Pogonsko upravljanje mašina

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu

SMINARSKI RAD Pedmet: Programsko upravljanje mašinama Predmetni nastavnik: dr Radomir Slavković

Student: Vojisav Nikolić 581/2010

Page 1


SADRŽAJ: 1.Uvod.......................................................................................................................... ........3 1.1. METODE UPRAVLJANJA MAŠINAMA ALATKAMA………………………4 1.1.1. RUČNO UPRAVLJANJE MAŠINAMA ALATKAMA……………………….4 1.1.2. SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA MAŠINA…………………….6 2. SISTEMI PROGRAMSKOG UPRAVLJANJA MAŠINAMA ALATKAMA……...10 2.1 MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM…………………10 2.1.1. MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM KONSTANTNE BRZINE…………………………………………………………………………………….10 2.1.2. MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM PROMENLJIVE BRZINE…………………………………………………………………………………….12 2.1.3. MEHANIĈKI SISTEMI SA POMOĆNIM VRATILOM ( PV )……………...13 2.2. SISTEMI CIKLIČNOG UPRAVLJANJA ( SCU )……………………………….15 2.3. SISTEMI KOPIRNOG UPRAVLJANJA ( SKU )………………………………..18 2.4. SISTEMI NUMERIČKOG UPRAVLJANJA……………………………………..20 2.5. HIJERARH NIVOI NC UPRAVLJANJAISTKI…………………………………28 2.5.1. KONVENCIONALNO NUMERIČKO UPRAVLJANJE……………………...28 2.5.2. KOMPJUTERIZOVANO NUMERIČKO UPRAVLJANJE…………………..29 2.5.3. DIREKTNO NUMERIČKO UPRAVLJANJE (DNC)………………………….36 3. ELEMENTI TEHNIKE NUMERIĈKOG UPRAVLJANJA…………………………41 3.1. UPRAVLJAČKE JEDINICE……………………………………………………….41 3.2. POGONSKI SISTEMI………………………………………………………………43 3.3. MERNI SISTEMI……………………………………………………………………48 4.PRIMENA SISTEMA NC UPRAVLJANJA KOD MAŠINA ALATKI………………51 5.STRUKTURA I OPIS MAŠINE…………………………………………………………52 6.PRIMER IZRADE PROGRAMA……………………………………………………….53 7.ZAKLJUČAK……………………………………………………………………………..55 8.LITERATURA…………………………………………………………………………….56


Page 2

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 1. UVOD

Ljudska vrsta je od samog svog nastanka evoluirala u pravcu svesnih, misaonih bića, koja koriste razna oruđa kako bi lakše zadovoljila neku životnu potrebu. Počevši od štapa kojim se lakše dohvatalo voće i kamena kojim se lovilo, preko nastanka prvih višedelnih oružja, naši preci su prešli veoma dug put do današnjih savremenih mašina i alata. Potreba da se nekim sredstvom olakša život dovela je do niza fundamentalnih otkrića – točka, kose ravni, hidrauličnih sklopova, elektronskih komponenti itd, što je omogućilo ogroman napredak u razvoju kompleksnih mašina. Prve mašine su nastale usložavanjem ručnih alata, pa je upravljanje njima bio više fizički nego intelektualni posao. Kako su se mašine razvijale, tako se i način upravljanja menjao. Izraz “mašina alatka”, koji generalno označava mašine koje obrađuju neki materijal zamenjujući ručni alat, dolazi upravo iz opisa namene tih mašina. Sa početkom upotrebe uređaja za automatsko upravljanje mašinama alatkama, mnoge mašine dobijaju nove mogućnosti, novi izgled i proizvodne osobine. Smanjuje se fizičko učešće čoveka u proizvodnji i negativni uticaji ljudskog faktora na upravljanje mašinama, a povećava proizvodnost, repetitivnost i ekonomičnost. Upotrebom raznovrsnih medija, kojima se saopštava određeni program uređajima za automatsko upravljanje mašinom alatkom postiže se veća tačnost izrade, ujednačenost izrađenih komada, dok se troškovi proizvodnje po jedinici proizvoda smanjuju. U poslednjih trideset godina došlo je do značajnih promena kako u mašinogradnji, tako i u upravljanju mašinama. Uvođenjem računara u upravljačke procese dobijena je nova vrsta super produktivnih mašina, tzv. CNC odnosno mašina sa kompjuterskim numeričkim upravljanjem. CNC mašine kontroliše računar, na osnovu programa koji zadaje čovek odgovarajućim programima ili komandama. Karakterišu se velikom proizvodnošću, preciznim radom, velikim brojem radnih funkcija i dobrim repetitivnim osobinama. U ovom radu biće izložene razne metode upravljanja mašinama alatkama.


Page 3

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 1.1. METODE UPRAVLJANJA MAŠINAMA ALATKAMA

1.1.1. RUČNO UPRAVLJANJE MAŠINAMA ALATKAMA Ručno upravljanje mašinama alatkama generalno gledano podrazumeva upravljanje mašinom koje ostvaruje radnik fizičkim delovanjem na upravljačke delove mašine. Radnik najčešće rukama pomera određene elemente mašine u toku rada, pa je tako i nastao izraz “ručno upravljanje”. Pri ovakvom upravljanju, neophodna je stručna osposobljenost radnika za rad na određenoj mašini, poznavanje tehnoloških procesa obrade, kao i opšte tehničko znanje u smislu pravilnog korišćenja proizvodne dokumentacije ( radioničkih crteža, izradnih listi itd. ). Prateći tehnički crtež, radnik upravlja mašinom, menja alate i način stezanja obradka u cilju dobijanja izradka propisanih dimenzija i kvaliteta. Na slici 1 prikazana je šema ručnog upravljanja. Mašina i radnik predstavljaju centralne karike procesa. Na ulazu mašine (levo ) prikazan je pripremak, a na izlazu (desno ) završen izradak, dok se pored radnika nalazi simbol radioničkog crteža koji radnik prati pri radu.

sl.1


Page 4

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Slika 2 prikazuje primer ručnog upravljanja u praksi. Radnik pomoću ručice 1 i nonijusa 2 bira položaj alata na osnovu očitavanja prečnika izradka sa skale 5, izmerenog mernim uređajem 4.

sl.2

Glavna prednost ručnog upravljanja je velika fleksibilnost sistema, odnosno brz i lak prelaz na proizvodnju drugog proizvoda na istoj mašini sa istim ili drugim radnikom. Koristeći tehničku dokumentaciju novog proizvoda, radnik menja podešavanja mašine i prilagođava je za izradu istog u kratkom vremenskom roku. Sa druge strane, glavna mana ručnog upravljanja je ljudski faktor, koji donosi određeni broj nenamernih grešaka u izradi i varijabilnu proizvodnost. U odnosu na ostale sisteme upravljanja, troši se manje vremena za pripremu proizvodnje, ali sama proizvodnja ide sporije nego kod ostalih sistema i teže se postiže zadovoljavajući kvalitet, pa je proizvodnost manja.


Page 5

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 1.1.2. SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA MAŠINA Sisteme automatskog upravljanja moguće je podeliti na više načina – prema tipu nosioca programa, stepenu centralizacije, broju osa upravljanja, ulaznim informacijama, principu sinhronizacije dejstva ili načinu dejstva, postojanju povratne sprege, tehnološkoj nameni itd. Prema stepenu centralizacije razlikujemo centralizovane, decentralizovane i kombinovane SAU. Centralizovani SAU se odlikuju objedinjenim upravljanjem svim funkcijama mašine sa jednog mesta ( centra upravljanja ) pomoću upravljačkog uređaja – kompjutera, komandnog pulta, upravljačkog vratila, šablona itd. Izvršni organi mašine pritom mogu da budu raspoređeni nezavisno od centra upravljanja, u zavisnosti od potreba, a prenos upravljačkih signala iz centra i sinhronizaciju rada mašine omogućavaju dopunski uređaji za vezu. Trajanje radnog ciklusa svakog izvršnog organa je konstantno, velika je sigurnost u radu, a opsluţivanje mašine jednostavno i lako. Mana ovih sistema je neophodnost prisustva uređaja za vezu, koji prenose komadne signale do izvršnih organa i vraćaju informacije o njihovom položaju u upravljački centar. Decentralizovani SAU podrazumeva upravljanje na bazi senzora ili davača. Određena akcija nekog izvršnog organa aktivira davač, koji na osnovu toga uključuje sledeću akciju istog ili drugog izvršnog organa mašine. Radni ciklus se odvija korak po korak, a sva kretanja izvršnih organa uzajamno su zavisna i povezana. Ako se definisani pokret nekog izvršnog organa iz nekog razloga ne bi dogodio ili ako davač ne bi zbog kvara dao signal za uključenje narednog izvršnog organa, ceo proces bi stao. Naziv decentralizovani potiče od upravljanja iniciranog sa više mesta, u zavisnosti od položaja davača. Slaba tačka decentralizovanih SAU su upravo davači, podloţni kvarovima usled prisustva nečistoća iz radnog okruženja i slabljenja električnih kontakata. Kombinovani SAU kombinuju centralizovani i decentralizovani način upravljanja, tako što se procesom uglavnom upravlja centralizovano, ali se u određenim delovima ciklusa koriste davači za pokretanje neke radnje, tj. decentralizovani način upravljanja. Primera radi, ako se na proces bušenja na vertikalnoj bušilici primeni kombinovani SAU, radom motora bušilice i kretanjem alata ili radnog stola u horizontalnoj ravni može da se upravlja glavnim kompjuterom, dok kretanje u pravcu ose alata mogu da iniciraju davači – detektor položaja obradka za početak bušenja i davač koji pri određenoj dubini bušenja uključuje povratni hod alata, za kraj bušenja. Veoma bitan deo upravljanja primenom SAU jeste samo zadavanje programa – projektovanje odgovarajućeg nosača programa i prenos programa sa nosača na mašinu radi realizacije. Kvalitet nosioca programa se procenjuje na osnovu raznih kriterijuma, npr. način držanja programa, postojanost i količina zapisanih informacija, brzina očitavanja programa sa nosioca, nominalni radni vek i lakoća zamene nosioca u slučaju potrebe. Nosioci programa SAU veoma su raznovrsni i mogu se prema tipu razdvojiti u pet osnovnih grupa: Na slici 3 prikazane su skice karakterističnih nosilaca programa – predstavnika grupa.


Page 6


sl.3 I graničnici, II šabloni, III krivulje, IV bušeni nosači programa i V magnetni nosači programa. I graničnici / A – pravolinijski raspored, B – kruţni raspored, C – za višestruko upravljanje ; II šabloni / A – pločasti, B – cilindrični, C – za višestruko upravljanje ; III krivulje / A – bregaste ploče, B – ožlebljeni doboši, C – za višestruko upravljanje ; IV bušeni nosači programa / A – na ploči, B – na dobošu, C – bušena traka ; V magnetni nosači programa / A – magnetne trake, B – FD i CD diskovi, C – mem. kartice ; 1 – nosač programa, 2 – element za uvođenje programa, 3 – čitač programa ; U zavisnosti od tipa nosioca programa koji se koristi, sisteme automatskog upravljanja možemo podeliti na SAU sa graničnicima, SAU sa šablonima, SAU sa krivuljama, SAU sa perforiranim nosačima i SAU sa magnetnim nosačima.


Page 7

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu SAU sa graničnicima se odlikuju lakim zadavanjem i pouzdanim očitavanjem programa, ali nisu pogodni za procese u kojima se sinhronizuje rad više izvršnih organa, jer je kod ovih SAU praćenje položaja izvršnih organa otežano. SAU sa šablonima mogu da upravljaju izradom vrlo složenih i raznovrsnih površina, jer se šabloni jednostavno smenjuju i sadrže dosta detalja. Složena i spora izrada kvalitetnih šablona predstavlja glavni nedostatak ovih sistema. SAU sa krivuljama su veoma pogodni za procese koji zahtevaju preciznu sinhronizaciju više izvršnih organa. Koriste se za centralizovano upravljanje, a mana im je kompleksnost izrade krivulja. SAU sa perforiranim nosačima programa se izrađuju u varijanti bušenih kartica pričvršćenih na ploču ili doboš i varijanti bušene trake. Kod varijanti sa bušenim karticama, program se nanosi na karticu postavljanjem čepova u otvore ( perforaciju ) u skladu sa željenim tehnološkim procesom obrade. Varijante sa bušenom trakom koriste rolnu sa trakom koja je izbušena prema šemi za odgovarajući proces i očitava se posebnim čitačem. Veliki broj otvora omogućava definisanje velikog broja programskih funkcija i različite kombinacije operativnih zahvata. Bušeni nosači su relativno jeftin i efikasan medijum za prenos informacija, kod kojih su čitači najsloženiji deo. SAU sa magnetnim nosačima programa mogu da prenesu najveću količinu informacija u upravljačkom programu. Tipični magnetni nosači su flopi i kompakt diskovi ( FD i CD ), kao i razne memorijske kartice. Očitavanje programa sa nosača se vrši magnetnim ili laserskim čitačima. Sami nosači su osetljivi na elektromagnetne uticaje iz okoline i mikrooštećenja radne površine nosača, pa to treba imati u vidu pri instaliranju sistema. Jedna od glavnih podela SAU vrši se na osnovu načina protoka informacija u procesu. Najjednostavniji model SAU po toj podeli je tzv. otvoreni SAU ( slika 4 ).

sl.4 Otvoreni SAU jednostavno sprovodi program upravljanja od ulaza ka izlazu, tj. sa nosača programa, preko upravljačkog sistema, na mašinu i njene izvršne organe koji vrše obradu. SAU u tom slučaju nema kontrolu nad izvršenjem programa ( ne prati tok realizacije ), odnosno ne postoji nikakva povratna informacija u sistemu. Zatvoreni SAU je nešto složenija varijanta. Osim elemenata sadrţanih u otvorenom sistemu, zatvoreni SAU poseduje i povratnu spregu. Povratna sprega predstavlja vezu ostvarenu preko davača povratne sprege kojom se u upravljački sistem vraćaju informacije o ostvarenim položajima izvršnih organa. U upravljačkom sistemu se upoređuju zadati i ostvareni položaji


Page 8

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu radnih organa, nakon čega se pri pojavi odstupanja vrši korekcija. Korekcija se postiže signalom upravljačkog sistema koji deluje na radne organe mašine. Šema zatvorenog SAU prikazana je na slici 5.

sl.5 Osim pomenutih, postoji još složenija vrsta SAU – adaptivni SAU ( slika 6 ). To su sistemi sa dve povratne veze, jednom koja sadrţi davač i prenosi informacije o položaju radnih organa i druge koja sadrži adaptivni blok i prenosi informacije o samom procesu obrade. Adaptivni blok predstavlja skup uzajamno povezanih logičkih elemenata za komparaciju dolaznih signala. Na osnovu podataka dobijenih iz procesa obrade, logički elementi adaptivnog bloka šalju signal određenih karakteristika u upravljački blok i tako omogućuju autokorekciju parametara vezanih za režim obrade.

sl.6 U odnosu na ulazne informacije sistema, SAU se dele u dve grupe – sisteme programskog upravljanja ( SPU ) i sisteme sa elementima samopodešavanja – adaptivne SAU. Sistemi programskog upravljanja imaju na ulazu potpuno definisan program koji se izvršava bez korekcije u odnosu na tok procesa obrade. Ovu grupu čine SAU sa upravljačkim vratilom ( UV ), sistemi kopirnog upravljanja ( SKU ), sistemi cikličnog upravljanja ( SCU ) i sistemi numeričkog upravljanja ( NU / NC ). Adaptivni SAU dobijaju nepotpune ulazne informacije, koje se dopunjuju informacijama o procesu obrade dobijenim preko adaptivnog bloka iz raznih davača i adaptiraju upravljačke signale.


Page 9

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2. SISTEMI PROGRAMSKOG UPRAVLJANJA MAŠINAMA ALATKAMA 2.1 MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM Nosioci programa kod ovakvih sistema su uglavnom razni oblici krivulja i doboša, sa graničnicima koji služe kao komandni elementi. Jedan obrtaj upravljačkog vratila definiše jedan ciklus zadavanog tehnološkog procesa, u trajanju T = tr + tp ( tr – vreme radnog hoda, tp – vreme praznog hoda ). Redosled i trajanje hodova, kako radnih tako i praznih, određuje UV pomoću svojih komandnih elemenata. Slika 7 prikazuje tipične nosioce programa kod mehaničkih sistema sa UV.

lr, lp – pomeranje radnih organa ; β1, lp1 – prazan hod pri dovođenju radnog organa ; β2, lp2 – prazan hod pri odvođenju radnog organa ; sl.7


Page 10

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.1.1. MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM KONSTANTNE BRZINE Osnovna osobina im je kao što naziv kaže, konstantna brzina obrtaja upravljačkog vratila u toku proizvodnog ciklusa. Zbog toga se pri promeni vremena radnih hodova menja i vreme praznih hodova u proporcionalnom iznosu. Sistemi sa UV konstantne brzine se koriste prvenstveno u masovnoj proizvodnji izradaka malih dimenzija – raznih zavrtnjeva, elemenata za spajanje itd. Funkcionalna i strukturna šema mehaničkog sistema sa upravljačkim vratilom izložene su na slici 8.

sl.8

Na slici 8 vidimo sistem sa UV konstantne brzine – automatski strug, namenjen narezivanju navoja na manje zavrtnje. Sistem sadrži upravljačko vratilo (6), koje preko sistema krivulja (5) ostvaruje upravljanje procesom narezivanja navoja. Pripremak se uvodi kroz vreteno (2) i aksijalnim kretanjem kućišta (1) se pomera prema alatu u toku procesa, prema potrebi. Upravljačko vratilo definiše kretanje kućišta, poprečno kretanje alata (3), obrtno i uzdužno kretanje alata (7) i oscilatorno kretanje nosača alata (4), a obrtanje obradka se izvodi vretenom (2) koje putem kinematske sprege dobija pogon sa motora M. Na desnom delu slike 8 prikazana je struktura ovog sistema. Motor M preko podesive kinematske veze x prenosi kretanje do glavnog vretena GV, istovremeno dajući pogon prenosnom vratilu PrV, koje dovodi pogon upravljačkom vratilu UV kroz podesivu kinematsku vezu y. Podešavanjem kinematske veze y određuje se period trajanja obradnog ciklusa, dok podešavanje veze x dovodi do promene parametara prenosa na GV.


Page 11

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.1.2. MEHANIČKI SISTEMI SA UPRAVLJAČKIM VRATILOM PROMENLJIVE BRZINE Sistemi sa UV promenljive brzine obično imaju dve ustaljene brzine obrtanja upravljačkog vratila – nižu brzinu predviđenu za radne hodove i višu predviđenu za prazne hodove u toku obradnog procesa. UV promenljive brzine kao upravljački element koriste skoro svi viševreteni automati i poluautomati, kao i neki jednovreteni automati. Funkcionalna i strukturna šema upravljačkih sistema sa UV promenljive brzine na primeru viševretenog automatskog struga prikazane su slikom 9. Pripremci (2) se postavljaju u vretena raspoređena u dobošastom nosaču (4) pomoću kojih se obrću. Tokom procesa nosač vretena vrši poziciono obrtanje pripremaka ( revolving ), čime se određeni pripremak dovodi do potrebne obradne pozicije. Tačnu radnu poziciju obradka osiguravaju elementi na bazi uskočnika (7). Alati smešteni na aksijalnom suportu (1) vrše uzdužno kretanje sa, a radijalno raspoređeni alati (3) poprečno - sr. Upravljačko vratilo (6) pomoću krivulja (5) upravlja radnim i pomoćnim hodovima obrade.

sl.9 Strukturna šema prikazana na desnom delu slike 9 pokazuje raspored pogonskih i upravljačkih veza u datom sistemu. Preklopni mehanizam z uključuje spojnicu s i time daje pogon UV preko prenosnog vratila PrV1, čime obezbeđuje brţe obrtanje UV za vreme polaznog praznog hoda. Kada se završi kretanje u praznom hodu, mehanizam z isključuje spojnicu s, nakon čega se putem prenosnog vratila PrV2 i kinematske veze y upravljačko vratilo obrće niţom brzinom, u radnom hodu. Neki prazni hodovi koji se zbog potrebe vrše niţom brzinom UV, predstavljeni su sa p1. Generalno gledano, upravljačko vratilo kod ovih sistema omogućava brži završetak praznih hodova u odnosu na sisteme sa UV konstantne brzine, što skraćuje ukupno trajanje obradnog procesa. Skraćenjem trajanja ciklusa obrade postiže se veća proizvodnost i ekonomičnost.


Page 12

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.1.3. MEHANIĈKI SISTEMI SA POMOĆNIM VRATILOM ( PV ) Sistemi sa PV su nastali kombinacijom sistema sa konstantnom i sistema sa varijabilnom brzinom UV. Upravljačko vratilo se obrće konstantnom brzinom zadajući sve radne i neke prazne hodove u procesu, a preostali prazni hodovi se uključuju putem pomoćnog vratila. PV se obično okreće takođe konstantnom brzinom, različitom od brzine upravljačkog vratila. Kao primer mehaničkog sistema sa pomoćnim vratilom može da posluži automatski revolver strug, prikazan na slici 10.

sl.10 Kod prikazanog struga upravljačko vratilo (5) se obrće konstantnom brzinom i krivuljama (7) diktira program svih radnih i dela praznih hodova. Komandni doboši (6) u kombinaciji sa drugim mehanizmima i pomoćnim vratilom, putem spojnica iniciraju ostale prazne hodove. Pomoćno vratilo se obrće konstantnom brzinom većom od brzine obrtanja UV, pa se prazni hodovi uključeni njime odvijaju brže i tako skraćuju ukupno vreme obrade. Revolverska stezna glava (4) nosi alate za uzdužnu obradu i pomoću klizača (1) ostvaruje aksijalno kretanje prema pripremku (2) koji obrtno kretanje preuzima sa glavnog vretena. Alati za poprečnu obradu (3) radijalno su raspoređeni oko pripremka.Prilaznim i povratnim kretanjima alata upravlja UV, a koracima kao što su stezanje i pozicioniranje materijala, obrtanje revolver glave radi upotrebe narednog alata i slično upravlja PV.


Page 13

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Na slici 11 izložena je strukturna šema opisanog struga.

sl.11 Kinematski lanac y služi za podešavanje brzine UV, koja će se koristiti u toku procesa. Pomoćno vratilo preko spojnica s1 i s2 ostvaruje vezu sa glavnim vretenom, čime je omogućena promena smera i brzine obrtanja glavnog vretena. Pogon glavnog vretena dolazi sa motora M preko kinematskog lanca x, a prenosno vratilo PrV odvodi pogon na pomoćno i upravljačko vratilo. Bitan nedostatak mehaničkih sistema sa pomoćnim vratilom je veliko predprocesno vreme podešavanja, zbog usaglašavanja mnoštva upravljačkih funkcija. Sistemi sa PV su zato pogodni za masovnu i velikoserijsku proizvodnju, gde se podešavanja vrše dosta retko. Kako bi se olakšalo podešavanje određenih pomoćnih kretanja, često se koriste specijalni podesivi mehanizmi. Slika 12 prikazuje mehanizam za pomeranje suporta (4) diktiranim krivuljom (1), preko podesive poluge (2) i spojne poluge (3).

sl.12


Page 14

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.2. SISTEMI CIKLIČNOG UPRAVLJANJA ( SCU ) Nastali su kao rezultat razvoja mehaničkih sistema sa upravljačkim vratilom. Informacije o režimu obrade , kao što su redosled i trajanje određenih operacija, se kod SCU zadaju tasterima na upravljačkom pultu ili postavljanjem čepova u odgovarajuće otvore komandne table. Veličina pomeranja radnih organa se definiše postavljanjem linijskih graničnika na specijalne ploče ili doboše. Na kraju kretanja svaki izvršni organ dodirne određeni graničnik, koji zatim aktivira neki davač – krajnji prekidač, linijsku sklopku itd. i tako inicira naredno predviđeno kretanje u procesu. Pri tom je svaki graničnik vezan za jednu koordinatu kretanja izvršnih organa, pa se takav način upravljanja zove granično ili kontaktno upravljanje. Kako su kretanja izvršnih organa uzajamno uslovljena, očigledno je da se radi o decentralizovanom sistemu upravljanja. Graničnici se raspoređuju najčešće u linijskom ili kruţnom rasporedu, nalik šemama na slici 13. linijski raspored

kruþni raspored

1 – prethodni graničnik ; 2 – graničnik za tačno pozicioniranje ; 3 – podesivi graničnik ; 4 – letva za podešavanje graničnika ; 5 – upravljački prekidači ; sl.13


Page 15

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Sistem cikličnog upravljanja se sastoji od tri osnovna modula – modula koji obuhvata zadavanje i uvođenje programa, modula za prenos i pojačanje ulaznih signala i modula izvršnih organa i komponenti za kontrolu faznog izvršenja programa. Modul za zadavanje i uvođenje programa sadrži komandne ploče sa kontaktima, tasterima ili prekidačima i elemente za fazno vođenje programa – koračne birače ili relejne veze. Na komandnim pločama se postavlja upravljački program, koji se elementima za fazno vođenje uvodi u sistem. Komandne ili razvodne ploče mogu biti u obliku unakrsnih ležišta ili funkcionalnih programskih polja. Oblik unakrsnih ležišta podrazumeva sistem sastavljen od vertikalnih i horizontalnih šina, kojima se određuju programski parametri tehnološkog procesa ( horizontalne šine ) i faze programa ( vertikalne šine ). Umetanjem čepova u otvore na raskršćima horizontalnih i vertikalnih šina, definiše se željeni program obrade. Tipična komandna ploča sa šinskim vezama prikazana je na slici 14.

1 – ploča sa kontaktima ; 2 – čepovi za spajanje kontakata ; 3 – horizontalne šine ; 4 – vertikalne šine

sl.14 Drugi oblik komandne ploče je ploča sa funkcionalnim programskim poljima. Ona se sastoji od funkcionalnih celina sa gnezdima čijim se povezivanjem vrši programiranje obradnog procesa. Način povezivanja gnezda ploče sa funkcionalnim celinama na primeru struga sa hidrauličnim upravljanjem predstavljen je na slici 15.

sl.15


Page 16

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Modul izvršnih organa i komponenti za kontrolu faznog izvršenja programa direktno realizuje komande dobijene iz modula za prenos. Sastoji se od izvršnih organa mašine i raznih izvršnih elemenata – spojnica, razvodnika itd. koji omogućavaju aktivaciju izvršnih organa mašine po programiranom redosledu. Kao komponente za kontrolu faznog izvršenja programa najčešće se koriste linijski prekidači i razni releji ( vremenski, strujni, pritisni itd. ). Za kontrolu kretanja izvršnih organa se uglavnom koriste linijski prekidači, a ne retko i pritisni releji. Opšta blok šema sistema sa cikličnim upravljanjem data je na slici 16.

sl.16


Page 17

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.3. SISTEMI KOPIRNOG UPRAVLJANJA ( SKU ) Osnovni deo svakog sistema kopirnog upravljanja je šablon. Šablon je element koji sadrži profilisanu površinu – uzor programa, čijim se praćenjem obezbeđuje izrada dela sa identičnom ili vrlo sličnom površinom. Najprostiji SKU sadrže samo jedan šablon i koriste se za kopiranje kontura u jednoj ravni, a kopiranje složenih površina u prostoru se vrši upotrebom više šablona, koji mogu da se koriste kanonički ( jedan nakon drugog do dobijanja konačne površine ) ili simultano ( npr. alat se vodi istovremeno po šablonu koji određuje konturu i šablonu koji određuje dubinu prodiranja alata ). Sistemi kopirnog upravljanja spadaju u domen visoko mobilne tehnologije, jer se program vrlo lako i brzo menja – zamenom šablona se obezbeđuje novi program u vrlo kratkom vremenskom roku. Postoje dve osnovne grupe ovih sistema. Prvoj grupi pripradaju SKU kod kojih šablon vrši funkciju prenosnog mehanizma i direktno upravlja radnim organima mašine. Drugu grupu čine SKU kod kojih šablon služi za definiciju kretanja radnih organa, ali nema prenosnu ulogu, pa je upravljanje indirektno. SKU sa direktnim upravljanjem su obično jednostavni i izvode se krutom vezom alata i šablona pri čemu šablon i kontrolni pipak trpe veliko površinsko opterećenje – slika 17.

sl.17 Velika opterećenost uzrokuje povećano habanje kontaktnih površina šablona i kopirnog pipka, usled čega vremenom dolazi do pojave odstupanja i netačnog kopiranja. Druga grupa SKU je zapravo i nastala u želji da se izbegne problem izraženog habanja šablona. Kod SKU sa indirektnim upravljanjem je površinsko opterećenje daleko manje, pa je kopiranje mnogo tačnije, a šabloni dosta trajniji. U tu grupu spadaju i bezkontaktni ( induktivni ) SKU, kod kojih uopšte ne dolazi do dodira šablona i kopirnog pipka, pa je habanje šablona prosto nemoguće.


Page 18

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Šablon indirektnih SKU je povezan sa alatom putem elastične veze, koja redukuje površinsko opterećenje i amortizuje vibracije i sitne udare u prenosu, ali izaziva malo kašnjenje odzivnog signala. To praktično znači da će alat malo kasniti sa praćenjem šablona – kada kontrolni pipak bude na sledećoj, veoma bliskoj tački, alat će na obradku biti na prvoj prethodnoj tački putanje.

sl.18 SKU sa indirektnim upravljanjem sadrže pojačivače ( slika 18 ), koji pojačavaju impuls dobijen sa kopirnog pipka i na taj način definišu koliku energiju treba saopštiti izvršnom organu prilikom kopiranja svake tačke sa šablona. Indirektni sistemi kopirnog upravljanja mogu biti mehanički, hidraulični, pneumo-hidraulični, elektro-hidraulični, elektro-mehanički itd. Najnovije dostignuće predstavljaju fotoelektrični SKU, kod kojih je moguće da se kao neposredni nosilac programa upotrebi crtež ( slika 19 ).


Page 19


sl.19 2.4. SISTEMI NUMERIĈKOG UPRAVLJANJA ( Numerical Control Systems - NCsistemi) Numeričko upravljanje podrazumeva direktno unošenje numeričkih podataka u obliku programskog koda koji upravlja radnim funkcijama mašine. Programski kod predstavlja uređen skup brojeva i znakova pomoću kojih je moguće precizno definisati željene parametre i funkcije koje mašine treba da ispoštuje tokom tehnološkog procesa. Sama ideja numeričkog upravljanja datira iz četrdesetih godina prošlog veka, kada je inženjer John Parsons iz američke korporacije “Parsons” počeo da razvija prve numerički upravljane glodalice. Nešto brži razvoj NC tehnologije nastaje posle 1952. godine, nakon što su NC sisteme počele da koriste prvo vojna, a zatim i civilna avio industrija SAD. Unos podataka u komandni kompjuter se u početku vršio bušenim karticama, do 1954. godine i nastanka prvog programskog jezika ( koda ), koji se zvao APT – Automatically Programmed Tool. Jezik je razvijen od strane MIT – Massachusets Institute of Technology i koristio se za programiranu izradu jednostavnijih kontura. 1958. godine je objavljena unapređena verzija APT jezika, prilagođena za računare IBM 704, a pod nazivom APT II. Nakon tri godine, 1961. se pojavljuje i verzija APT III, a ubrzo zatim i APT IV, koji je razvio IITRI – Illinois Institute of Technology Research Institute. APT IV je omogućio definisanje složenije geometrije i postavio standarde novijih programskih jezika. Većina CAD/CAM koji se danas koriste vuku korene iz APT IV. Kako je verzija IV zahtevala snažnije kompjuterske sisteme, IBM je razvio modifikaciju APT-a IV nazvanu ADAPT, koja je obavljala uobičajene funkcije sa dosta manje kompjuterske snage. Mnoge države su sledile primer IBM-a, pa su tako nastale modifikacije IFAPT ( Francuska ), MINIAPT ( Nemačka ), FAPT ( Japan ) itd. Postojali su naravno i programski jezici van domena APT, npr. COMPACT II, AUTOSPOT, CAMPI, AUTOPROMPT, SPLIT i mnogi drugi, koji su tada paralelno bili u upotrebi.


Page 20

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu NC sistemi su sastavljeni od raznih modula, koji kroz sistem sprovode podatke u binarnom obliku. Binarni oblik podrazumeva iskazivanje svih vrednosti pomoću kombinacija dve vrednosti – “0” ( stanje nula ili signal odsutan ) i “1” ( stanje jedinica ili signal prisutan ). Da bi se ostvarila dvosmerna komunikacija između ulaza i izlaza sistema, javlja se potreba da decimalne vrednosti budu preslikane u binarne, ali i obrnuto, što se postiže elektronskom obradom pomoću računara. Direktno preslikavanje pomoću fizičkih veličina ( bušenom trakom ) prikazano je na slici 20. sl.20 U levom delu slike 20 dat je prikaz brojeva opsega 1-10 u obliku koji je osim binarnog primenljiv i na svaki drugi brojni sistem. Proizvoljan broj se predstavlja uopšteno za bilo koji sistem u obliku: N = anAn + an-1An-1 + an-2An-2 + ..... + a1A1 + a0A0 + a-1A-1 + a-2A-2 + ...... + a-mA-m , gde je A – osnova brojnog sistema ( za binarni sistem A = 2 ) Karakteristični brojni sistemi koji se koriste ( pored binarnog i decimalnog ) su oktalni i heksadecimalni. Uporedni prikaz najčešće korišćenih brojnih sistema dat je na slici 21.

sl.21


Page 21

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Sa slike se vidi da je binarni zapis nekog broja uvek duži, odnosno zahteva više cifara nego zapis istog broja u ostalim sistemima, pa se u savremenoj digitalnoj tehnici za rad sa velikim brojevima često koriste oktalni i heksadecimalni sistem ( naročito ovaj drugi ), čime se zapis mnogo skraćuje, a oba sistema se brzo i lako prevode u binarni po potrebi. Matematičke operacije se u okviru svakog brojnog sistema izvode po pravilima utvrđenim za taj sistem. Pošto računari inače koriste binarni sistem, razvijeni su mnogi kodovi koji omogućavaju vezu između decimalnog i binarnog sistema, kao što su npr. BCD – Binary Coded Decimal, EBCDI – Extended Binary Coded Decimal Interchange itd. Kodiranje informacija koje se nanose na nosače je pojednostavljeno upotrebom standardnih tabela kodova, od kojih su najpoznatije ISO/R840 ( DIN 66024 ) i EIA 224A ( Electronics Industries Association ). Na slici 22 prikazana je tabela standardnih kodova ISO/R840. Sa slike se može primetiti da su standardnim kodovima obuhvaćene sve osnovne cifre i znaci koji su potrebni za zapisivanje uobičajenih programa, zatim kretanja u pravcu svake od tri ose, paralelna kretanja u odnosu na ose, parametri međupomeranja po raznim pravcima, okretanja oko svake ose, brojevi obrtaja itd.


Page 22


sl.22


Page 23

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu U tehnologiji numeričkog upravljanja se koriste razne jedinice za odmeravanje količine informacija. Najmanja jedinica se naziva bit. Ime je dobila stapanjem reči binary sa rečju digit, što u prevodu znači binarna cifra. Bit može imati samo vrednost 1 ili vrednost 0, pa time opravdava ime. Prva veća jedinica od bita je bajt ( eng. byte = ugriz ). Odnos između bajta i bita je različit u različitim NC sistemima. Ranije su naviše korišćeni četvorobitni ( 1 bajt = 4 bita ) i osmobitni sistemi ( 1 bajt = 8 bitova ), a danas je veliki broj sistema 16-bitni, dok su najsavremeniji 32-bitni i na kraju čak 64-bitni. U svakom slučaju, bit predstavlja vrlo malu jedinicu, čak je i kilobajt ( 1024 bajtova ili 210 bitova kod osmobitnih sistema ) skoro neupotrebljiva jedinica, pa se danas često koriste megabajt ( 1Mb = 103kb ), i gigabajt ( 1Gb = 106kb ), a na pragu je i nova jedinica terabajt ( 1Tb = 109kb ), koja je za sadašnje pojmove vrlo velika i retko se koristi. Osnovna razlika između klasičnih sistema programskog upravljanja i NC sistema je u načinu sprovođenja upravljanja. Kod klasičnih sistema program upravljanja se sprovodi putem graničnika i krivulja, pa je sistem prilično krut u tom pogledu, dok se kod NC sistema sprovodi putem kodiranog programa, koji se vrlo lako definiše, koriguje i menja. Promena upravljačkog programa se kod klasičnih sistema izvodi uglavnom fizičkim pomeranjem ili zamenom raznih elemenata sistema, a kod numeričkih je dovoljno uneti izmene u postavljeni programski kod ili napisati novi. Uobičajeni delovi numeričkih sistema su upravljačka jedinica ( UJ ), merni sistem ( MS ), pogonski sistem ( PS ) i objekat upravljanja odnosno mašina alatka kojom se upravlja ( slika 23 ).

sl.23


sl.24

Page 24

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu NC sisteme je moguće klasifikovati na mnogo načina. Na osnovu tehnološkog zadatka upravljanja obradom, mogu se podeliti na sisteme pozicionog numeričkog upravljanja, sisteme konturnog numeričkog upravljanja i sisteme kombinovanog numeričkog upravljanja. Sistemi pozicionog numeričkog upravljanja se najčešće koriste za procese bušenja, razvrtanja i proširivanja, jer podrazumevaju kretanje radnih organa mašine po unapred definisanim tačkama – radnim pozicijama - od tačke do tačke, dok se ne prođu sve koje su programski predviđene. Putanja alata između dve tačke može biti koordinatna, linijska pod uglom od 45° i linearna. Koordinatna putanja je predstavljenja slikom 24. Predstavlja najprostiju i najčešću metodu pozicioniranja. Alat se kreće desnim smerom po pravcu neke ose, npr. y ose na slici, dok ne dostigne punu vrednost y koordinate zadate programom, a zatim se kreće drugom osom ( na slici x ) do pune vrednosti zadate x koordinate, tako da alat konačno dolazi do radne pozicije sa koordinatama ( x, y ). Slika 25 prikazuje kretanje linijskom putanjom pod uglom od 45°. Polazeći sa pozicije 1, alat dostže punu vrednost y koordinate krećući se najkraćim putem pod uglom od 45° do preseka sa koordinatnom linijom tačke, a zatim nastavlja najkraćim putem ( u pravcu x ose na slici ) do žţeljene radne pozicije 2 sa koordinatama ( x,y ).

sl.25

sl.26

Kretanje linearnom putanjom ( slika 26) podrazumeva naizmenične male pomeraje u pravcu dve uzajamno normalne ose ( x i y na slici ), čime se postiţe zapravo koso kretanje u pravcu konačne pozicije ( x, y ). Veličine pomeraja se moraju odrediti tako da rezultujuće kretanje iz polazne u konačnu tačku bude pod uglom od 45°. Uzevši u obzir prethodno izloţeno, pozicioni sistemi numeričkog upravljanja su osim za bušenja, proširivanja i razvrtanja pogodni i za linijsko glodanje u pravcu neke ose ili za linijsko glodanje pod uglom od 45° u ravni oxy ( slika 27 ).


Page 25


sl.27

Pored pomenutih putanja, moguće je postići i lučno kretanje alata ( testerasto ), takođe linearnim sistemom pomeranja, ali sa rezultantom u obliku kružnog luka ( slika 28 ).

sl.28 Na slici vidimo tri moguća načina za ostvarivanje lučne putanje, u zavisnosti od predviđene tolerancije. Sa SP je obeležena stvarna putanja alata, a sa TP teorijska, željena putanja. Primer pod a) prikazuje ostvarivanje lučne putanje kada je dozvoljena tolerancija 2t, odnosno ±t. Alat se kreće pravolinijski preko i ispod luka teorijske putanje TP u pojasu širine 2t, kome je teorijska putanja simetrala. Pod b) je prikazana realizacija lučne putanje kada je dozvoljena tolerancija –t. Alat se kreće testerasto, u pojasu širine t ispod teorijskog luka, tako da pikovi koordinata nikada ne prelaze teorijsku putanju, već su uvek tik ispod nje. Primer c) je obrnuta verzija u odnosu na b). Predviđena tolerancija za ovaj slučaj je +t, pa se alat kreće u okviru pojasa širine t, ali iznad teorijske putanje. Sistemi konturnog numerčkog upravljanja vrše približno kontinualno pomeranje radnih organa mašine po programiranoj putanji, pri čemu pravac vektora brzine kretanja alata uvek tangira putanju. Razlika u odnosu na sisteme pozicionog NC je odmah uočljiva – kretanje se ne vrši segmentno, tačku po tačku, već kontinualno po konturi. Da bi odstupanja bila minimalna, a ostvarena putanja što bliža željenoj, potrebna je precizna kontrola kretanja radnih organa. Konturno NC je pogodno za struganje, brušenje, glodanje i primenu na obradnim centrima. NC konturno glodanje može biti ravansko – 2D ( slika 29) i prostorno – 3D ( slika 30 ).


Page 26


sl.29

sl.30

Kao što se vidi, za 2D numeričko upravljanje bitna je korelacija pomeranja po dve standardne ose x i y tokom obilaska konture, a za 3D je neophodno sadejstvo pomeranja po trećoj osi z. Savremeni sistemi konturnog NC mogu da upravljaju istovremeno kretanjima vezanim za četiri, pet ili čak šest osa. Primer četvoroosnog konturnog NC glodanja dat je na slici 31. Osim kretanja po standardnim osama x, y i z, sistem koristi osu rotacije alata kao četvrtu osu, zbog čega se to naziva četvoroosnim glodanjem. Prostorni ugao između ose rotacije i prilazne površine obradka obezbeđuje predviđenu zakošenost obrađenih površina.

sl.31 Sistemi kombinovanog numeriĉkog upravljanja objedinjuju poziciono i konturno upravljanje, tako što određenim osama upravljaju poziciono, a ostalim osama konturno. Spadaju u najsloženije NC sisteme i imaju najšire obradne mogućnosti. Na slici 32 prikazan je primer kretanja alata pri kombinovanom NC.

sl.32


Page 27

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Na osnovu mernog sistema ( postojanja i tipa povratne sprege ), NC sistemi se mogu podeliti na otvorene, poluotvorene, kvazizatvorene i zatvorene.

Otvoreni NC sistemi ne sadrže merni sistem usled čega imaju najjednostavniju konstrukciju. Kako nemaju merni sistem, nemaju potrebe ni za povratnom spregom, koju takođe ne sadrže. Sastoje se od upravljačke jedinice ( UJ ), elektrokoračnog motora ( EKM ), hidropojačivača ( HP ) i skupa prenosnih mehanizama ( slika 33 ). Veličina pomeranja se diktira brojem impulsa koji se saopštavaju EKM. Sistem nema povratne informacije, pa na tačnost obrade utiču jedino EKM, HP i prenosnik.

sl.33 Poluotvoreni NC sistemi ( slika 34 ) sadrže merni sistem i povratnu spregu koja kontinualno vraća informacije o toku obrade do komparatora u kome se upoređuju sa zadatim podacima. Bilo koje kretanje se prekida u trenutku kada se vraćene informacije o položaju poklope sa onima koje su zadate programom upravljanja. Umesto elektrokoračnih motora, kod ovih sistema se koriste elektromotori jednosmerne struje ( DC servomotori ). Merni sistem je povezan sa navojnim vretenom i merenjem ugaonog pomeraja indirektno meri ( preračunava ) pomeranje radnog stola. Usled povratne sprege i drugih razlika, poluotvoreni NC sistemi su složeniji i skuplji od otvorenih, ali obradu vrše dosta tačnije.

sl.34


Page 28

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Kvazizatvoreni NC sistemi ( slika 35 ) imaju merni sistem povezan sa DC servomotorom, na kome meri ugaone pomeraje i tako indirektno određuje veličinu pomeraja radnog stola. Primećuje se velika sličnost sa poluotvorenim sistemom, po konstrukciji i principu rada, ali su premeštanjem mernog sistema sa mašine na motor izbegnute vibracije i potresi koji negativno utiču na tačnost merenja. Pošto se merni sistem ne nalazi na samoj mašini, ovi sistemi se često smatraju i otvorenim.

sl.35 2.5. HIJERARH NIVOI NC UPRAVLJANJAISTKI Prema načinu ostvarenja numeričko upravljanje može biti konvencionalno ( NC – Numerical Control ), kompjuterizovano ( CNC – Computer Numerical Control ) i direktno ( DNC – Direct Numerical Control ). 2.5.1. KONVENCIONALNO NUMERIČKO UPRAVLJANJE Kod konvencionalnih NC sistema sve operacije se izvode pomoću određenih blokova, specijalizovanih za obavljanje pojedine funkcije u okviru sistema ( slika 36 ). Primer funkcija koje obavljaju namenski blokovi su recimo apsolutno pomeranje, referentno pomeranje, očitavanje programskog koda ili dopunskih ulaznih podataka itd. Kao upravljački elementi se koriste razna integralna, logička i digitalna kola pripojena na odgovarajuće štampane ploče koje su takođe međusobno povezane putem konektora štampanih ploča. Svako kolo oblikuje neki segment upravljačkih signala, da bi se na kraju dobili rezultujući upravljački signali u obliku niza impulsa, od kojih svaki impuls uzrokuje elementarno pomeranje nekog organa mašine, dužine jedne BLU ( Base Length Unit – jedinica dužine pomeranja ). Brzina pomeranja organa mašine zavisi od učestalosti upravljačkih impulsa, a ukupna dužina pomeraja od broja dobijenih impulsa. Promena funkcija upravljanja se vrši zamenom odgovarajućih blokova i adaptacijom sistema veza. a)Numeričko upravljanje pomoću programa na perforiranoj traci 1 – manuelna korekcija; 2 – perforirana traka ; 3 – komandna tabla ; 4 – čitač perforirane trake ; 5 – merni element ; 6 – pogonski blok ; b)Numeričko upravljanje pomoću procesnog računara


Page 29

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 1-6– isto kao prethodno ; 7 – cilindrična spoljna memorija ; 8 – procesni računar ; 9 – računarski čitač perforirane trake; 10 – štampač ; 11 – računarski priključci ;

sl.36 2.5.2. KOMPJUTERIZOVANO NUMERIČKO UPRAVLJANJE Kompjuterizovani NC sistemi ( CNC sistemi ) koriste za upravljanje kompjutere koji sprovode zadati programski kod ( softver ) smešten u memoriji kompjutera. Veliki broj hardverskih kola kojima su se odlikovali konvencionalni NC sistemi je nadomešten softverskim rešenjima kod CNC sistema, tako da je dobar deo hardvera izbačen iz upotrebe. Upravljački signali CNC su definisani kao binarne 16,32 ili 64- bitne reči, zavisno od procesora kompjutera koji se koristi u sistemu. Po pojavi prvih CNC sistema, ranih sedamdesetih godina prošlog veka, konvencionalni NC sistemi su postepeno zastarevali ( u korist CNC ) sve dok nisu potpuno prestali da se proizvode. Softverska konfiguracija CNC je nudila bržu i pouzdaniju implementaciju programa, mogućnost unosa preko tastature, čitača magnetne trake, RS-232 C komunikacionih uređaja i raznih drajvova spoljnih memorija ( Floppy Disc Drive - FDD, Compact Disc Drive – CDD, Zipp Disc Drive - ZDD itd. ). Proizvodne mogućnosti su sa CNC upravljanjem znatno povećane, jer je uz upotrebu računara omogućena ( osim linijske i kružne ) spiralna, kubna i parabolična interpolacija, editovanje programa, kompenzacija, ofset itd. Osnovne razlike konvencionalnih i kompjuterskih NC sistema predstavljene su slikom 37.

sl.37


Page 30

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Pošto su programi kod NC sistema isključivo na perforiranim nosačima, modifikacija programa nije bila moguća, već samo promena celog programa, uz obimno manuelno podešavanje. Kod CNC je moguća izmena bilo kog programa, startovanje i obustava, naizmenično pozivanje različitih programa, editovanje i memorisanje izmenjenog programa na hard disku ili spoljnoj memoriji. Jedan od osnovnih elemenata svakog CNC sistema je upravljačka jedinica ( UJ ), koja manipuliše svim dešavanjima u sistemu – ulazom i izlazom podataka, obradom podataka, kao i mašinskim interfejsom. Slika 38 prikazuje baznu strukturu jedne upravljačke jedinice.

sl.38 Ulaznim podacima UJ se smatraju numerički podaci koji opisuju tehnološke uslove pri kojima će biti izvršena obrada, kretanje alata i drugo. Ulazni podaci se smeštaju u magacin podataka ( tzv. bafer ) odakle se obrađuju putem procesora računara, koji razvrstava podatke po


Page 31

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu tipu i nameni, preračunava putanje alata na osnovu unetih funkcija, potrebne korekcije putanje, brzine pomoćnih kretanja, neophodni intezitet hlađenja alata itd. Prema podacima koje generiše procesor pri obradi, servoupravljačka kola stvaraju upravljačke signale manjeg inteziteta, koji se zatim pojačavaju i implementiraju na mašini. Podaci koji omogućuju upravljanje nad početkom i prekidom radnog ciklusa, primenom sredstva za hlađenje, smerom obrtanja glavnog vretena, dodatnim pomoćnim funkcijama itd. zadaju se mašinskim interfejsom. Elementi koji sačinjavaju jednu UJ su centralna procesorska jedinica ( CPU ), memorija, modul za upravljanje servopogonom, modul za upravljanje brzinom glavnog vretena, modul za komunikaciju i programabilni logički kontroler ( Programmable Logic Controler ). CPU ili jednostavno rečeno procesor računara preuzima podatke iz glavne memorije, obrađuje ih i putem magistrale podataka ( slika 38 ) raznosi do odgovarajućih modula čiji rad se podaci odnose. Procesor čine tri osnovna dela: aritmetičko-logički deo, upravljački deo i memorija trenutnog pristupa. Blok dijagram standardne CPU je izloţen na slici 39.

sl.39 Aritmetičko-logički deo obavlja brojačke funkcije, komparaciju vrednosti, vrši proračune i putem logičkih kola odlučuje o toku procesa. Upravljački deo diktira izvršenje programski predviđenih funkcija, dekodira podatke dobijene iz glavne memorije i daje inicijalne signale raznim prisutnim elementima. Memorija trenutnog pristupa privremeno čuva obrađene podatke dobijene iz aritmetičko-logičkog dela i upravljačke podatke spremne za trenutnu realizaciju. Glavna memorija se deli na dva dela – ROM i RAM memoriju. ROM ( Read Only Memory – memorija koja se samo čita ) memorija je direktno podređena procesoru, koji iz nje crpe softverske informacije i mašinski interfejs. Podaci se u ROM smeštaju prilikom proizvodnje hardvera određenog CNC sistema i ostaju trajno zapisani, čak i bez električnog napajanja memorije. Na njima nije moguće vršiti izmene u samom CNC sistemu i dostupni su isključivo za potrebe procesora. Postoje i dve specijalne vrste ROM – PROM ( Programmable ROM ) i EPROM ( Erasable Programmable ROM ). Prva se može jednom programirati od strane korisnika CNC sistema, a druga se možţe i programirati i brisati proizvoljan broj puta, kada nije u sistemu. RAM ( Random Access Memory – memorija proizvoljnog pristupa ) je memorija u koju se


Page 32

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu podaci mogu upisivati, modifikovati i brisati u zavisnosti od trenutno korišćene softverske aplikacije CNC. Po pravilu, RAM je znatno veća od ROM i može se naknadno dodavati sistemu ( ugradnjom dopunske RAM pločice ) radi povećanja brzine distribucije podataka. Svi podaci koji se dopremaju u RAM ili uzimaju iz iste, putuju magistralom podataka unutar upravljačke jedinice, a posredstvom procesora. Displej CNC sistema je monitor odnosno ekran nekog od tri najčešća tipa - CRT ( Cathode Ray Tube – cev katodnih zraka ), LCD ( Liquid Crystal Display – ekran od tečnog kristala ) ili TFT ( Thin Film Transistor – tranzistor od tankog filma ), u kombinaciji sa raznim svetlosnim indikatorima koji prikazuju informacije o toku odvijanja obradnog procesa i vrednosti praćenih veličina.


Page 33

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Najčešće zastupljeni su monitori tipa CRT, zbog niže cene i veće otpornosti na uslove okoline, mada se prisustvo LCD i TFT sve više povećava. Slika 40 prikazuje izgled standardnog displeja CNC.

sl.40 Operatorska tabla služi kao posrednik ( interfejs ) preko koga korisnik vrši unos upravljačkih programa i uključuje/isključuje određene upravljačke funkcije kao što su modovi brzine glavnog i pomoćnog kretanja, prisustvo sredstva za hlađenje, smerovi obrtanja raznih elemenata, startovanje i prekid programske operacije, manuelno kretanje itd. Izgled klasične operatorske table predstavljen je slikom 41.

sl.41


Page 34

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Upravljanje servomotorima CNC sistema se vrši impulsima niskog inteziteta, generisanim u servoupravljačkim kolima, koji se pojačavaju posredstvom servoupravljačkih pojačivača snage i tako postaju snaţni inicijalni signali za pokretanje motora. Elementi povratne sprege ( enkoderi ) vraćaju informacije o ostvarenim položajima u upravljačku jedinicu, gde se vrši upoređivanje sa žţeljenim položajima i daju novi upravljački signali shodno potrebnim mašinskim akcijama ( slika 42 ).

sl.42 PLC ili programabilni logički kontroleri ( slika 43 ) se sa razvojem CNC sistema sve češće sreću kao element. Po strukturi, to su inteligentni kontroleri koji sadrže mikroračunar i mogu da upravljaju diskretnim funkcijama mašine npr. izmenom alata, stezanjem obradka, prisustvom sredstva za hlađenje i mnogim drugim zavisno od koncepta pojedine CNC mašine.

sl.43


Page 35

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu CPU mikroračunara PLC obezbeđuje komunikaciju svih ostalih delova, upravlja memorijom, obrađuje ulazne podatke PLC i definiše izlazne. Identifikacija stanja PLC se obično izvodi na osnovu rada svetlećih dioda – indikatora. U memoriji PLC smešten je operativni sistem i korisnički program. Ranije je bila EPROM tipa, dok se danas koristi FLASH ( memorijski štapići ). PLC sadrži električno napajanje koje obezbeđuje jednosmerni napon 24V ili 220V naizmeničnog napona kod većine kontrolera. Ulazne podatke PLC prikuplja pomoću raznih senzora i detektora kojima prati kretanje mehanizama, prisustvo i položaj obradka, nivo sredstva za hlađenje itd. Izlazni uređaji PLC su najčešće motori i releji koji na osnovu signala PLC proizvode određenu akciju. Programiranje PLC se izvodi pomoću računara ili ručnim programatorom ( konzolom ). Laptop računarima se PLC vrlo jednostavno programiraju na licu mesta, u samoj fabrici. Kod savremenih fleksibilnih proizvodnih linija koristi se niz CNC mašina koje obavljaju proizvodni proces, a nadgledaju se zajedničkim računarom. U tom slučaju se kao elementi integracije vrlo često koriste PLC. Kombinacija CNC/PLC je veoma uspešna, jer rasterećuje CNC i daje sistemu dodatne upravljačke mogućnosti. Primeri tri uobičajena načina integracije CNC/PLC prikazani su na slici 44.

sl.44


Page 36

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Prvi način povećava funkcionalnost mašine postavljanjem PLC između mašine i CNC, tako da se celokupna razmena informacija vrši putem odogovarajućih modula CNC/PLC. Drugi način podrazumeva slično rešenje, ali se između CNC i PLC nalazi magistrala podataka sa većim komunikacijskim mogućnostima. Treće rešenje je najkompleksnije – PLC je integrisan u samom CNC, uzajamna komunikacija se obavlja korišćenjem izvršnih programa, a komunikacija sa mašinom ide preko magistrale podataka. U najsavremenijim sistemima se koristi kombinacija PLC integrisanog u CNC uz dopunske PLC na magistrali podataka ( više PLC ). Kada je PLC integrisan u sami CNC sistem, koristi se odgovarajući interfejs softver koji implementira PLC funkcije. Softver koji proizvodi tvorac PLC je u tom slučaju prilagođen određenom tipu CNC i koristi programske olakšice koje je predvideo proizvođač CNC. Sadržaj slike 45 pokazuje distribuciju upravljačkih funkcija kod PLC integrisanog u CNC sistem.

sl.45 Upravljačke jedinice CNC koriste tri glavna tipa programa – operativni softver, aplikativni softver i mašinski interfejs. Operativni softver je primarni i smešten je u mikročipu ROM-a. On prima programske podatke, obrađuje ih i šalje upravljačke signale izvršnim elementima. Aplikativni softver obrađuje načine kretanja i putanje alata tokom obradnog procesa, a mašinski interfejs obezbeđuje uzajamnu razmenu podataka CNC i PLC i koordiniranu akciju sistema. Moderni CNC/PLC sadrže mnoštvo novih operatorskih funkcija kao što su: blokiranje jedne ili više osa kretanja prilikom testiranja programa, izbor dopunskih pomoćnih osa kojima se olakšava definicija kretanja alata, obrada grešaka, rad sa polarnim koordinatama, translacija i rotacija koordinatnog sistema, helikoidna interpolacija, kompenzacija grešaka usled habanja alata, konverzija CAD fajlova, ubrzano kretanje alata pri praznim hodovima, kao i mnoštvo drugih funkcija koje u velikoj meri olakšavaju rukovanje CNC sistemima.


Page 37

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 2.5.3. DIREKTNO NUMERIĈKO UPRAVLJANJE (DNC) Sistemi direktnog numeričkog upravljanja ( DNC ) su nastali na temelju komunikacije podataka u računarskim mrežama. Dve osnovne vrste DNC su prisutne u današnjem okruženju – DNC sa direktnim upravljanjem i DNC sa distributivnim upravljanjem. Koncept direktnog upravljanja ( slika 46 ) obuhvata upravljanje grupom od nekoliko NC sistema upotrebom glavnog kompjutera, koji može biti na istom mestu gde i NC sistemi ili udaljen od njih. Početak upotrebe ovakvih sistema vezuje se za 1968. godinu, kada je prvi put uspešno izvedeno upravljanje NC mašinama za obradu rezanjem glavnim kompjuterom, koji je bio udaljen 300m.

sl.46 Memorija glavnog računara pri DNC mora biti velika, a procesor zadovoljavajućih karakteristika, kako bi se upravljanje odvijalo tečno i bez problema. Poklapanje razvojnih godina CNC i DNC ( sedamdesete godine prošlog veka ) dovelo je do slabije upotrebe DNC, jer su CNC sistemi bili u ekonomskoj prednosti. Tada je DNC uglavnom koristila američka avio industrija, pošto je dostavljanje perforiranih traka za CNC sisteme bilo oteţano. Kada je direktno upravljanje kroz upotrebu malo usavršeno, ubrzo je našlo svoj put do korisnika širom sveta. Standardne funkcije koje su pokrivene direktnim načinom upravljanja su: memorisanje, programa, editovanje i izvršenje, simulacija rada novih programa, prikupljanje podataka neophodnih za mašinsku obradu i njihovo procesiranje, protok upravljačkih informacija kroz sistem itd. Distributivno numeričko upravljanje ima koncept vrlo sličan direktnom upravljanju, ali se umesto jednog, glavnog kompjutera koristi više računara povezanih u mreţu ( slika 47 ). Sistemi distributivnog upravljanja su nastali kao rezultat napora da se ostvari proizvodna komunikacija na nivou celog preduzeća. Povezivanje računara u mreže dovelo je do razmišljanja o novim mogućnostima direktnog upravljanja, što je 1985. godine dovelo do formulisanja karakterističnih


Page 38

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu zahteva koje DNC sistemi treba da ispune da bi se nazvali distributivnim. Postavljeni su u globalu sledeći zahtevi: mogućnost upravljanja velikim brojem programa uz mogućnost davanja izveštaja o broju i nazivu programa, vremenima obrade, alatima svake mašine, učestalosti pozivanja programa, zaštita pristupa editovanju programa, dvosmerna komunikacija između mreže računara i upravljanih mašina, kompatibilnost povezivanja mašina raznih proizvođača u isti DNC sistem, upravljanje operativnim podacima, postojanje baza podataka o alatima i materijalima itd.

sl.47 Ustaljeni tipovi konfiguracija koje se sreću kod DNC sistema su prekidačka mreža, lokalna mreža i mreža u okviru preduzeća. DNC prekidačka mreža je najednostavnija konfiguracija koja ima dve podvarijante – prekidačku mrežu sa tehnikom biranja i prekidačka mreţa sa višekanalnom tehnikom. Prva varijanta koristi razvodne kutije kojima se jedan komjuter vezuje sa nekoliko mašina i jednim štampačem, serijskom vezom RS 232 C. Druga varijanta podrazumeva upotrebu posebnog uređaja – multipleksera koji omogućava višekanalni rad. Uređaj vezom RS 232 C povezuje kompjuter sa nekoliko mašina i odgovarajućim pratećim uređajima – štampačima, skenerima, ploterima itd.


Page 39

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu DNC lokalna mreža ( LAN – Local Area Network ) se sastoji od nekoliko malo udaljenih računara spojenih u lokalnu mrežu putem koje su povezani sa upravljanim mašinama i perifernim uređajima. Prema načinu povezivanja računara u mrežu LAN mogu biti zvezdaste, prstenaste i magistralne. Zvezdaste LAN imaju centralni kompjuter na koji su spojeni svi ostali kompjuteri u mreži i preko njega komuniciraju. Prstenaste LAN se sastoje od računara vezanih po lokaciji i redosledu u zajednički prsten. Komunikacija se odvija kružţnim tokom, obilazeći čvorove na kojima su vezani računari. Prstenaste LAN su veoma loše koncipirane i koriste se u krajnjoj nuţdi. Magistralne LAN koriste kabl velike protočne moći – magistralu podataka – na koji su vezani svi računari. Centralni računar postoji, ali nije od presudne važnosti za komunikaciju unutar mreže, računari mogu da komuniciraju i kada je centralni računar isključen, što kod zvezdaste konfiguracije npr. nije moguće. Magistralne konfiguracije LAN imaju najbolju strukturu i najveću komunikacionu moć. Postoje dve osnovne strukture LAN za direktno upravljanje – centralizovana i distributivna struktura. Centralizovana struktura LAN ( slika 48 ) obuhvata računare za upravljanje raspoređene po hijerarhijskim nivoima upravljanja – lokalni kompjuteri upravljaju DNC sistemom od nekoliko mašina, a iznad njih je proizvoljan broj nivoa kompjutera sa sve većim domenom upravljanja, a na samom vrhu je centralni ili glavni računar koji upravlja celom strukturom ( vertikalna komunikacija ).

sl.48


Page 40

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Distributivna struktura ( slika 49) predstavlja suprotnu ideju komunikacije – bočnu ili horizontalnu komunikaciju. Veći broj kompjutera je magistralom podataka povezan na istom hijerarhijskom nivou, uz povećanu međusobnu komunikaciju i upotrebu server računara za baze podataka o alatima i materijalima, kao i CAD/CAM stanica. Kombinovanjem centralizovane i distributivne strukture možţe se dobiti veoma dobra struktura LAN namenjenih DNC sistemima.

sl.49 DNC mreža u okviru preduzeća ( slika 50 ) se ostvaruje povezivanjem LAN različite strukture i namene koje pripadaju razvijenom preduzeću u jednu WAN mrežu ( Wide Area Network ), kojom su obuhvaćene sve proizvodne ćelije preduzeća, CAD/CAM stanice, baze alata i materijala, razni periferni uređaji i ostale komponente neophodne za kompletno upravljanje proizvodnim procesima preduzeća.


Page 41


sl.50 Softver koji koriste DNC sistemi klasifikuje se u tri grupe – mreţni softver, aplikativni softver i softver za upravljanje bazama podataka. Mrežni softver kontroliše ceo sistem povezanih računara, mašina i drugih uređaja koji pripadaju DNC. Komunikacija između različitih komponenti sistema je takođe u domenu mrežnog softvera, kao i rad sa programima, editovanje, distribucija i memorisanje. Aplikativni softver sačinjava skup programa vezanih za mašinsku obradu, CAD/CAM programi, grafički programi, softver za izveštavanje o toku procesa itd. Softver za upravljanje bazama podataka daje korisniku mogućnost pristupa podacima smeštenim u raznim bazama podataka koje sadrţi DNC mreţa. Podacima se pristupa selektivno i brzo, uz mogućnost pretrage po zadatim kriterijumima. Osim baza alata i materijala i CAD/CAM datoteka, u okviru DNC se često nalaze informacije o vremenima obrade, instrukcije o radu mašina, podaci statističke kontrole procesa i slično. Prilikom opredeljivanja korisnika da instalira DNC sistem, veoma je važno da sistem bude pravilno odabran, u skladu sa potrebama i mogućnostima korisnika DNC. Kriterijumi koji pomažu pri odabiru vrste i karaktera DNC sistema su: broj upravljanih CNC, ukupan broj potrebnih NC programa i njihova veličina, učestalost upotrebe pojedinih programa, stepen integracije koji omogućuje najbolji rad sistema i željeni operativni sistem mreže.


Page 42

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 3. ELEMENTI TEHNIKE NUMERIĈKOG UPRAVLJANJA Tehnički elementi koji čine osnovnu stukturu NC sistema su, kao što je već ranije pomenuto – upravljačka jedinica, pogonski sistem, merni sistem i upravljana mašina alatka 3.1. UPRAVLJAČKE JEDINICE Građa upravljačkih jedinica i način njihovog funkcionisanja su razmatrani u prethodnim poglavljima. Funkcije koje UJ ostvaruju u sistemu su sledeće: startovanje i prekid rada mašine, uključivanje/isključivanje rashladnog sredstva, pozicioniranje radnog stola, zamena alata između određenih operacija obrade, puštanje glavnog vretena u rad i blagovremeno zaustavljanje, pozicioniranje alata po osama pri zadatom pomoćnom kretanju, kretanje alata po konturi obradka itd. Standardni moduli u okviru UJ su: upravljački modul, memorijski i komunikacijski modul, modul za interpolaciju, modul za ulaz/izlaz podataka i modul za podršku ekrana. Osim ovih, mnoge UJ sadrže razne druge module vezane za prijem i obradu podataka. Slika 51 prikazuje programsku tablu moderne CNC upravljačke jedinice proizvođača “Cincinati Milacron”, kojom je omogućena simulacija grafike i mogućnost tzv. radioničkog programiranja.

sl.51 Brzi razvoj računara doprineo je povećanje mogućnosti savremenih upravljačih jedinica. Današnje UJ podržavaju veliki broj programskih kodova kao što su APT, EXAPT, AUTOMAP, COMPACT II, ADAPT, UNIAPT, 2CL i mnogi drugi. U odnosu na prve UJ CNC sistema, koje su upravljale jednostavnijim sistemima koristeći linijske ili kruţne interpolacije pređen je dug put. Moderne UJ koriste desetak vrsta interpolacije i upravljaju sloţenim sistemima – obradnim centrima, uz upotrebu mnoštva raznovrsnih obradnih funkcija. Efikasnost upravljanja i brzina razmene podataka su sa razvojem procesora i memorijskih modula mnogo povećane, čime su porasle i proizvodne mogućnosti CNC sistema, a time i ekonomika čitavih proizvodnih procesa.


Page 43

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu 3.2. POGONSKI SISTEMI Pogonski sistemi ( PS ) daju pogon radnim organima upravljane mašine i ostalim uređajima koji potpomažu rad sistema. Kod sistema numeričkog upravljanja pogon je podeljen na pogon glavnog kretanja, pogon pomoćnih kretanja i pogon pomoćnih funkcija ( npr. mašinskog interfejsa ). Podela je omogućila lako upravljanje i automatizaciju procesa. Elementi pogonskih sistema se klasifikuju u tri grupe u zavisnosti od svoje funkcije u pogonu mašine – grupu pojačivača, grupu regulatora i grupu aktuatora. Upravljački deo PS čine prve dve navedene grupe – pojačivači i regulatori. Pojačivači pojačavaju upravljačke signale koji dolaze u PS, regulatori regulišu potreban broj obrtaja glavnog i pomoćnog kretanja, kao i ostvarivanje predviđenih položaja delova PS za pomoćno kretanje. Aktuatorima se smatraju elementi koji obezbeđuju radnu snagu sistemu – motore, zatim, prenosni elementi i izvršni organi sistema – glavno vreteno, radni sto, nosač alata i sl. Opšta klasifikacija PS prema nekoliko osnovnih kriterijuma data je na slici 52.

sl.52


Page 44

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Pogonski elementi za glavno kretanje obezbeđuju obrtni moment kojim se savlađuje otpor rezanja i otpori trenja i inercije u prenosnom sistemu glavnog kretanja, uz što je moguće širu oblast regulacije broja obrtaja i pribliţno konstantnu brzinu rezanja. Širok pojas regulacije broja obrtaja je veoma bitan za kvalitetno vršenje procesa obrade. Previsok broj obrtaja daje veliki otpor rezanja, što dodatno opterećuje mašinu, a pri niskom broju obrtaja obrada traje predugo, pa je izbor optimalnog broja obrtaja od ključnog značaja za obradni proces. Kao pogoni glavnog kretanja se najčešće koriste elektromotori jednosmerne struje ( DCM ) i trofazni asihroni motori ( ACM ). Prikaz strukture pogonskog sistema glavnog kretanja kod NC mašina izloţen je na slici 53.

sl.53 DCM koji se koriste za pogon glavnog kretanja NC mašina najčešće imaju nezavisnu pobudu, komutator i poseban ventilator za hlađenje. Imaju dva moda upravljanja brojem obrtaja – upravljanje naponom u kolu rotora pri konstantnom obrtnom momentu i upravljanje magnetnim poljem pri konstantnoj snazi. Prvi mod daje odnos maksimalnog i minimalnog broja obrtaja u opsegu 20:1 do 30:1, a drugi od 3:1 do 4:1. Upravljanje se vrši naizmeničnim naponom, a motor radi pri jednosmernom naponu, pa je radi zadovoljenja obe potrebe neophodno koristiti AC/DC konvertor, koji pretvara naizmenični napon u jednosmerni. Funkcionalna šema DC motora sa nezavisnom pobudom i spoljni izgled DC motora predstavljeni su slikom 54.


Page 45


Ir – struja kroz kolo rotora ; Ur – napon u kolu rotora ; Ip – pobudna struja ; Up – pobudni napon ; Φ – elektromagnetni fluks;

sl.54

Sa povećanjem napona u kolu rotora raste i snaga motora, a kako je snaga motora proizvod broja obrtaja i obrtnog momenta, to je princip regulacije naponom u kolu rotora očigledan. Smanjenjem pobudne struje može se povećati broj obrtaja pri konstantnoj snazi, ali na račun smanjenja obrtnog momenta motora. Uobičajena upotreba DCM u NC sistemima često podrazumeva rad u tzv. četvorokvadratnom režimu rada čiji je prikaz dat slikom 55.


Page 46


sl.55

U prvom kvadrantu DCM funkcioniše kao motor, obrtanje je u smeru kazaljke na satu, a motor je u procesu ubrzanja. Drugi kvadrant karakteriše obrtanje takođe u smeru kazaljke na satu, DCM radi kao generator, a u toku je proces usporenja ( kočenja ). U trećem kvadrantu smer obrtanja je suprotan smeru kretanja kazaljke na satu, DCM radi kao motor i ubrzava, a u četvrtom je smer obrtanja isti, ali motor ima funkciju generatora i koči. Promena smera obrtanja se kod motora jednosmerne struje izvodi promenom polariteta napona u kolu rotora ( odnosno promenom smera struje rotora ). Trofazni asihroni motori ( ACM ) se takođe često koriste za pogon glavnog kretanja NC sistema. Brojem obrtaja rotora ACM se menja promenom izlazne frekvence pomoću specijalnog uređaja – regulatora frekvence ( slika 56 desno ).

sl.56 Promenom izlazne frekvence može da se utiče na električne osobine statora ili na električne osobine rotora, čime je omogućeno upravljanje motorom. Trofazni ACM su izdržljivi u radu i dobro podnose privremeno preopterećenje. Odlikuju se širokim pojasom regulacije broja obrtaja, malim momentom inercije, visokom pouzdanošću, a posebno se ističu izrazito stabilnim radom pri niskim brojevima obrtaja. Spoljni izgled ACM je prikazan u levom delu slike 56.


Page 47

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Osim DCM i ACM, kao pogoni glavnog kretanja se koriste i hidraulične pumpe. Hidraulične pumpe mpgu raditi sa stalnim ili promenljivim pritiskom hidraulične tečnosti, konstantnog ili promenljivog radnog kapaciteta. Prema tipu, dele se na zavojne, zupčaste, krilne i klipne pumpe. Klipne pumpe su vrlo pogodne za pogon NC mašina. Na osnovu položaja klipa/klipova klipne pumpe mogu biti radijalne ( slika 57/a ) ili aksijalne klipne pumpe ( slika 57/b ).

sl.57 Klipne pumpe se mogu koristiti reverzibilno, kao hidromotori, ako im se sa druge pumpe dovede hidraulična tečnost pod dovoljnim pritiskom. U tom slučaju, dovedeni pritisak vrši obrnutu akciju na pumpi, pa se pumpa ponaša kao motor. Posebne konstrukcije pogodne za pogon radnih stolova i drugih pomoćnih kretanja su hidrocilindri, koji rade na principu šprica, u modu pokretnog klipa ili modu pokretnog cilindra. Prenosnici glavnog kretanja se svrstavaju u dve glavne grupe prema vrsti kretanja koje prenose– prenosnike obrtnih kretanja i prenosnike pravolinijskih kretanja. Prenosnici obrtnih kretanja mogu biti sa stepenastom, kontinualnom i kombinovanom promenom broja obrtaja. Stepenasta promena se odlikuje skokovitom promenom broja obrtaja, po utvrđenim brojevima iz određenog reda standardnih brojeva ( npr. red R10, R20 itd. ). Mana stepenaste promene je loša optimizacija broja obrtaja, kada se optimalna vrednost nađe blizu sredine intervala između mogućih vrednosti. Kontinualna promena je veoma dobra za optimizaciju rada CNC. Brojevi


Page 48

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu obrtaja se menjaju ravnomerno i postepeno do dostizanja tačne optimalne vrednosti. Razlikuju se mehanički i hidraulični kontinualni prenosnici.

3.3. MERNI SISTEMI Merni sistemi ( MS ) NC mašina prate kretanja izvršnih organa i putem povratnih sprega vraćaju informacije o položajima svih praćenih elemenata u upravljačku jedinicu NC sistema, kako bi se uporedili ostvareni položaji sa položajima predviđenim programom. Na taj način MS predstavljaju neku vrstu čula kojom NC sistem prati realizaciju zadatog obradnog programa. MS su kod numerički upravljanih sistema vezani za upravljačke ose kao što je slučaj i kod pogona pomoćnih kretanja. Uobičajen je raspored da svaka od upravljivih osa ima svoj servomotor i svoj merni sistem ( slika 58 ).

MSx , MSy , MSz – merni sistemi x, y i z ose ; SMx , SMy , SMz – servomotori x, y i z ose ;

sl.58


Page 49

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Merni sistemi trebaju da imaju kratko vreme reagovanja, dobru osetljivost i mogućnost da registruju promene smera kretanja. Jednostavna ugradnja i niska cena su dopunski kriterijumi kojima se ocenjuje kvalitet određenog mernog sistema. Postoje dva elementarna načina merenja - direktno i indirektno merenje. Direktno merenje vrši merni senzor koji bez ikakvog posrednog elementa registruje veličine pomeranja. Princip direktnog merenja predstavljen je na slici 59 levo. Servomotor (1) pokreće radni sto (2) na kome je pričvršćena merna skala (3). Direktno merenje obavlja senzor pomeranja (4). Indirektno merenje prikazano je na desnom delu slike 70. Rotor senzora (4) posredstvom navojnog vretena (2) i zupčastog para z1/ z2 vrši merenje pomeranja radnog stola (3), pa je merenje u tom slučaju indirektno.

sl.59 Prema principu dobijanja izmerene vrednosti razlikujemo analogne MS i digitalne MS. Analogni sistemi određuju dužinu pomeraja na osnovu Omovog zakona, mereći električni napon između polazne tačke i tačke završetka kretanja ( slika 60/a ). Da bi pređeni put izvršnog organa mogao da se neposredno očita, na električni potenciometar koji je deo ovog MS postavlja se posebna skala koja umesto napona pokazuje dužinu pomeraja. Digitalni sistemi za merenje uglavnom koriste merne skale i svetlosne senzore koji su povezani sa elektronskim brojačima. Brojači broje koliko se puta promeni jačina svetlosnog odsjaja merne skale prilikom kretanja izvršnog organa i na svom displeju prikazuju duţinu pomeraja izraženu u odgovarajućim mernim jedinicama. Vrednost jednog podeoka merne skale je promenljiva, što su podeoci uži, to je merenje preciznije ( slika 60/b ).


Page 50


sl.60

Merenjem u apsolutnom iznosu ili apsolutnim merenjem se meri pređeni put izvršnog organa uzimajući za početnu tačku uvek jednu istu tačku čiji je položţaj u sistemu fiksan – obično koordinatni početak ( slika 61 ).

sl.62 Relativno merenje podrazumeva merenje puta uzevši za početnu tačku merenja tačku gde se izvršni organ nalazi u trenutku polaska ( slika 63 ). Pri svakom novom merenju menja se početna tačka, pa izmerena vrednost pokazuje odstojanje od poslednjeg položaja ( referentnog položaja ) koji je izvršni organ zauzimao pre kretanja. Zbog toga se takvo merenje zove relativno ili referentno.


Page 51


sl.63

Prednosti apsolutnog merenja su manja mogućnost greške i jedinstvenost definicije položaja tačaka, a nedostatak je visoka cena kodnih lenjira veće dužine koji su neophodni pri merenju većih pomeraja. Relativno merenje, koje se zove još i inkrementalno ( vrednost jednog podeoka inkrementalnog lenjira naziva se inkrement ), je oblik pogodniji za praćenje kretanja tačku po tačku. Mana relativnog merenja je mogućnost akumulacije grešaka merenja, jer jedan netačno izmeren položaj poremećuje sva naknadna merenja. Opšta klasifikacija mernih pristupa prikazana je slikom 64.


Page 52

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu sl.65

4.PRIMENA SISTEMA NC UPRAVLJANJA KOD MAŠINA ALATKI Najveći broj današnjih mašina alatki, namenjen je obradi metala rezanjem. Uglavnom ove mašine definišu se na isti način kao i konvencionalne mašine alatke i klasifikuju po istim grupama (strugovi, bušilice, glodalice, brusilice). NC strugovi su mašine alatke namenjene za obradu rotacionih delova različite geometrijske konfiguracije i dimenzije. Karakteristike ovih mašina izražene su kroz: automatsko upravljanje geometrijskim i tehnološkim informacijama, kraće vreme obrade, visok nivo dimenzionisane i površinske tačnosti izradtka, visok nivo ekonomičnosti primene i sl. NC glodalice su mašine alatke namenjene za obradu raznih površina, složenih prostornih površina, žlebova različitih profila, zavojnih površina navoja, zupčanika i dr. Ove vrste mašina po pravilu su višeosno upravljane sa konturnim kompijuterskim upravljanjem različite namene. NC bušilice namenjene su za obradu rupa i otvora. Na njima se pored bušenja mogu izvoditi operacije proširivanja, urezivanje navoja, razvrtanja, zabušivanja, čeonog glodanja. Po principu to su mašine sa tro-koordinatnim upravljanjem a prema položaju radnog vretena mogui biti vertikalne i horizontalne. NC bušilice-glodalice, predstavljaju kombinaciju bušilice i glodalice i namenjene su za obradu kućišta i sličnih delova u tehnologiji mašinogradnje koji imaju dosta površina i otvora za obradu. Na njima se obično izvode operacije bušenja, proširivanja, glodanja, razvrtanj, rezanja navoja, prostrugivanja i sl. Mogu biti vertikalne i horizontalne, a vrlo često se sreću sa hoprizontalnim glavnim vretenom. NC brusilice razvoj ovih mašina alatki sa CNC upravljanjem nije bio toliko aktuelan kao mašina alatka za obradu rezanjem, ali je široko prihvaćen.


Page 53

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Brusilice su mašine alatke namenjene završnoj obradi, a u cilju dobijanja visokog kvaliteta obrađene površine i dimenzionalne tačnosti. U zavisnosti od specifičnosti postupka obrade dele se uglavnom na: brusilice za okruglo brušenje, brusilice za unutrašnje okruglo brušenje, brusilice za okruglo brušenje samocentrisanjem obratka, brusilice za ravno brušenje, brusilice za oštrenje alata, brusilice za glačanje i poliranje, i brusilice specijalne namene

5.STRUKTURA I OPIS MAŠINE

• • • • • • • • • • •

За обраду стругањем изабрао сам CNC машину: Модел: PH 42 Произвођач: POTISJE Порекло: Југославија Мах. пречник обратка: 200mm Мах. дужина обратка: 450mm Снага погонског мотора: 16kW Област регулисања бр. обрта: 19‐6000 min‐1 Мах. момент на гл. вретену: 98.5 Nm Унутрашњи пречник: 42mm Габарити: 2.9х1.75х2 m Маса машине: 5000kg


Page 54


6.PRIMER IZRADE PROGRAMA

Radionički crtež


Page 55


sl.67 Prikaz crteža

Programski list: Rešenje u apsolutnim koordinatama: % 01 (TEST PRIMER) ;


G92 X50. Y5. ; G90 G41 G01 X50. Y0 ; X70. ; Y25. R5. ; Y35. ;

Page 56

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu G03 X20. Y35. I-15. J0 ; G01 X0 ; Y0 ; X49. M01 ; X50. ; Y5. G40 M30 ; %

01 (TEST PRIMER) ; G92 X50. Y5. ; G91 G41 G01 Y-5. ; X20; Y25. R5. ; X-20. R5. ; Y10. ; G03 X-30. Y0 I-15. J0 ; G01 Y-5. ; G02 X-10. Y-10. I0 J-10. ; G01 X-10. ; Y -20. ; X49. M01 ; X1. ; Y5. G40 M30 ; %

Rešenje u relativnim koordinatama: %

7.ZAKLJUČAK Programsko upravljanje mašinama alatkama je potpuno preokrenulo način proizvodnje i podstaklo ubrzani razvoj ljudskog društva. Osim što je donelo olakšanje u smislu smanjenja fizičkog ljudskog rada, omogućilo je proizvodnju velikog broja proizvoda sa minimalnim odstupanjima dimenzija.


Page 57

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Eliminacijom ljudskog faktora iz konkretnog vođenja obradnih procesa, greške su se svele na minimum, a ekonomičnost proizvodnje porasla. Korak dalje ka automatizovanoj proizvodnji većih serija proizvoda donelo je numeričko upravljanje i sistem bušenih medijuma za unos podataka. Jeftin medijum prenosa informacija i lakša izmena proizvodnog programa podstiču dalji napredak programske proizvodnje. Sa dolaskom CNC i DNC sistema, mogućnosti mašina alatki da izrađuju proizvode složenije geometrije naglo rastu. Postepenim razvojem CNC sistema nove metode interpolacije dodatno obogaćuju mogućnosti mašina. Dolazi se do kontura koje je ručnim upravljanjem mašinom vrlo teško ako ne i nemoguće izraditi. Softverska rešenja potiskuju hardverske komponente, a zamena programa se svodi na učitavanje sledećeg programa u kompjuter, iz modernih spoljnih memorija. DNC sistemi su se rasprostrli svetom kao epidemija, sve više preduzeća ih je uvodilo u svoju proizvodnju. Izuzetno dobra komunikacija između raznih proizvodnih sektora u preduzeću, ostvarena putem računarskih mreža i DNC je privlačila ogroman broj korisnika. CAD/CAM podrška i baze alata/materijala su dovele DNC na još veći nivo, pa fabrike postaju pravi proizvodni giganti. Svaka ozbiljna proizvodnja, u današnje vreme, počiva na upotrebi numerički upravljanih mašina ili čak robota. Velike serije savršeno izrađenih proizvoda, zadovoljenje mnoštva ljudskih potreba i veliki rast opšteg društvenog proizvoda pokazuju koliki je značaj programskog upravljanja za celokupno čovečanstvo.

8.LITERATURA Radomir V. Slavković - “PROGRAMSKO UPRAVLJANJE MAŠINAMA ALATKAMA”, Tehnički fakultet, Čačak, 2004. godine Miodrag Manić - beleške sa predavanja iz predmeta Tehnološki sistemi, Mašinski fakultet, Niš, školska 2003/2004. godina


Page 58

Tehnički fakultet Čačak Univerzitet u Kragujevcu Luka Ljuboja – “Računari u sistemima upravljanja” ( skripta za učenike ), Tehnička škola, Kikinda, 2005. godine internet sajtovi: http://www. wikipedia.org/ http://www.coolmagnetman.com/magdcmot.htm http://www.grainger.com/Grainger/wwg/start.shtml http://www.gildemeister.com/ http://www.cnccncmachines.com/


Page 59

Pogonsko upravljanje mašina

Recommend Documents