi u elektronskoj industriji). industriji).
24
4.4 Zglobni horizontalni roboti Zglobni horizontalni horizontal ni roboti imaju kretanje ruke u horizontalnoj ravni i izvode se tako da su
im tri glavne ose iste kao i kod SCARA robota, a tri pomoćne ose robota omogućuju je linearna linearna u kretanje robotskog alata. Prve dve ose su rotacione oko Z- ose, a treća osa je pravcu Z-ose. Tri upravljane pomoćne rotacione ose za kretanje glave robota omogućuju da zglobni horizontalni roboti imaju šest stepeni slobode. Mehanički sistem robota se kreće vertikalno duž modula linearnog kretanj a u pravcu Z-ose. Ovaj linearni modul ima i obrtno kretanje u odnosu na postolje robota. Kinematička struktura zglobnog horizontalnog robota (slika 4.4.1) omogućuje osnovni cilindrični prostor, koji može menjati oblik promenom rasporeda linearnog i obrtni h kretanja. Visina radnog prostora je odreĎena veličinom linearne Z-ose i u praksi se kreće do 2.5 [m]. Maksimalni prečnik cilindra radnog prostora zavisi od rastojanja izmeĎu obrtnih zglobova, i može dostići veličinu do 5[m].
Slika 4.4.1 Kinematička struktura, struktura, ose i radni prostor zglobnih horizontalnih robota Pri mena mena zglobnih horizontalni h robota
Zglobni horizontalni roboti se najviše koriste u opsluživanju obradnih centara, CNC mašina alatki za obradu metala rezanjem, opsluživanju mehaničkih presa i drugih mašina za obradu metala plastičnom deformacijom. Koriste se i u višerobotskim tehnološkim ćelijama u simultanom radu sa drugim robotima, r obotima, gde obavljaju procese manipulacije obratkom. 4.5 Zglobni vertikalni roboti Kinematika zglobnog vertikalnog (slika 4.5.1) se zasniva na tri glavne rotacione ose, pri čemu je prva rotaciona osa oko vertikalne Z -ose, druga rotaciona osa horizontalne X-ose i treća rotaciona rotaciona osa oko horizontalne horizontalne Y -ose. Vertikalni zglobni robot ima uvek tri pomoćne rotacione ose koje omo gućavaju kretanje robotske glave, pa se nazivaju i ose glave robota.
Glava ovog robota se kteće u prostoru, pa se alat kreće random prostoru koji ima oblik izdužene sfere. Veličina radnog prostora zavisi od veličine zgobnih rastojanja, a u aksi se susreću zgobni verikalni sa spoljašnjim prečnikom sfernog radnog industrijskoj pr aksi prostora do 5.5 [m].
25
Slika 4.5.1 Kinematička struktura i ose zglobnog vertikalnog robota
Robotski sistemi obavlja tehnološke operacije adekvatnim alatom koji se postavlja na specijalni priručnik robotske glave. Svaki alat ima svoje konstrukcione i tehnološke specifičnosti u zavisnosti koje operacije izvršava. Robot može da radi samo sa jednim alatom, a može i da menja alate kako bi obavljao širi spektar operacija. Tehnološki proces se obavlja u radnoj zoni alata, koja se prostorno označava TCP (eng. Tool Center Point) tačkom. Kada se programira kretanje robotske glave npr. pri operaciji laserskog sečenja, programira se putanja TCP tačke. Zbog toga se TCP tačka uzima kao referentna za jednoznačno definisane putanje u radnom prostoru robota, a na osnovu geometrijskih parametara alata. alata. Pri mena mena zglobnih ve verti kalni h robota
Zahvaljujući svojoj kinematičkoj strukturi vertikalni zglogni roboti imaju najveću primenu u industriji u odnosu na sve druge vrste robota. Koriste se na montažnim linijama složenih proizvoda, koriste se za različite tehnološke operacije obrade metala (mehaničko čišćenje a, lasersko sečenje, elektrolučno i tačkasto zavarivanje), za operacije lepljenja, odlivak a, farbanja, pakovanja i manipulacije. manipulacije.
4.6 Hibridni roboti Hibridni ili kombinovani roboti predstavljaju kombinaciju linearnih i zglobnih robota, pri
čemu se najčešće prva glavna rotaciona osa mehaničkog sistema zglobnog robota pretvara u jednu upravljanju linearnu osu. Veličina kretanja u pravcu linearne ose definiše dužinu radnog prostora robota, a verikalna pozicija radnog prostora odreĎena je položajem traverze modula linearnog kretanja, kao kod linearnih robota. U zavisnosti od potrebnog oblika
radnog prostora traverza modula linearnog kretanja može biti u smeru bilo koje tri kordinatne ose. Ako je radni prostor orijentisan u horizontalnoj ravni, tada je najčešće Y osa, osa linearnog kretanja mehaničkog sistema zglobnog robota. Kod hibridnih robotskih struktura sa horizontalnom linearnom osom (slika 4.6.1), klizač u vertikalnoj ravni ima ulogu postolja zglobnog robota. Na klizaču se nalazi pogonski electromotor sa zupčanikom na izlaznom vratilu, spregnutim sa zupčastom letvom postavljenom postavljenom duž traverze modula linearnog kretanja. Masa mehaničkog sistema zglobnog robota zajedno sa pogonskim elektromotorima, opterećuje svom težinom traverzu na 26
savijanje i uvijanje, pa je neophodn o izvršiti optimalno dimenzinosanje linearnih voĎica i
odrediti njihov raspored duž traverze adekvatno tako složenom opterećenju. Za klizač je vezan mehanički sistem zglobnog robota sa ureĎajem za uravnoteženje mase u slučaju ekstremnih opterećenja u pozicijama maksimalnog udaljenja alata robota od postolja. Nosač kablova napajanja modula linearne ose je prilagoĎen za nošenje kablova napajanja alata robota, za nošenje pneumatičkih i hidrauličkih cevi za potrebe funkcionisanja alata robota i odvijanje tehnol oškog procesa koji alat obavlja.
Slika 4.6.1 Mehanički sistem hibridnog robota sa horizontalnom osom Pri mena mena hi bridnih robota robota
Hibridni roboti integrisani u fleksibilne tehnološke sisteme, mogu izvršavati funkciju postavljanja obradka na palete, pri čemu linearnim kretanjem menjaju radnu poziciju od jednog do drugog “bafera”. Pored toga veoma uspešno mogu opsluživati setovima pripremljenih alata magacine obradnih centara. U fleksibilnim tehnološkim sistemima za obradu metala deformaciom, hibridni roboti se primenjuju u manipulacionim procesima
izrade obradaka, a mogu se koristiti i za funkciju izmenjivača paleta.
27
MERNI CENTRI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM SISTEMIMA
5
Razvojem fleksibilnih tehnoloških sistema kao i tehnologija obrade paralelno se razvijao i merni sistem kontrole ostvarensti zacrtanih planova. Prve kordinatne merne mašine su se pojavile na tržištu 1965. godine, a prva merna mašina sa numeričkim upravljanjem proizvedena je 1975. godine. Proizvodnja mernih mašina spade u visoko specijalizovane specijalizovane tehnologije i danas u svetu postoji više proizvoĎača od kojih su najpoznatiji italijanska Mitutoyo, nemački proizvoĎači proizvoĎači Zeiss i Mauser. korporacija Dea, ja panska korpotacija Mitutoyo, Kompanija Mauser se meĎu prvima u Evropi specijalizovala za proizvodnju mernih sistema i automatizovanih mašina za merenje. Primena savremenih računarskih sistema je omogićila da se integriše meterološki i proizvodni process u FTS -u i da se primenjuju inteligentni metrološki sistemi na bazi procesiranja slike. Merni centri ne služe za merenje hrapavosti i kvaliteta obraĎene površine, jer za merenje ovih tehnološki karakteristika na obratku postoje druge metode i specijalni merni ureĎaji – profilometri, koji snimaju snimaju profil neravnina neravnina na obraĎenoj obraĎenoj površini. Merni centri imaju stabilnu noseću strukturu i višeosni kordinatni pogonski sistem sa nezavisnim pogonskim motorima za svaku kordinatnu osu, analogno mašinama alatkama sa CNC upravljanjem, stom razlikom što su pogonski sistemi mernih centara precizni, reda veličine ili čak Merni centri imaju sopstveni CNC upravljački sistem, koji se sastoji od hardverskog dela, analogno CNC upravljačkom sistemu mašina alatki, sa nešto drugačijom softverskom strukturom. Sistemski softver upravlja radom hardverskih modula upravljačkog sistema, a korisnički softver mernog centra ima dva glavna programska modula: • •
Program za upravljanje kretanjem merne glave mernog centra,
Program za očitavanje mernih vrednosti vrednosti i daljeg njihovog procesiranja radi geometrijske forme koja se meri (npr. izmene pozicije tri tačke definišu kružnicu i njen centar).
5.1
Struktura mernih centara
Merni centri poslednje generacije su modern merne mašine, koje poseduju stabilnu noseću strukturu i visoko precizan mehanički sistem sa CNC upravljanjem. S o bzirom na namenu, merni centri mogu biti različitih veličina radnog prostora i različitih kinematičkih struktura, koje su izvedene kao složeni mašinski sistemi sa nekoliko funkcionalnih celina celina (slika 5.1.1): •
•
•
Noseća struktura – ima
funkciju da neutrališe s ve sile u procesu merenja i da omogući tačno voĎenje pokretnih modula mernog centra, M ern i sistem istem – koji treba jednoznačno da identifikuje položaj pokretnih modula noseće strukture u odnosu na mernu tačku, Pogonski sistem – ima funkciju translatornog i r otacionog otacionog pokretanja noseće strukture i merne glave u odnosu na nepokretni merni sto na kome se nalazi obradak,
•
M er ni senzor – prvi – prvi
element mernog lanca, koji generiše merni signal srazmeran vrednosti merene veličine, odnosno detektovanoj sili u poziciji merenja i
28
•
CNC računarsko upravljački sistem – koji
obezbeĎuje programiranje, upravljanje komponentama, obradu signala i generisanje izlaznih izveštaja – mernih protokola o izmerenim vrednostima. vrednostima.
mernih centara može biti konzolne ili ram ne – portalne konstrukcije. Konzolna noseća struktura je zastupljena i kod horizontalnih i kod vertikalnih, a portalna noseća struktura je zastupljena samo kod vertikalnih mernih centara pri merenju delova velikih gabarita. U slučaju kada je neophodno obezbediti visoku tačnost merenja na velikim rastojanjima, portalna konstrukcija noseće strukture daje dodatu stabilnost mernom centru.
Noseća struktura
Slika 5.1.1 Funkcionalne celine mernog centra portalne noseće strukture
M ern i centar centar poseduje
visoko precizni merni sistem (slika 5.1.2) koji generiše električne signale dvostepenim uzastopnim konvertovanjem mernih veličina. Linearno pomeranje
pokretnog mernog lenjira u prvom stepenu se prevodi u promenu svetlosnog fluksa prema sinusnom zakonu. To se odvija pre ulaska signala u fotodekoder. Drugi stepen
konvertovanja se odvija pomoću sistema fotodekodera, kada se promena jačine svetlosti pretvara u pulsirajuću električnu struju – električni signal o izmerenoj vrednosti. Svaka kordinatna osa mernog centra ima svoj sopstveni merni sistem. Sistem fotodekodera se
sastoji od nekoliko fotoćelija paralelno postavljenih lenjirima sa inkrementalnim staklom. Takav položaj fotoćelije omogućuje identifikaciju smera kretanja pokretnog u odnosu na etni lenjir. Smer kretanja se identifikuje praćenjem redosleda osvetljavanja fotoćelija nepokr etni u fotodetektoru. fotodetektoru.
29
Slika 5.1.2 Merni sistem M ern i sistem istem sa mernim centrima si izvodi u sprezi sa pogonskim sistemom (slika 5.1.3).
Svaka kordinatna osa, pored mernog ima i nezavisan pogonski sistem koji se sastoji od
elektromotora jednosmerne struje i prenosnika. Kod većine mernih centara prenosnik je na principu beskonačne trake, na koju se postavlja pokretni lenjir sa inkrementalnom inkrementalnom skalom visoke rezolucije. Pokre tni lenjir se vezuje za klizač koji nosi pokretni modul mernog centra sa mernim senzorom. Za linearno kretanje klizača postavljene su visoko precizne voĎice na postolju mernog mernog centra. M er ni senzor na
bazi merne sile stvara električni signal za upravjački sistem, na osnovu
koga reaguje modul za upravljanje pogonima i zatvara regulacionu petlju. Sklop mernog
senzora se sastoji od senzorskih senzorskih elemenata, elemenata, mernog pipka, pipka, nosača senzora senzora i priključka priključka mernog senzora za merni centar.
Slika 5.1.3 Inkrementalni merni sistem mernog centra za merenje linearnih rastojanja
Merni senzor (slika 5.1.4) je prilagoĎen za fino merenje slike koja nastaje dodirom mernog pipka sa obratkom i najčešće se izvodi na induktivnom induktivnom principu (koji omogućava “scanning” – kontinualno – kontinualno praćenje konture obratka). Merni senzor je integrisan sa optičkim enkoderom (koji je pogodan za merenje pomeranja).
Slika 5.1.4 Princip rada induktivnog mernog senzora mernog centra: a) položaj kada merni pipak nije u kontaktu sa obratkom , b) položaj b) položaj kada je merni pipak na na obratku
Merni senzor detektuje kontakt mernog pipka sa površinom obratka po principu tzv. kontaktnih senzora, kod kojih se pri dostizanju odreĎenog skretanja mernog pipka ili unapred definisanog stanja dodira (npr. definis ana sila dodira stvara odreĎeni signal “tigger” signal – signal okidanja) za očitavanje pozicije mernog sistema na osama merene mašine. Osnovna funkcija kontaktnog senzora mernog centra, je uspostavljanje ili prekidanje 30
elektromotorne sile u strujnom kolu u trenutku dodira mernog pipka sa obratkom, čak i pri silama dodira manjih 0.01[N].
Kada doĎe do kontakta mernog pipka sa obratkom javlja se sila reakcije, koja vrši deformaciju kontaktnog mehanizma merne glave, a na osnovu koje se prekida električno kolo.
U poslednje vreme sve više su u primeni senzorski sistemi (slika 5.1.5) za bezkontaktno očitavanje merne pozicije na obratku. Merna glava umesto mernog pipka ima optički sistem sa svetlosnim ili laserskim zrakom koji pada na mernu tačku na obratku i vrši vr ši njeno precizno pozicioniranje pozicioniranje u kordinatnom kordinatnom sistemu mernog mernog centra.
Slika 5.1.5 Merni senzori CNC računsko upravljački sistem ima funkciju upravljanja kretanjem po svim kordinatnim osama i omogućuje softversku podršku za programiranje operacija meren ja, generisanja
mernih protokola i komunikaciju sa “cell” kontrolerom u slučaju odstupanja od zadatih mera i tolerancija. Softver upravljačkog sistema mernih centara se sastoji od sistemskog softvera i korisničkog - aplikativnog metrološkog softvera. Korisnički softver je razvijen na osnovu principa da je obradak obradak koji se meri odreĎen idealnom idealnom – nominalnom i realnom geometrijom. – inspekcije, kordinatni metrološki sistem generišući kordinate mernih U procesu merenja – inspekcije, tačaka na površinu obratka, stvara njegovu realnu geometriju. Tolerancije dužina, oblika, položaja i uglova obratka se opisuju preko elemenata idealne geometrije, a njihova stvarna vrednost se odreĎuje ili kontroliše, odnosno uporeĎuje sa nominalnim – zadatim vrednostima. 5.2
Programiranje mernih centara
Skoro svi roizvoĎači mernih centara imaju sopstveni programski sistem za programiranje, ali u osnovi svi se zasnivaju na dva programska sistema koji se najviše koriste: •
NCMES (eng. Numerical Controlled Masuring and Evulation System), softver razvijen u saradnji istraživačkih institucija univerziteta i visokih škola (Institut fur Sreuerungstechnik – Universitat Stuttgart i RWTH – Aachen), proizvoĎača i
korisnika CMM mernih mašina u Nemačkoj. Nemačkoj. •
SCAI (eng. Software Controllo Automatico Inspector) softver, razvio italijanski
proizvoĎač NC mernih mernih mašina Olivetti. Olivetti. NCMES je prvi jezik za programiranje NC mernih mašina, razvijen je po inženjerskoj analogiji programiranja NC mašina alatki, a na bazi A PT-a. NCMES ima strukturu koja omogućuje kompletno izvršenje mernih operacija u FTS -u: o Opšte instrukcije (slova, 31
brojevi, specijalni znaci), definisanje naziva mernog programa, tip mernog centra, naziv postprocesora NC upravljačkog upravljačkog sistema sistema i drugi osnovn osnovn i podaci, o Instrukcije za geometrijski opis obratka (geometrija), o Instrukcije za kretanje mernog senzora (kinematika), o Merne- izvršne instrukcije, o
Instrukcije za ocenu (razlika izmeĎu geometrijskog opisa i izmerenih vrednosti) karakteristika kvaliteta obrade.
Oblik obratka, tehnološke i metrološke baze način kotiranja crteža predstavljaju parametre za izbor položaja obratka na mernom stolu i kordinatnog sistema merenja. Pri tome treba imati u vidu: •
•
Osnovno pravilo izbora kordinatnog početka koji se bira tako da kordinatni početak bude tehnološka tehnološka baza, metrološka i početak početak kotiranja kotiranja i Osnovno pravilo odreĎivanja kordinatnog sistema merenja, koje se odreĎuje tako da se referentni geometrijski elementi uravne u prostoru i u ravni (pravilo “tri nulte tačke”).
Programiranje mernih centara podrazumeva niz aktivnosti koje je neophodno realizovati, da bi se sprovelo merenje i generisao izveštaj merenja – merni merni protokol (slika 5.2.1). Program merenja se izvodi prema upustvu proizvoĎača mernog centra ili pr ema konkretnim potrebama tehnološkog tehnološkog procesa u FTS FTS -u. Program merenja obuhvata: •
Specifikaciju merne opreme (mere glave, držači mernih senzora i mernih pipaka) – koja se definiše na osnovu korisničke dokumentacije proizvoĎača mernog centra, a za potrebe svake operacije merenja,
•
•
Tehničke informacije – sadržaj programa merenja obuhvata: plan postavljanja obratka, plan mernih senzora, programski list merenja i upravljački program, Organizacione informacije – redosled i prioritet merenja na osnovu tehnološkog procesa u FTS-u, a u skladu sa upravljačkim programom “cell” kontrolera.
Slika 5.2.1 Postupak generisanja mernog protokola
Merni programski list opisuje upravljački program na tehnološki način putem instrukcija, koje su napisane u programskom jeziku, koji je prirodni jezik korisnika. Nekada se izostavlja izrada mernog programskog lista, već se odmah prelazi na izradu upravljač kog 32
programa, što otežava kasnije kasnije intervencije bilo koje koje vrste na upravljačkom program, program, jer on u specijalnom kodu koji očitava postprocesor NC upravljačkog sistema mernog centra. Upravljački program – sadrži – sadrži podatke kojima je definisana putanja mernih pipa ka u procesu merenja.
Procedure merenja linearnih kružnih dimenzija, procedure ravanskih i prostornih merenja skeniranja i baždarenja mernih glava propisane su grupom standard ISO 10360. Danas veliki broj CAM sistema, pored toga što omogućavaju automatsk o generisanje NC koda za proces obrade, omogućuje i automatsko generisanje upravljačkih programa za operacije merenja, što značajno olakšava projektovanje mernih procesa u FTS -u. Osim toga svi merni centri su opremljeni CNC upravljačkim sistemom sa aplikat ivnim softverom koji omogućuje integraciju sa CAD/CAM sistemima i automatsko generisanje mernog programa i mernih protokola. Najpoznatiji multi CAD softverski paketi za merenje su Metrolog XG, Calypso, Holos i CAPPS koji obuhvataju standardne CAD formate : IGES, VDAFS, SET, UNISURF, UNISURF, STEP i formate najpoznatijih CAD softverskih paketa: CATIA, ProENGINEER,
Parasolid i drugih. Ovi softverski paketi omogućavaju da se pored postupka merenja izvodi i postupak skeniranja, čime se automatski odreĎuju kordinate u tačkama prostorno složenijih površina, što je značajno značajno kod prenosa prenosa oblika sa modela modela na obradak. Postupak pri korišćenju softverskih paketa za merenje na mernim centrima u principu se odvija kroz nekoliko faza: Otvaranje CAD fajla i preuzimanje parametara sa tolerancijama, Definisanje geometrijskih elemenata(ravni, cilindara), Kalibracija mernog senzora kojim se operacija merenja izvodi, Definisanje parametara izlaznog mernog izveštaja.
6
MERNI SISTEMI I SENZORSKA TEHNIKA
Signali mernih sistema i senzora se koriste kao ulazi računarsko upravljačkih sistema, na osnovu kojih se realizuje upravljački algoritam kroz izvršavanje aplikativnog programa. Danas u svetu postoji veliki broj proizvoĎača mernih sistema i senzora svih vr sta, dimenzija i konstrukcijskih rešenja (Omron, Balluff, Simens, Allen i dr.). Kod sistema fleksibilne automatizacijeje najvažnije pravilno odrediti merni sistem, koji će zadovoljiti funkcionalne zahteve obradnog centra ili robotskog sistema, ili optimaln o definisati senzor koji će adekvatno reagovati na promenu stanja u tehnološkom procesu. 6.1
Merni sistemi
Ovi sistemi na obradnim centrima se ugraĎuju na module koji izvode glavna ili pomoćna kretanja, tako da svaka NC- osa koja ima sopstveni pogonski sistem i sistem voĎenja ima i sopstveni merni sistem, koji služi za direktno ili indirektno merenje pozicija a lata u odnosu na obradak tokom obradnog procesa. Integrisan merni sistem na obradnim centrima,
omogućuje povratnu spregu zatvorenog sistema NC upravljanja relativnim kretanjem alatau odnosu na obradak (slika 6.1.1), što omogućava izradu mašinskih delova visoke tačnosti i kvaliteta obraĎene površine. 33
Slika 6.1.1 Merni sistem u zatvorenom ciklusu NC upravljanja
Merenje pozicije alata tokom obradnog procesa, može biti direktno ili indirektno pa analogno načinu merenja postoji direktni i indirektni merni sistem. Direktni merni sistem je tako postavljen da se pomeranjem pokretnog modula direktno pomera i merni lenjir ili čitač mernog sistema i tako očitava trenutna poziija. Indirektni merni sistem se postavlja
na vratilu elektromotora ili na kugličnom zavojnom vretenu, pa se na indirektan način merenjem obrtnog kretanja vretena odreĎuje pozicija linearnog kretanja pokretnog modula.Merni sistemi se koriste za merenje kako linearnih tako i rotacionih kretanja na obradnim centrima, s tim što se za linearna mere nja kao direktni merni sistem koriste merni
lenjiri, a za merenje rotacionih se koriste rotacioni merni sistemi. Prema načinu aktivizacije mernog signala, merni sistemi mogu biti analogni i digitalni. Enkoderi predstavljaju novu generaciju mernih instrumenata u odnosu na induktsione induktsione i
rezolvere.Princip identifikacije identifikacije veličina pomeraja pokretnog modula u odnosu na nepokretni modul kretanjem iz jedne u drugu, koji se primenjuje u mernim sistemima, može biti (slika 6.1.1) inkrementalni i apsolutni. U zavisnosti od metoda identifikacije rastojanja, postoje inkrementalni inkrementalni i apsolutni merni sistem.
Slika 6.1.1 Funkcionalni princip inkrementalnog i apsolutnog mernog sistema Kod inkrementalnog mernog sistema, rastojanje se identifikuje kroz brojanje inkrementenata odreĎene veličine (∆S) čemu se dužina ikrementa množi sa brojem inkremenata (n) i tako dobija merena veličina (X). Kod apsolutnog mernog sistema, merni disk ili merni lenjir je uraĎen sa višekanalnom skalom sa Gray -ovim ili BCD kodom, da se očitava apsolutna
vrednost pozicije sa mernog lenjira na avakom mestu u kome se naĎe pokretni modul obradnog centra sa čistačem. 34
6.2
Enkoderi
Enkoderi su merni sistemi koji služe prvenstveno za merenje linearnih i kružnih kretanja na obradnim centrima, robotskim si stemima i drugim mašinskim sistemima kod kojih je neophodno merenje rastojanja i brzine pri kretanju pokretnih modula. Postoje enkoderi za – kružnih pomeraja i enkoderi za merenje dužine – u slučaju translatornih merenje uglova – kružnih kretanja. Oba tipa enkodera mogu biti sa apsolutnim i inkrementalnim principom merenja. Apsolutn Apsolutn i enkoderi enkoderi
Apsolutni enkoderi za merenje kružnog kretanja (slika 6.2.1) sastoje se od statora i obrtnog diska, koji imaju kodirane ugaone vrednosti u vidu različitih kombinacija proreza – segmenata na koncentričnim stazama rasporeĎenih od periferije prema centru. Ako apsolutni enkoder ima osam kanala on će identifikovati 256 različitih pozicija. Izvor svetlosti deluje na svaki koncentrični kanal i pri pomeranju obrtnog diska u odnosu na referentni položaj, stvara se impuls na fotodekoderu prema Gray-ovom ili BCD kodu, koji odgovara uglu zaokretanja. Preciznost merenja je u zavisnosti od rezolucije enkodera.
Slika 6.2.1 Funkcionalni princip apsolutnog četvorobitnog enkodera za merenje ugla
Postoje takoĎe i apsolutni enkoderi za merenje linearnog kretanja.
I nkr ementalni mentalni enkoderi nkoderi
Inkrementlni enkoderi za merenje kružnog kretanja (slika 6.2.2) se razlikuju od apsolutnih uglavnom po principu identifikacije ugaone merne veličine. Inkrementalni enkoderi imaju obrtni disk sa dve kružne inkrementalne skale na obodu. Te dve skale predstavljaju i dva kanala fazno pomerena za ugao
, i to jedna skala kanal A i drugi kanal B. Broj
inkremenata može biti različit, pri čemu veći broj inkremenata obezbeĎuje veću rezoluciju. Čitač sa svetlosnim i fotodekoderom stvara naponske linije na oba kanala, pri čemu svaki impuls predstavlja jedan ug aoni inkrement obrtnog diska. U zavisnosti od klase tačnosti rezolucija inkrementalnog enkodera može biti u interval 250 -2500 impulsa po okretanju. Brojanjem inkremenata se identifikuje veličina kružnog kretanja koje izvodi obrtni modul.
35
Slika 6.2.2 Inkrementaln I nkrementalnii encoder za merenje ugaonog kretanja
Postoje takoĎe i inkrementalni inkrementalni enkoderi za merenje linearnog linearnog kretanja. 6.3
Senzorska tehnika
Senzori su elementi koji služe za dobijanje signala signala kao nosilaca informacije o stanju u fleksibilnom tehnol oškom sistemu, u kome je automatizovan upravljački sistem. Informacije o odreĎenom dogaĎaju u sistemu se generišu merenjem karakterističnih fizičkih veličina i identifikaciom odreĎenih stanja, koja karakterišu tehnološki proces. Senzori mogu biti izvedeni kao davači primarni osetljivi elementi koji pretvaraju fizičku veličinu u neku drugu koja je pogodnija za merenje, transĎuseri – koji pretvaraju identifikacionu fizičku veličinu u električni signal i transmiteri – merni pretvarači, koji pretvaraju fizičku veličinuu standardni signal. Fotoelektrični i optički senzori
Fotoelektrični senzori se primenjuju u slučaju kada treba detektovati neki objekat u odreĎenoj zoni tehnološkog sistema. Ovi senzori imaju predajnik kao svetlosni izvor emituje svetlosni snop usmeren kroz odreĎeni prostor i prijemnik koji ga detektuje. Senzori Senzori za vizue vi zuell no pr epoz epoznavan navanjj e
Senzori za vizuelno prepoznavanje ili “vision” sistemi primenjuju se za vizuelnu kontrolu u tehnološkom procesu FTS -a. Koriste se najčešće za prepoznavanje obradaka iz iste familije delova koji se istovremeno obraĎuju u FT S-u, kako bi se sistem upravljanja prilagodio tehnološkim specifikacijama svakog konkretnog obratka.
36
7
UPRAVLJAČKI SISTEMI U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM SISTEMIMA
Upravljački sistemi u fleksibilnim u FTS -u obuhvataju industrijske računare i kontrolere koji upravljaju na više nivoa, svim funkcija proizvodnog sistema. Obradni centri imaju CNC upravljački sistem, radom robotskih sistema upravljaju RC kontroleri a transportnim sistemom upravljaju PLC kontroleri.
CNC upravljački sistem CNC upravljački sistem je specijalizovani računarski sistem, koji obezbeĎuje korisnički rad
7.1
u pogledu interaktivnog projektovanja NC tehnologije, automatskog generisanja NC
programa i izvršavanja NC koda, koji upravlja kretanjima pokretnih modula obradnog centra omogucuje DN C (eng. Distributed Numerical Control) komunikaciju sa računarskim sisitemom ovog ili višeg nivoa upravljanja i obezbeĎuje podatke tehničke dijagnostike obradnog procesa. Broj upravljivih NC- osa je osnovna karakteristika kapaciteta NC upravljačkog sistema . NC upravljanje se odnosi uglavnom samo na upravljanje relativnim kretanjem alata u odnosu na
obradak, na osnovu upravljačkog skupa strogo formalizovanih instrukcija u NC program, dok je CNC koncept dosta savremeniji sistem upravljanja, proširen velikim b rojem korisničkih funkcija, koje omogućuju savremeni računarski sistemi i PLC kontroleri integrisani sa CAD/ CAM radnim stanicama, serverima i “cell” kontrolerom. U oba slučaja relativno kretanje alata u odnosu na obradak se ostvaruje izvršenjem NC programa, koji se kod NC sistema ručno ispisuje prema standardnoj sintaksi, a kod CNC sistema postprocesora generator automatski generiše programski NC - kod, a na osnovu direktnog preuzmanja geometrijskih i tehnoloških parametara obratka iz CAD/CAM sistema. CNC sistem poseduje softverski i hardverski deo hardverski deo obično čine : operator panel LCD, control panel, PLC kontroler, Modul za digitalno upravljanje. CNC
upravljački sistem je računar industrijskog tipa, čiji je hardver projektovan za rad u realnim industrijskim uslovima. Softverski deo CNC upravljačkog sistema obuhvata mrežni operativni sistemi nekoliko korisničkih modula.
Hardverska arhitektura CNC upravljačkog sistema Kompletna hardverska struktura CNC upravljačkog sistema (slika 7.2.1) obuhvata nekoliko
7.2
hardverskih modula, koji svaki za sebe predstavlja funkcionalnu celinu: •
PC računar industrijskog tipa – sa – sa matičnom pločom, procesorom i memorijom,
•
MCI (eng. Motion Control Interface) interfejs, za upravljenje pogonima NC-osa. Operator panel,
•
Ručni operator panel i modul za NC programiranje,
•
• • •
•
Kontrol panel obradnog centra, Modul digitalnog sistema upravljanja pogonima, Ulazno/izlazni moduli i UPS (eng. Uninterruptible Power Supply) sistemi, moduli neprekidnog električnog napajanja.
37
Ovakvi sistemi sadrže savremene komponente i stalno se unapreĎuju, neke od tih komponenti su mikroprocesorski sistemi, hard disk, memorija, ekspanzioni i deljivi ISA/PCI ekspanzioni slot.
Ovakav računarski sistem poseduje veliki broj interfejsa poput: paralelnog interfejsa, serijski interfejs, interfejs za infrastrukturu, interfejs za miša, MPI/Profibus interfejs i LVDS interfejs.
Slika 7.2.1 Hardverska struktura CNC upravljačkog sistema
Savremeni CNC upravljački sistemi imaju pored glavnog i prenosivi ručni operator panel i dodati modul za programiranje, koji se koriste u slučaju intervencije u pogonu u toku proizvodnje. Ovi upravljački sistemi se nazivaju i često moduli sa zatvorenom petljom u kojima se ostvaruje funkcionalno složena komunikacija u realnom vremenu i to ciklična, bočna komunikacija, komunikacija, aciklična. aciklična. Sve hardverske komponente jednog CNC upravljačkog sistema su kompatabi lne i njihov izbor zavisi od toga kako je obradni centar integrisan u FTS i kako je postavljen sistem upravljanja po nivoima.
Softver CNC upravljačog sistema Softver CNC upravljačkog sistema se sastoji od sistemskog i aplikativnog sosftvera. Sistemski softver – operativni sistem CNC-a, mora biti sposoban za „real time“ funkcionisanje i najčešće se koriste MS Windows NT najnovije modifikovane verzije.
7.3
Aplikativni Aplikativni softver CNC-a se sastoji od nekoliko softverskih paketa: •
• •
• • •
• •
Softver za startovanje CNC-a, NC softver, Dodatni softver, HMI (eng. Human Machine Interface),
Softver za korisnički interfejs, SinuCom NC, SimoCom U, PLC softvare.
38
Osnovne funkcije koje izvršava NC softver su: fleksibilno strukturiranje kanala, dinamičke funkcije, programabilni odziv, slobodno programiranje, slobodna selekcija, optimalna interpolacija, kinematičke kinematičke transformacije, kompenzacije, merne funkcije po kanal ima.
CNC upravljački sistem ima poseban softver za startovanje CNC sistema, startovanje pogonskih sistema – elektromotora, upravljačkih i kontrolnih signala, servis podataka, „backup“ podataka i sistem dijagnostike. Osnovni sistem start CNC -a obuhvata ukl jučivanje jučivanje upravljačkog sistema sa svim instalisanim modulima, startovanje sistemskog softvera i parametrizacija NC-a i PLC-a sa definisanjem „default“ vrednosti, prvi test i simulaciju kretanjapo NC-osama obradnog centra. Za dijagnostiku pri radu CNC upra vljačkog sistema, postoji softverski paket koji se instališe na posebnom PC računaru, koji predstavlja kontrolno – nadzorni i sigurnosni sistem. Osnovne funkcije za dijagnostiku su: kontrola procesa, modul za prenos, transfer fajlova, i
sistem zaštite i preventivnog obezbeĎenja. obezbeĎenja. Mrežni sistem CNC upravljačkog sistema omogućuje rad si dijagnostiku na daljinu, i čini ga distribuiranim upravljačkim sistemom. Može se ostvariti mrežni rad CNC -a i njegova integracija sa drugim računarskim sistemima na više način a. 7.4
PLC kontroleri
PLC (eng. Programmable Logic Controller) kontroleri, kao univerzalni upravljački sistemi, koriste se za upravljanje magacinom alata, izmenjivačem alata, izmenjivača paleta, radom hidrauličkog i pneumatičkog sistema, funkcionisanjem zašt itne kabine obradnog centra i automatskog centralnog transportnog sistema FTS-a. PLC kontroleri su savremeni
mikroprocesorski upravljački sistemi koji obezbeĎuju fleksibilnu automatizaciju proizvodnih sistema i omogućuju da se povećanjem fleksibilnosti fleksibilnosti obezbedi zadovoljavajuća produktivnost. produktivnost.
Savremeni PLC kontroleri su ureĎaji modularnog tipa na bazi mikroprocesorske tehnologije, tehnologije, koji mogu upravljati brzim i složenim procesima u različitim industrijskim oblastima primene. Prema standard standard CEI IEC 1131-1 definicija PLC kontrolera glasi: “PLC kontroler je digitalni elektronski sistem, projektovan za upotrebu u industrijskom industrijskom okruženju, koji koristi programabilnu memoriju za interno čuvanje korisničkih orijentisanih instrukcija, za implementiranje odreĎenih logičkih, sekvencijalnih, brojačkih, vremenskih i aritmetičkih funkcija, za kontrolu različitih tipova mašina ili procesa putem digitalnih ili analognih ulaza i izlaza. PLC kontroler je savremeni računarsko upravljački sistem koji ima sledeća karakteristična sv ijstva: •
•
Modularna konstrukcija kontrolera, čime se postiže zamenjivost modula i konfigurisanje sistema na osnovu potreba konkretnog upravljačkog upravljačkog procesa. Standardni ulazno/izlazni moduli koji pružaju mogućnost direktnog povezivanja sa analognim ili digitalnim ulazno/izlaznim ulazno/izlaznim signalima bez dodatnih kola i releja.
•
Opremljenost prenosnim ureĎajima u cilju povezivanja sa kontrolerima radi njihovog programiranja u pogonu pogonu ili praćenja praćenja procesa kojim se upravlja. upravlja.
Struktura PLC kontrolera (slika 7.3.1) se sastoj i od nekoliko integrisanih modula, pri čemu
svaki od njih predstavlja zasebnu funkcionalnu celinu, koja može biti izvedena na različite načine sa različitim funkcionalnim karakteristikama. karakteristikama. PLC se sastoji od:
39
•
Modul za napajanje, Centralno procesorskog modula sa memorijom, Ulazno/izlaznih Ulazno/izlaznih modula,
•
Komunikacionog modula za umrežavanje i module za dodatne funkcije,
•
Sistem za programiranje.
• •
Slika 7.3.1 Logička struktura PLC kontrolera
Najstariji i najčešće korišćeni jezik za p rogramiranje PLC kontrolera je LAD dijagram (“leder dijagram”), koji podseća na relejne šeme i njega se još uvek ne odriču i najpoznatiji proizvoĎači PLC kontrolera, iako danas postoje tekstualni programski jezici koji daju visok nivo konfora pri programiranju.
8
KONFIGURACIJE FLEKSIBILNIH TEHNOLOŠKIH SISTEMA
Konfiguracije FTS- a podrazumeva raspored obradnih centara, robotskih sistema, mašina za pranje obradaka, mernog centra, automatskog automatskog transportnog sistema, bafera za odlaganje obradaka, pripremnih mesta i drugih integrisanih sistema u proizvodnom prostoru. Postoje
dve osnovne konfiguracije konfiguracije fleksibilnih tehnoloških tehnoloških sistema: • •
FTS sa linijskim transportnim sistemom FTS sa slobodnim transportnim sistemom
8.1 FTS sa linijskim transportnim sistemom Konfiguracija FTS- a sa linijskim transportnim sistemom
može biti izvedena sa obradnim centrima rasporeĎenim sa jedne ili sa obe strane transportnog sistema (slika 8.1.1). Raspored obradnih centara, sa jedne strane transportnog sistema se koristi kod manjih FTS-a, za
izradu malog broja različitih obradaka. Kada su obradni centri sa jedne strane, tada su najčešće baferi za odlaganje paleta i pripremna mesta alata i obratka sa druge strane transportne staze.
40
Slika 8.1.1 Deo konfiguracije FTS-a sa linijskim šinskim linijskim šinskim transportnim transportnim sistemom, sistemom, jednostranim rasporedom rasporedom obradnih obradnih centara i manuelnom manuelnom pripremom alata alata
FTS sa linijskim transportnim sistemom u slučaju većeg broja obradnih centara, robota, mašina za pranje i mernog centra, zasniva se na obostranom rasporedu mašinskih sistema u odnosu na transporntu stazu (slika 8.1.2). Obradni centri su rasporeĎeni sa obe strane transportne staze, a na prostoru izmeĎu paletnih izmenjivača postavljeni su “baferi” za odlaganje paleta. Dvostrani raspored obradnih centara je kompaktniji, pa je potreban manji
broj “bafera” nego u slučaju jednostranog rasporeda. Pripremna mesta se takoĎe postavljaju postavljaju sa ove strane transportne staze u zavisnosti od proizvodne hale u kojoj se FTS nalazi.
Glavna vretena obradnih centara su u slučaju linijskog transportnog sistema okrenuta uvek prema transportnoj stazi. X-osa obradnih centara je paralelna sa transportnom stazom, tako
da su izmenjivači paleta paleta usmereni prema prema prema AGV vozilu koje se kreće u oba smera duž transportne staze, kako bi se najjednostavnijim linijskim kretanjem izvršilo preuzimanje paleta sa transportnog transportnog sistema i uvoĎenje uvoĎenje u ra dni prostor prostor obradnih centara.
Slika 8.1.2 Konfiguracija FTS-a FTS- a sa linijskim šinskim transportnim sistemom i obostranim rasporedom obradnih centara
41
8.2 FTS sa slobodnim transportnim sistemom Ukoliko je potrebno da iz bilo kojih razloga obradni centri b udu postavljeni izmenjivača paleta primenjuje primenjuje se koncept sa pravcima -osa, kao i osa izmenjivača
sa različitim slobodnim transportnim sistemom (slika 8.2.1). Slobodni transportni sistem omogućuje dosta fleksibilnije kretanje AGV vozila izmeĎu obradnih centara u razn im pravcima i smerovima, kako bi se vozilo pozicioniralo ispred izmenjivača paleta svakog obradnog centra paralelno
X-osi, u odnosu na linijski transportni sistem.
Slika 8.2.1 Deo konfiguracije FTS-a sa slobodnim transportnim sistemom
Transportni sistem ima funkciju, da specijalnim programabilnim vozilom raznosi palete transportnom stazom unutar FTS-a.
AGV za šinski transportni sistem Šinski transportni sistem može biti linijski, kod koga AGV dolazi u zaustavnu poziciju pravolinijskim pravolinijskim kretanjem u je dnom i drugom smeru, ili kružni u kome AGV može doći u zaustavnu poziciju i jednosmernim kretanjem. Konstrukcijsko rešenje vozila za šinski transportni sistem (slika 8.3.1) u FPS-u, najčešće se izvodi na bazi pretvaranja obrtnog 8.3
kretanja elektromotora u pravolinijsko kretanje vozila prenosnim sistemom u kombinaciji
zupčanika na vratilu elektromotora i ozubljenje letve postavljene duž transportne staze. Ozubljena letva može biti postavljena uz vodeću šinu ili po šredišnjoj osi izmeĎu šina. Brzina kretanja AGV-a se reguliše frekventnim invertorom pogonskog elektromotora. Pri kretanju AGV nosi kablove električnog napajanja i kablove upravljačkih signala na posebnom nosaču duž transportne staze. AGV za šinski transportni sistem se upravlja PLC povezan sa “cell” “cell” kontrolerom. kontrolerom, koji je u računarskoj mreži povezan
42
Slika 8.3.1 Linijski transportni sistem i AGV sa dva paletna mesta
8.4 Induktivno voĎeni AGV Slobodni transportni sistem u FTS- u se zasniva na induktivnom, laserskom ili bežičnom daljinskom upravljanju AGV- om (slika 8.4.1). Transportna staza je postavljena izmeĎu obradnih centara i pripremnih mesta u podu proizvodne hale na svim pravcima na kojima se tokom tehnološkog procesa može naći potreba za kretnje AGV -om. Na zaustavnim mestima nalaze se senzori koji omogućuju dovoljno precizno pozicioniranje AGV -a prema
izmenjivačima paleta i pripremnim mestima. AGV sa induktivnim upravljanjem upravljanjem funkcioniše na principu dejstva elektromagnetnog polja oko provodnika u podu na dva kalema sa
namotajima, u kojima se indukuje električna struja. Provodnik u podu je postavljen u osi transportne staze i povezan ja sa frekventnim generatorom koji stvara magnetno polje oko provodnika. Na anteni u kućištu AGV -a simetrično su postavljeni dva kalema, pri čemu jedan na desnoj a drugi na levoj levoj strani u odnosu na transportnu transportnu stazu. Elektromagnetno Elektromagnetno polje indukuje električni napon na kalemima koji se može identifikovati i čija je vrednost
srazmerna snazi dejstva magnetnog polja. Razlike električnog napona izmeĎu kalemova stvara upravljački signal, koji pomoću kontrolera pojačava i šalje pogonskom sistemu za promenu pravca kretanja kretanja u jednom jednom ili drugom smeru. smeru. Karakteristika induktivno voĎenog AGV -a je sistem bežične komunikacije gde se pomoću TCP/IP protokola računarske mreže FTS -a prenose upravljačke komande za izvoĎenje
kretanja, obavljanje transportnih zadataka, pozicioniranje u zadatim zaustavnim tačkama, promenu kretanja kretanja transportnom stazom stazom u drugom pravcu.
Slika 8.4.1 Princip rada AGV-a AGV- a sa induktivnim vođenjem 43
8.5
Savremene konfiguracije agilnih FTS-a
Agilne ili tehnologije brzog dejstva se danas najviše primenjuju u automobilskoj industriji, jer omogućavaju višestruko višestruko smanjenje vremena i troškova proizvodnje proizvodnje u odnosu na klasične tehnologije. Kompanija MAG Powertrain razvila je dvovreteni obradni centar tipa Specht 550 DUO (slika 8.5.1) sa snagom pogonskih motora glavnih vretena 2 × 25 [KW], is a brojem obrtaja do 1600 [o/min]. Pomoćna linija kretanja u pravcima X, Y, Z -ose se izvode pomoću linearnih motora brzinom 60 [m/min] i sa tačnošću pozicioniranja pozicioniranja 0.0001 [mm].
Obradni centar Specht 550 DUO ima dva obrtna cilindrična cilindrična nosača palete palete prečnika 600 600 [mm], lančasti magacin sa 85 alata, izmenjivač sa brzinom izmene alata od 1 sekunde, odnosno “chip -tochip” 2.8 sekundi. Izmenjivač paleta vrši izmenu obradak a u vremenu od 11 sekundi. Sve ove karakteristike ukazuju da obradni centar Specht 550 DUO spade u
najvišu klasu obradnih sistema koji se danas proizvode u svetu.
Slika 8.5.1 Dvovreteni obradni centar kompanije MAG Powertrain, tip Specht 550 DUO
Horizontalni obradni centar sa izmenjivačem paleta kompanije MAG Powertrain, tipa XS 321 (slika 8.5.2) ima linearne motore kao pogonske sisteme linearnih pomoćnih kretanja. Modul glavnog vretena izvodi linearna kretanja u pravcu X,Y,Z-osa brzinom do 60 [m/min],
sa brojem obrtaja do 1600 [o/min] i tačnošću pozicioniranja 0.0001 [mm]. Dobošasti magacin alata može biti sa 20 ili 40 gnezda. Izmenjivač paleta veličine 630 × 630 [mm], vrši automatsku izmenu obratka za 9 sekundi, izmenjivač alata vrši izmenju “chi p-to-chip” za 3.8 sekundi.
Slika 8.5.2 Horizontalni obradni centar sa izmenjivačem paleta , MAG Powertrain tip XS 32 44
9
TEHNOLOGIJA ZA FLEKSIBILNE TEHNOLOŠKE SISTEME
Optimalan tehnološki proces u klasičnom proizvodnom sistemu, nastaje kao rezultat optimalnog izvoĎenja pojedinačnih tehnoloških operacija tokom izrade svakog obradka prema multi funkcionalnim funkcionalnim zavisnostima izmeĎu mašine alatke, materijala obratka, alata i elemenata režima obrade. Kod tehnoloških procesa u FTS -u to nije slučaj, jer su pored funkcionalnih veoma bitne i proceduralne zavisnosti. Optimizacija tehnološkog procesa u FTS-u bazira se na mnogo složenijem modelu, jer proizvodnja u FTS -u ima specifičnosti u odnosu na proizvodnju u klasičnom proizvodnom proizvodnom sistemu. 9.1
NC programiranje obradnih procesa u FTS-u
Relativno kretanje sečiva alata po konturi obratka u obradnom procesu izvodi se izvršavanjem NC programa od strane CNC upravljačkog sistema. NC program sadrži sve instrukcije za odvijanje procesa rezanja i kao takav on je nosilac tehnolo škog znanja projektanta tehnologije. tehnologije. NC program se može uraditi na različite načine ali svaki se zasniva na korišćenju tri metodologije: metodologije: Manuelno NC programiranje u kome se manuelno tj. ručno ispisuje programski NC kod, prema standardnoj sintaksi koja odgovara postprocesoru NC upravljačkog sistema obradnog centra,
NC programiranje primenom primenom simboličkih programskih programskih jezika jezika (APT,NEL...), Automatsko generisanje NC koda,
kao postprocesorska postprocesorska operacija nekog od CAM
softverskih sistema u kome je izvršeno geometrijsko modeliranje obradaka, ili preuzimanje standardnog grafičkog formata od nekog CAD softverskog paketa za 3D modeliranje. adioničkog crteža je prva faza u izradi NC programa (slika 9.1.1). Posle detaljne Analiza r adioničkog analize radioničkog crteža, metodologija izrade NC programa odvija se kroz izradu plana stezanja, plana obrade, plana alata, plana pripreme alata i popunjavanja programskog lista za
slučaj manuelnog NC programiranja, ispitivanje programskih instrukcija za slučaj programiranja u nekom programskom programskom jeziku, odnosno odnosno automatskog generisanja generisanja NC koda na
osnovu geometrijskog modela obradaka kod korišćenja CAM sistema. Planom stezanja se najpre odredi koliko je stezanja potrebno za kompletnu obradu, a zatim
za svako stezanje se definiše meĎusobni položaj obratka i radnog stola obradnog centra. Plan obrade definiše se za svako stezanje posebno i u okviru njega se odreĎuju strane i površine za obradu, obradu, redosled tehnoloških tehnoloških operacija operacija i njihovi geometrijski geometrijski elementi. elementi.
45
Slika 9.1.1 Metodologija projektovanja NC tehnologije i izrade NC programa
Plan alata sadrži sve podatke za potpuno dimenziono i tehnološko definisanje setova alata koji izvršavaju operacije sa tehnološkim atributima iz plana obrade. Programski list sadrži kordinate instrukcija po odreĎenim sintaksnim pravilima, ispisane po blokovima i po redosledu izvršenja tehnološki operacija, ako se radi o manuelnom NC programiranju ili sadrži instrukcije prema sintaksi i semantici programskog jezika u kome je NC program napisan. napisan. 9.2
Manuelno NC programiranje
Manuelno NC programiranje podrazumeva ručno ispisivanje NC programa(slika 9.2.1) na programsku listu, kao jednog kordinatnog uprav ljačkog skupa naredbi obradnom centru da izvrši odreĎene zadatke. U FTS -u se obraĎuju obratci složene konfiguracije pa i NC programi mogu biti veoma dugi, ali se u osnovi svaki NC program sastoji od početka, sadržaja i kraja programa. Početak programa programa
sadrži naziv, naziv, oznaku NC programa, oznaku oznaku stezanja stezanja itd, sadržaj programa obuhvata niz programskih blokova –sekvenci, pri čemu je u jednom bloku definisan kompletan geometrijski radni ciklus. Kraj programa označava da je program izvršen. Da bih se jedan program u potpunosti izvršio neophodno je poznavati oznake, sintaksu, instrukcije jedan kompletan programski blok sadrži: oznaku za početak, geometrijske karakteristike, tehnološke karakteristike, karakteristike kretanja alata, režime obrade, korekciju alata i načine dizajna programa. N-oznaka za početak novog programskog koda G-funkcija označava način kretanja alata G01-linearna ilterpolacija, ilterpolacija, G02, G03- kružna interpolacija, X,Y,Z- kordinate tačke, I,J,K- interpolacioni parametri. 46
N10
G0
X72
Y74
Z5
I10J6K4
Slika 9.2.1 Struktura kompletnog programskog bloka NC programa
Manuelno uraĎen NC program može se koristiti samo na istim NC upravljačkim sistemima i obradnim centrima na kojima je prilikom konfiguracije i integracije upravljačkog sistema setova ista lista „G -funkcija“ i „M -funkcija“. Zbog toga se NC programi uraĎeni manuelnom metodologijom ne mogu koristiti u različitim fleksibilnim tehnološkim sistemima i u slučaju izrade istih obradaka. Programski blok ne mora uvek obuhvatiti sve programske reči kojima se tehnološka operacija programira, već se to može učiniti u nekoliko blokova, kako bi programski redovi bili pregledniji, kraći i pogodniji za kontrolu grešaka.
NC programiranje simboličkim programskim jezicima Razvojem alatki sa numeričkim upravljanjem razvijeno je i prilično jezika za njihovo programiranje. MeĎu prvim jezicima se pojavljuje APT 1956 godine. APT je prvi 9.3
programski jezik za NC programiranje iz koga je kasnije razvijeno nekoliko programskih
jezika, ali se APT uz izvesne modifikacije zadržao do danas. Procesiranjem i postprocesiranjem izvornog izvornog programa u APT-u, kordinate koje predstavljaju karakteristične tačke elemenata konture obratka i druge instrukcije generišu se eksplicitno u NC -kodu u formatu za CNC upravljački sistem obradnog centra. APT omogućuje da se programiraju sekvence kretanja sa defini sanim položajem ose alata za višeosnu NC obradu. NC programi napisani u simboličkim programskim jezicima jezicima (slika 9.3.1) su kraći, kraći, pregledniji pregledniji i jednostavniji jednostavniji za kontrolu i otkrivanje greške. NC program u APT -u ima strukturu koju čine: početni deo, opis geometrije, tehnološki deo programa, opis putanje alata, završni deo programa, kraj programa. programa.
Slika 9.3.1 Primer NC programa napisanog u APT programskom jeziku
47
APT ima standardizovani rečnik sa rečima svrstanim u tri kategorije. Izvorni NC program napisan u APT –u ne zavisi od tipa CNC upravljačkog sistema i procesira se u računarskom sistemu na kome je instaliran APT programski sistem. Podaci dobijeni iz APT procesora su
u obliku kordinata položaja alata generisani u „CL (eng. Cuter Location) Date“ fajlu. Postprocesorskom obradom „CL Date“, vrši se završna priprema i prilagoĎavanje NC programa karakteristikama konkretnog CNC upravljačkog sistema za izvršavanje na obradnom centru.
9.4
Automatsko generisanje NC-koda
Automatsko generisanje NC koda (slika 9.4.1)se ostvaruje pomoću Cam sistema, koji imaju geometrijski modul za rešavanje svih funkcija geometrijskog modeliranja i NC editor za projektovanje projektovanje NC tehnologije . Geometrijski modul omogućava da se grafički interaktivno u potpunosti dizajnira 3D model obratka. Modelom se definiše kontura, tolerancija mere, kvalitet obraĎene površine i druge geometrijske i tehnološke karakteristike. Geometrijsko modeliranje se može ostvariti na dva načina: Sa klasičnog radioničkog crteža manuelnim interaktivnim unošenjem geometrijskih parametara se obraĎuje obraĎuje geometrijski model model u grafičkom editoru editoru CAM sistema, ili se Crtež u 2D ili 3D formatu direktno preuzima iz CAD sistema u kome je kome je dizajniran u grafički grafički editor CAM sistema, transferom preko jednog od standardnih CAD/CAM izlaznih formata (NDI,DXF). Postoji veliki broj CAM sistema sa GNC (eng. Generated Numeric Code) modulom koji se može automatski generisati kod NC programa (CATIA , EXAPTPlus...) kao i veliki broj CAD/CAM sistema koji eksportuju fajlove u 3D formatu za automatsko generisanje NC koda (AutoCAD, Pro/Engineer, 3D Studio). Svaki CAM sistem ima sopstvenu metodologiju projektovanja projektovanja NC tehnologije, tehnologije, ali u osnovi sve se zasniva na proceduri: definisanja obradnog centra, definisanja materijala obratka, plana rezanja, definisanje geometrije
obratka, odreĎivanje tehnoloških atributa, simulacija procesa obrade, postprocesorske operacije.
48
Slika 9.4.1 Funkcionalni princip automatskog generisanja NC koda
CAM sistemi omogućuju i parametarsko projektovanje NC tehnologije, pa automatsko generisanje NC koda za obradu grupe obradaka u FTS-u, ima niz prednosti u odnosu na manuelno NC programiranje ili NC programiranje primenim nekog od simboličkih
programskih jezika. jezika. Navode se samo neke neke najznačajnije najznačajnije prednosti: grafičko interaktivnog interaktivnog tipa, NC –programiranje je grafičko Programira se obrada pune konture obratka, Integrisani ulaz,
Razne vrste grafičke podrške, Nezavisno programiranje programiranje geometrije. geometrije.
Imajući u vidu sadašnji stepen razvoja CAD/CAM sistema i primenu savremenih informatičkih dostignuća u projektovaju fleksibilnih tehnologija, kao i neuporedive prednosti koje imaju CAM sistemi nad klasičnim metod ama NC programiranja, u industrijskoj praksi FTS-a koriste se isključivo CAM sistemi za automatsko generisanje NC koda.
9.5
Optimizacija fleksibilnih tehnologija
Optimizacija tehnologije počinje u fazi kada su uraĎeni NC programi svih stezanja za grupu adaka koja se istovremeno obraĎuje u FTS -u. Analizom svakog generisanog NC obr adaka programa, dolazi se do nekoliko rezultujućih parametara kao statističkih pokazatelja kvaliteta projektovanja tehnološkog procesa: Ukupan broj tehnoloških operacija, Vreme trajanja svih operacija, Ukupan broj indeksiranja, Lista setova alata, Ukupno vreme indeksiranja, indeksiranja, Ukupno vreme izmene alata, 49
Ukupno vreme izvršenja NC programa na obradnom centru.
Analizom, sabiranjem i uporeĎivanjem vrednosti rezultujućih parametara, sprovodi se parametrizacija svih NC programa čije se izvršenje planira u okviru jednog tehnološkog procesa. Na taj način se dolazi do generalne ocene projektovanja tehnologije tehnologije za FTS, na osnovu koje se ulazi u postupak optimizacije. optimizacije.
Tehnološkim zadatkom je odreĎena grupa obradaka (
) koja se obraĎuje,
seriju koju treba proizvesti za svaki obradak iz grupe ( ), ukupno vreme išćenja obradnih centara obrade grupe obradaka u serijama i stepen vremenskog vremenskog iskor išćenja (e). Ako se primeni konvencija da jedan NC program odgovara jednom stezanju, tada broj
NC programa (k) mora biti veći od broja različitih obradaka u grupi (n), jer je praktično nemoguće da se svi obratci obraĎuju samo u jednom stez anju. Svaki Svaki tip obratka u grupi ( ) se obraĎuje u jednom ili više stezanja. Zbir broja potrebnih stezanja za sve tipove obradaka(S) je ukupan broj NC programa (N),
( Da bi bi se odredilo odredilo ukupno ukupno vreme vreme obrade obrade ( ) jednog jednog konkretno konkretnog g tipa tipa iz grupe grupe obradaka obradaka sa biraju se vremena izvršenja NC programa ( ) koji se odnose na konkretan tip i dodaje vreme izmene paleta ( ) uvećano onoliko puta, koliko obradak ima stezanja ( ),
Ako se optimizacionim postupkom ne ostvari željeni rezultat u prvom koraku ide se na d rugi ili treći korak. S obzirom da NC programi mogu sadržati veliki broj tehnoloških operacija, optimizacija se može uspešno i završiti i u jednom koraku, a da bude sprovedena samo u pojedinim NC programima. Optimizacija Optimizacija podrazumeva podrazumeva da se ostvari maksimalni stepen
vremenskog iskorišćenja obradnih centara, mašina za pranje, mernog centra, transportnog sistema i svih pripremnih mesta.
50
LITERATURA
sistemi, Kraljevo, 2008. godine [1] Dr Ljubomir S Lukić, Fleksibilni tehnološki sistemi, [2] Hodolič, J., Borojev, Lj., Rekecki, J., Gatalo, R., Zeljković, M.: Fleksibilni tehnološki sistemi za obradu rotacionih izradaka, knjiga III, Manipulacioni i merno kontrolni sistemi, Fakultet tehničkih nauka, Institut za proizvodno mašinstvo, Novi Sad, 1989 . [3] Gatalo, R., Rekecki, J., Zeljković, M., Borojev, Lj., Hodolič, J.: Fleksibilni tehnološki sistemi za obradu rotacionih izradaka, knjiga II, Osnovne komponente za obradu i njihovo komponovanje u strukture višeg nivoa, Fakultet tehničkih nauka, Institut za
proizvodno mašinstvo, mašinstvo, Novi Sad, 1989. 1989. [4] Košarac, A., Zeljković, M., Požar, A.: Vizuelizacija rada fleksibilnog tehnološkog modula za brušenje u Matlab/Simulink okruženju, INFOTEH -Jahorina Vol. 9, Ref. C-6, p.324-327, Mart 2010. 2010. [5] Kalajdžić, Tehnologi ja ja metalogradnje, metalogradnje, Beograd, 1986. 1986. godine. [6] http://www http://www.infoteh.rs.ba/zbo .infoteh.rs.ba/zbornik/2010/rado rnik/2010/radovi/C/C-6.pdf vi/C/C-6.pdf [7]http://news.th [7]http://news.thomasnet.com omasnet.com/fullstory/S /fullstory/SCARA-Robot-performs-hig CARA-Robot-performs-high-speed-operationsh-speed-operations466161 4661 61
51
