NUMERIČKI UPRAVLJANE ALATNE MAŠINE - CAM SISTEMI
1. UVOD
Savremeno tržište i njegova globalizacija postavlja zahteve za sve složenijim proizvodima i velikim brojem različitih varijanti projektnih rešenja, a sve to kako bi se zadovoljili specifični zahtevi krajnjeg kupca. Konkurencija na globalnom svetskom tržištu posebno je izražena u mašinogradnji, aeroindustriji, autoindustriji, elektronskoj i ostalim industrijama, pri čemu se kao jedan od prioriteta postavlja zahtev za stalnim povećanjem kvaliteta proizvoda, uz nezaobilazan pritisak za smanjenjem cene, kao i skraćenjem vremena potrebnog za izlazak proizvoda na tržište, što je nemoguće ostvariti bez fleksibilnih proizvodnih sistema (FPS).
Sa tehničko-tehnološkog aspekta, opstanak na tržištu uslovljen je stalnim uvođenjem novih tehnologija kao što su programabilna i fleksibilna automatizacija, računarski integrisana proizvodnja (CIM – Computer Integrated Manufacturing) i novi koncepti kao što su holonički proizvodni sistemi (HSM – Holonic Manufacturing Systems), agilni proizvodni sistemi (AMS - Agile Manufacturing Systems), inteligentni proizvodni sistemi (IMS - Intelligent Manufacturing Systems) i sl. Uvođenje ovakvih sistema vodi u pravcu razvoja fabrika 21. veka. U oblasti projektovanja i izrade novih proizvoda i tehnologija primena računara kroz uvođenje sistema kao što su računarski podržano projektovanje (CAD - Computer Aided Design), računarski podržana proizvodnja (CAM - Computer Aided Manufacturing), računarski podržano konstruisanje (CAE – Computer Aided Engineering) i drugih sličnih sistema i njihova integracija kroz CIM, je imperativ u održavanju konkurentnog položaja na tržištu.
Od svoje pojave ranih šezdesetih godina prošlog veka do danas, CAD/CAM tehnologije su imale i imaju neizmeran uticaj na razvoj proizvoda. Oko 75 % proizvodnih kompanija u SAD i preko 80% kompanija u Nemačkoj, koja se smatra jednom od vodećih ekonomskih sila ujedinjene Evrope, koriste implementirane CAD/CAM tehnologije. Kao rezultat ovog uticaja, CAD/CAM tehnologije se smatraju najvećim inženjerskim dostignućem u 20. veku, a sigurno je da će se njihov razvoj nastaviti i u budućnosti.
Primena računara danas je prisutna kod projektovanja proizvoda, inženjerskih proračuna i analiza, projektovanja tehnološkog procesa (CAPP – Computer Aided Process Planning), upravljanja informacijama (EDM – Engineering Data Management, PDM – Product Data Management). Uopšte, kompletna proizvodnja je integrisana i podržana računarom. Naime, u razvijenim zemljama je nezamislivo vratiti se na način proizvodnje od pre samo nekoliko godina.
Razvoj novih sredstava, kako softverskih i hardverskih, tako i mašina i robota, kao i njihovo usavršavanje, ima za cilj da se smanji direktno angažovanje čoveka u procesima rada. Njihovom primenom u procesu proizvodnje oslobađa se ljudska snaga kao izvor energije i čovek kao izvršilac određenog rada, a ulogu izvora energije i neposrednog izvršioca rada preuzima mašina.
Razvijajući pomoćna sredstva, čovek razvija i njihove sisteme upravljanja. Sistemi upravljanja treba da ga zamene u upravljanju mehanizmima i mašinama. Mašine i procesi izrade se tako automatizuju, čime se menja i uloga čoveka u procesu proizvodnje: čovek od izvršioca postaje organizator i kontrolor radnog procesa. Sve ovo omogućuju određeni sistemi upravljanja mašinama. Time se ostvaruju procesi izrade delova sa unapred zadatim operacijama, bez učešća čoveka. Čovek ne upravlja svim pokretima, svim radnjama, nego kao organizator rada zadaje mašini određeni program rada koji ona samostalno obavlja. Mere koje omogućuju da se neki proces sa određenim operacijama realizuje samostalno, bez učešća čoveka, a koji se može ponavljati i više puta, određuju stepen automatizovanosti mašina.
Odnos broja automatizovanih funkcija mašine i ukupnog broja funkcija mašine određuje stepen automatizovanosti mašine. Prema tome se vrši gruba podela automatizovanosti mašine na sledeći način: • osnovni ili prvi nivo automatizovanosti mašine je izvršavanje zadatih informacija (mehanički automati, mašine sa kontaktnim ubadanjem kao i mašine sa kopirnim sistemom upravljanja); • srednji ili drugi nivo je prenošenje i izvršavanje zadatih informacija (numerički upravljane mašine koje pored izvršavanja i prenose određene informacije); • viši ili treći nivo je stvaranje, prenošenje i izvršavanje informacija (numerički upravljane mašine koje imaju potpuno ili delimično upravljanje u sprezi sa računarom).
Upravljanje alatnom mašinom koja je potpuno ili delimično u sprezi sa računarom pomoću unapred pripremljenog programa poznato je kao računarsko numeričko upravljanje (CNC – Computer Numerical Control). Klasične, standardne ili konvencionalne mašine alatke, koje su dopunjene specijalnim motorima, senzorima i upravljačkim jedinicama predstavljaju numerički upravljane mašine alatke (NUMA).
Iako je postignut veoma visok nivo primene informatičkih tehnologija u proizvodnim procesima kada su u pitanju projektovanje proizvoda i inženjerski proračuni i analize, u oblasti projektovanja CNC tehnologija kvalitet NC programa još uvek zavisi u velikoj meri od znanja i iskustva inženjera. Putanja alata se pri obradi prostorno složenih površina automatski generiše primenom CAD/CAM sistema. Međutim, za pravilan izbor vrsta obrade, redosleda operacija, alata i režima obrade još uvek je odgovoran inženjer, u odnosu na ono što mu nude savremeni programi. Sama struktura NC programa zahteva da se tehnološki parametri definišu po određenom redosledu, a da se pokazatelji tehnološkog procesa (ukupno vreme obrade, stepen iskorišćenja obradnih centara, iskorišćenje zadate postojanosti alata, količina alata, itd.) sagledaju tek na kraju izrade programa.
1. NUMERIČKI UPRAVLJANE MAŠINE Izlazne karakteristike kod standardnih, konvencionalnih mašina alatki usko su vezane za sposobnost poslužioca mašine koji ih ručno upravlja. Ručno upravljanje nije vrsta obrade, već skup akcija tokom vremena s namerom da se ostvare ciljevi procesa obrade Prema tome, ni umeričko upravljanje ne predstavlja vrstu obrade, već specijalni koncept upravljanja mašinom. Ovde će uglvnom biti reči o NU mašinama za obradu materijala i NU mernim mašinama, ali treba napomenuti da postoje i numerički upravljane mašine koje ne vrše neposrednu obradu metala ili nekog drugog materijala. Smatra se da je mašinska obrada jedan od najraznovrsnijih procesa, jer se može koristiti za dobijanje čitavog spektra oblika i površina.
Na osnovu jedne od definicija mašinske obrade koja kaže da je mašinska obrada proces proizvodnje kojim se dobijaju željeni oblici materijala na tri načina: • skidanjem materijala, odnosno rezanjem (promena zapremine materijala), • deformisanjem materijala (promena oblika materijala) i • nekonvencionalnim metodama, sve NU mašine mogu da se podele na: • numerički upravljane mašine za obradu rezanjem, • numerički upravljane mašine za obradu deformisanjem, • numerički upravljane mašine za nekonvencionalnu obradu i • numerički upravljane merne mašine.
Slika 1. Opšta šema numerički upravljane mašine alatke Upravljanje izvršnim organima numerički upravljane mašine alatke je automatsko. Za numerički upravljanu mašinu alatku, čija je šema data na slici 1, generalno se može reći da se sastoji iz dve funkcionalne celine, a to su: 1. Numerički upravljačka jedinice - NUJ. 2. Mehanički deo koji je sačinjen od podsistema, sklopova i podsklopova i drugih pratećih elemenata kao kod konvencionalnih mašina alatki.
Numerički upravljane mašine za obradu rezanjem Osnovne metode obrade rezanjem su: struganje, rendisanje, glodanje, bušenje i brušenje. Numerički upravljane mašine za obradu rezanjem su: •
NC strug, horizontalni, vertikalni ili pod uglom, sa 2, 3 ili 4 upravljane ose (slika 2). Ovo je najrasprostranjeniji tip numerički upravljanih mašina. Obrađuju se delovi kružnica, konusa, cilindara i navoja.
Slika 2. NU strug čije je postolje konstrukcijski izvedeno: (a) horizontalno, (b) vertikalno i (c) pod uglom
•
•
NC bušilica, horizontalna ili vertikalna (slika 3), je uglavnom koordinatna bušilica, osposobljena za rad sa velikom tačnošću za bušenje otvora ili za operacije srodne bušenju (zabušivanje, upuštanje, proširivanje, razvrtanje, izrada navoja). NU glodalica. Glodalice zahtevaju upravljanje sa funkcionalnom zavisnošću više osa da bi se izvela obrada po pravoj liniji ili konturi. Glavno kretanje glodalice je uvek obrtanje glavnog vretena sa alatom (slika 4).
Slika 3. NU bušilica koja može da vrši bušenje pod uglom do 70º
Slika 4. NU vertikalna glodalica
• NC cilindrična brusilica (slika 5). Ova mašina funkcioniše kao mašina za struganje, s tim što je alat drugačiji. Za razliku od struga kod brusilice je alat tocilo.
Slika 5. NU brusilica
Numerički upravljane mašine za obradu deformisanjem Cilj razvoja ovih mašina je da se bez posebnih teškoća, vremenskih i drugih gubitaka, mogu prilagoditi brzim i jednostavnim promenama izrade delova, najčešće od čeličnih limova i sličnih materijala. Oblikovanje deformisanjem pomoću određenog relativnog kretanja između alata i obratka pokazuje analogiju sa numerički upravljanim mašinama za obradu delova rezanjem. Najčešće se izrađuju: • NU mašine alatke za obradu probijanjem, krzanjem prosecanjem – NU prese (slika 6). Za obradu limenih tabli.
Slika 6. NU presa za obradu probijanjem i krzanjem
i
• NU mašine alatke za obradu obradu savijanjem (slika 7). Savijanjem se najčešće obrađuju profilisani delovi.
Slika 7. NU mašina za obradu cevi savijanjem i različiti oblici izradaka dobijenih savijanjem • NU mašine alatke za obradu izvlačenjem-pritiskivanjem primenjuju se u obradi izradaka rotacionog oblika približno iste debljine sa ili bez venca.
Numerički upravljane mašine za nekonvencionalnu obradu Mehanička svojstva materijala alata za konvencionalnu obradu (čvrstoća, tvrdoća, postojanost na toplotu i otpornost na habanje) ne mogu da prate tehnologiju obrade novih teško obradivih materijala koji se sve više primenjuju u savremenoj industriji. Kod nekih metoda obrade, efekat skidanja (odnošenja) materijala zasniva se na korišćenju fizičkih i hemijskih pojava i procesa, korišćenjem različitih vrsta energije: električne, topolotne, hemijske, svetlosne i druge: – obrada elektroerozijom (slika 9), – laserska obrada (slika 8), – obrada plazmom (slika 10) i – obrada pomoću CO2 (slika 11).
Slika 8. NU mašina za sečenje laserom
Slika 10. NU mašina za sečenje plazmom
Slika 9. Mašina za elektroerozionu obradu žicom
Slika 11. Obrada (sečenje) materijala pomoću CO2
Numerički upravljane merne mašine Kontrola pomoću računara (CAI - Computer Aided Inspection) i ispitivanje pomoću računara (CAT - Computer Aided Testing) izvode se automatski korišćenjem najnovije tehnologije računara i senzora. CAI i CAT su posebni sistemi koi obezbeđuju računarom podržanu kontrolu kvaliteta (CAQC – Computer Aided Quality Control). Numerički upravljana mašina za merenje (slika 12) je karakterisitčan primer opreme koja se u savremenoj proizvodnji koristi za kontrolu dimenzija radnih delova. Karakteriatično je da je njoj potrebno između 5% i 10% od vremena koje se troši kod tradicionalnih mernih sistema.
Slika 12. NU merne mašine
Uloga mašina alatki se menja tokom vremena. Osim toga što su postale automatizovane konstruišu se tako da mogu da kombinuju nekoliko operacija na jednom obratku, za šta je ranije bilo potrebno nekoliko različitih mašina. Takođe se ide ka tome da se smanjuju pomoćna vremena, za izmenu alata ili stavljanje i sklanjanje obratka. Ove promene su integrisane na novoj vrsti mašine za obradu, ćiji koncept nije bio moguć pre nastanka i razvoja tehnologije numeričkog upravljanja, a to je obradni centar (slika 15).
Slika 13. Obradni centar
Obradni centar je mašina alatka koja može da izvede nekoliko mašinskih operacija na istom obratku bez dodatnog podešavanja. U takvim obradama učestvuju rotacioni alati za operacije poput glodanja i bušenja, a ono što omogućava izvođenje više operacija bez dodatnog podešavanja je automatska izmena alata. Danas postoji veliki broj proizvođača numerički upravljanih obradnih centara. Neki najpoznatiji su: Gentiger Machinery Ind. Co., Ltd., Fulland Machinery Co., Ltd., Denver Ind. Co., Ltd., Leaderway Machinery Co., Ltd., Jeenxi Technology Co., Ltd., C-TEK Technology Corporation, Mikrosam i drugi.
2.1. PRIMENA NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA Najčešće se primena numeričkog upravljanja povezuje sa upravljanjem mašina alatki u industriji obrade metala ili nekog drugog materijala (na primer drveta). Mašinska obrada jeste bila oblast prve primene NC tehnologije i još uvek je jedna od najvažnijih i najdominantnijih. Međutim, numerički upravljane mašine imaju primenu u svim granama industrije, samo što tamo ne vrše neposrednu obradu. Tako su na primer, u tekstilnoj industriji našle masovnu primenu u upravljanju procesima sečenja, pletenja, tkanja i slično. Takođe i u ostalim granama industrije: farmaceutskoj, procesnoj, elektroindustriji i u drugim granama.
CNC tehnologija i NU mašine koriste se i u izradi umetničkih dela (slika 14)
Slika 14. Primena CNC tehnologije i NU mašina u umetnosti
Slika 15. NU mašina za balansiranje alata (a) i primena NU kod skeniranja (b) Različiti vidovi primene CNC tehnologije kod poslova gde se ne vrši neposredna obrada materijala prikazani su na slici 15. Naravno, mogućnosti primene CNC tehnologije i numerički upravljanih mašina svakim danom postaju sve veće.
2.2 PREDNOSTI I NEDOSTACI NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA ALATKI Automatizacija maloserijske i serijske proizvodnje kao dominirajućeg vida u metalopreradi, uspešno se izvodi primenom numerički upravljanih mašina alatki. One se odlikuju poveđanom produktivnošću i tačnošću. Njihova primena podiže metalopreradu na viši nivo. Pri tome, treba sagledati prednosti i nedostatke primene numerički upravljanih mašina alatki.
Osnovne prednosti primene numerički upravljanih u odnosu na konvencionalne mašine alatke su: •
povećanje produktivnosti smanjenjem ukupnog vremena, usled smanjenja glavnog i pomoćnog vremena,
•
visoka tačnost obrade i neznatna kontrola obratka,
•
obrada delova složenijih profila koji se teško mogu da ostvare na konvencionalnim mašinama,
•
povećanje vremenskog stepena iskorišćenja mašine,
•
smanjenje broja i trajanja pripremnih operacija (obeležavanje, zabušivanje i sl.),
•
jednostavnije upravljanje procesom proizvodnje,
•
izbegnuta potreba za visokostručnim poslužiocem mašine alatke,
•
poslužilac mašine alatke ima više slobodnog vremena i može da prati rad druge mašine i tako dalje.
Nedostaci primene su: • obavezno planiranje rada automatizovane proizvodnje,
do
detalja,
kao
kod
svake
• veliki investicioni troškovi povećavaju troškove mašinskog sata, • potreba za visokostručnim programerima, • pouzdanost numerički upravljane u odnosu na konvencionalnu mašinu alatku može biti niža, • veći efekti se ostvaruju proizvodnje i tako dalje.
u
automatizaciji
velikoserijske
Uporedna analiza korišćenja mašina pokazuje da jedna numerički upravljana mašina zamenjuje 3 do 8 konvencionalnih mašina alatki, što omogućuje smanjenje opreme, proizvodnog prostora, radne snage i drugo. Produktivnost se povećava do 50%, tačnost izrade delova povećava se 2 do 3 puta, a broj i cena naknadnih operacija smanjuje se 4 do 8 puta. Vremenski stepen iskorišćenja numerički upravljane mapine treba da je veliki, jer se numerički upravljana mašina alatka već posle 5 godina smatra zastarelom. Na skraćivanje veka trajanja mašine utiče i stalna pojava novijih, savremenijih i produktivnijih tipova mašina alatki.
2.3. STRUKTURA NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA ALATKI
Numerički upravljani sistem je skup podsistema sa određenim konstruktivnim karakteristikama koji su međusobno funkcionalno povezani u celinu, ali tako da se svaki podsistem može tretirati kao posebna celina sa potpunom strukturom podsistema.
S obzirom da se numerički upravljana mašina može smatrati kao numerički upravljani obradni sistem, to je njena opšta strukturna šema prikazana na slici 16. Strukturu numerički upravljane mašine alatke čine: •
numerički upravljačka jedinica - NUJ,
•
pogonski sistem - PS,
•
upravljani sistem - US i
•
merni sistem – MS.
Spoljašnja obrada podataka
Slika 16. Opšta strukturna šema numerički upravljanog obradnog sistema
Programiranje obradnih procesa na numerički upravljanim obradnim sistemima obuhvata niz aktivnosti na sistematizaciji obradnih informacija, njihovom ispisivanju određenim redosledom prema pravilima programskog jezika u formi upravljačkog programa. Preko upravljačkog programa numerički upravljana mašina dobija, na određeni način kodirane, sve potrebne informacije za automatsku obradu nekog elementa. To su informacije o potrebnim kretanjima (glavnim i pomoćnim), informacije za uključivanje i isključivanje izvršnih organa mašine, početak i završetak programa, informacije za automatsku izmenu alata, podatke o režimima obrade i dr.
Upravljački programi unose se u numeričkom obliku u numerički upravljačku jedinicu – NUJ. Upravljačka jedinica tako pripremljene informacije obrađuje i prema stepenu prioriteta saopštava izvršnim organima mašine. Na taj način se ostvaruje upravljanje procesom obrade radi ostvarenja potrebne konfiguracije izratka. Pogonski sistem - PS treba da realizuje naredbe dobijene od NUJ. On vrši pokretanje radnih organa mašine, brzinama i pomacima datim upravljačkim programom, vodi ih po zadatim putanjama i dovodi u zadate položaje. Upravljani sistem - US čini mašina alatka. Ona treba da ostvari programom zadate naredbe. Na nju se postavljaju alati i pripremak koji, vršenjem relativnih kretanja, formiraju konturu izratka. Tačno vođenje i dovođenje radnih organa u zadate položaje značajno je za tačnost oblika i veličina izratka. Tu ulogu preuzima merni sistem - MS koji daje signal o položaju, poziciji ili stanju radnog organa mašine.
2.3.1. Pogonski sistemi Pogonski sistem – PS ima za zadatak da realizuje naredbe dobijene od upravljačke jedinice. On pokreće radne organe mašine brzinama i pomacima prema programu, vodi ih i dovodi u zadate položaje. Pri tome treba da omogući: • ostvarenje bestrzajnog pokretanja, promenu smera i zaustavljanje, • linearnu zavisnost između ulaznog i izlaznog signala, • visok stepen reagovanja na upravljačke signale, • visok stepen iskorišćenja, • male gabaritne veličine i • pouzdanost u radu.
U procesu obrade, u obradnom sistemu, dolazi do gubitaka energije. U prenosnicima snage, ležajevima, vođicama i u drugim elementima deo energije se troši na savlađivanje otpora trenja. Pogonska snaga mašine i stepen korisnog dejstva su važne karakteristike obradnog sistema. U opštem slučaju, pogonska snaga mašine alatke, kao ulazna snaga u obradni sistem, sastoji se od korisne snage rezanja kao izlazne snage i snage koja se troši na savlađivanje otpora u celom sistemu. Parametri za izbor pogonskog sistema kod NU mašina alatki su sledeći: • zahtevana snaga za proces obrade, • raspoloživa snaga i • dinamičke karakteristike pogonskog sistema.
Pogonski sistemi kod numerički upravljanjih mašina alatki u zavisnosti od izvora energije mogu biti: elektromotori jednosmerne i naizmenične struje, koračni motori, hidraulički motori, pneumatski motori i drugi, a prema funkciji koju obavljaju mogu biti: za glavna i pomoćna kretanja. U primeni su najčešće: elektromotori jednosmerne struje ili DC–motori (Direct Current), elektromotori naizmenične struje ili AC-motori (Alternate Current) i koračni motor (Stepping).
Prenosnici za glavna i pomoćna kretanja su posebne celine NU mašine čiji je zadatak prenos snage na izvršne organe mašine. Glavno kretanje kod mašina alatki omogućuje ostvarivanje samog procesa obrade (npr. rezanja), a izvodi ga alat ili obradak, i može biti kružno i pravolinijsko. Pomoćno kretanje je ono kretanje alata ili obradka koje omogućuje ostvarivanje kontinuiteta procesa obrade. Pomoćnih kretanja može biti više i mogu biti takođe kružna i pravolinijska. Prenosnik za glavno kretanje ostvaruje različite brzine kretanja glavnog vretena za koje se preko posebnog pribora pričvršćuje alat ili obradak. Najčešće se brzine kretanja glavnog vretena menjaju promenom broja obrtaja izlaznog vratila prenosnika glavnog kretanja. Glavno vreteno se pokreće pomoću motora i prenosnika između kojih se nalazi i uređaj za merenje brzine kretanja.
Prenosnik za pomoćno kretanje, bez obzira ko vrši pomoćno kretanje, obradak ili rezni alat, treba da obezbedi kružno ili pravolinijsko kretanje. Ukoliko obezbeđuje pravolinijsko kretanje onda se za transformaciju kružnog u pravolinijsko kretanje koristi sklop navojnog vretena i recirkulacione navrtke, koja je u čvrstoj vezi sa pokretnim delom mašine. Za pogon pomoćnog kretanja najčešće se koriste motori jednosmerne struje ili koračni motori. Upravljanje glavnim i pomoćnim kretanjem vrši se iz upravljačke jedinice pomoću odgovarajućih naredbi u programu. Kod NU mašina glavno kretanje može se ostvariti obrtanjem u smeru kazaljke na satu ili u suprotnom smeru od kretanja kazaljke na satu, gledano iz pravca glavnog vretena. Elektromotor zajedno sa prenosnikom prima od upravljačke jedinice naredbu za jedno ili drugo obrtanje. Naredba zavisi od konstruktivnih karakteristika mašine i od same vrste obrade.
2.3.2. Merni sistemi Osnovni zadatak mernog sistema NU mašine je da brzo i precizno izmeri odgovarajuće pomeranje izvršnih organa mašine i da tu izmerenu veličinu u određenom obliku i na adekvatan način prosledi upravljačkoj jedinici. Prilikom upravljanja mehaničkim sistemima najvažnija su merenja dužine ili ugla međusobnog pomeranja pokretnih delova sistema i merenje brzine ovih pomeranja. Kako je upravljačka jedinica elektronski uređaj, to je potrebno da se informacija o izmerenoj veličini prikaže u obliku električnog signala koji može lako da se obradi. Zbog toga se kod NU mašina uglavnom koriste elektronski merni sistemi, ili sistemi koji kao izlaznu veličinu imaju električni signal. Merni uređaji mora da rade u takozvanom online režimu. To znači da izmerenu veličinu odmah šalju u upravljačku jedinicu kako bi se ona uporedila sa zadatom, jer se upravljanje izvodi na osnovu razlike zadate i ostvarene koordinate pomeranja.
Tačno vođenje i dovođenje radnih organa u zadate položaje od posebnog je značaja za oblik, tačnost i kvalitet izratka. Zahtevi koje treba da ispune merni sistemi su: • osetljivost treba da odgovara traženoj tačnosti NU mašine, • treba da budu osetljivi na promenu smera kretanja - obrtanja, • frekvencija slanja signala upravljačke jedinice i
treba da odgovara
zahtevima
• pouzdanost u radu. Savremeni merni sistemi mogu da rade i kao višestepeni, prvo kao merni sistemi za grubo i srednje fino pozicioniranje u blizini zadate tačke, a zatim i kao merni sistemi za fino i vrlo fino pozicioniranje, tj. za dovođenja alata u zadatu tačku sa visokom tačnošću.
.
Slika 17. Ugaoni i linearni enkoderi
Danas se najčešće koriste merni sistemi sa fotoelektričnim očitavanjem optičkih rešetki kod lenjira ili diskova (slika 17).
.
Slika 18. Laserski enkoder za višeosno pozicioniranje Merenje pomeranja izvršnih organa NUMA može da se vrši i pomoću laserskih interferometara (slika 18). Ovakav način je veoma pogodan kod velikih pomeranja izvršnih organa mašine (10 m i više), kada druge metode ne daju dovoljnu tačnost zbog sumarne greške usled velikih pomeranja.
2.4. NUMERIČKI UPRAVLJANA MAŠINA – UPRAVLJANI SISTEM Deo obradnog sistema pod nazivom mašina alatka je jedna ili više mašina alatki sa pratećim uređajima kao posebnim celinama i sa odgovarajućim instalacijama. Mašina alatka treba da ostvari programom zadate naredbe, tj. na njoj se vrši neposredna obrada materijala. Da bi ona ostvarila tehnološku funkciju obrade u okviru nje se nalaze izvršni organi, pribori, alati kao i polazni materijal za obradu - pripremak. Izvršne organe mašina alatki pokreću pogonski sistemi i to na osnovu naredbi dobijenih od upravljačke jedinice. Povratne informacije o postignutim položajima i tekućim pozicijama izvršnih organa upravljačkoj jedinici šalju merni sistemi koji se takođe nalaze na mašini alatki.
Alat i pripremak izvode relativno kretanje, jedan u odnosu na drugi. Ovo kretanje može da izvodi: • samo alat, • samo obradak i. • istovremeno i alat i obradak.
Relativno kretanje izvodi se u pravcu jedne ili više osa istovremeno - u zavisnosti od vrste mašine i željene konfiguracije obratka. Obradak je ograničen površinama, a obrada se izvodi po tim elementarnim površinama, odnosno zahvatima koji formiraju određene elementarne površine. Logičan redosled zahvata je radni program koji obuhvata sve geometrijske i tehnološke informacije potrebne mašini alatki za obavljanje radnog zadatka.
Ako se mašina alatka posmatra kao sistem, onda ona ima podsisteme koji su posebne celine i čine komponente mašine alatke i to: • noseći i osloni elementi, • klizne vođice, • sistemi za izmenu alata, • sistemi za podmazivanje, • sistemi za hlađenje, • pogonski sistemi, • merni sistemi i • numerički upravljačka jedinica.
2.4.1. Noseći i osloni elementi Postolja, kućišta, stubovi i poprečne grede su noseći i osloni elementi strukture mašine alatke. Dimenzije, oblik i krutost zavise od uloge koju elementi imaju u procesu obrade materijala, od težine pripremka i od veličine sila koje se javljaju pri obradi. Elementi strukture mogu biti statički i pokretni. Statički elementi oblikuju deo strukture koja može da bude otvorenog ili zatvorenog tipa (ram, postolja i kućišta). Pokretni elementi su nosač alata i/ili nosač obratka. Statički elementi strukture spajaju se elementima čvrste razdvojive veze i formiraju ram mašine. Pokretni delovi strukture, koji mogu biti pomerljivi tokom procesa obrade ili pre i posle obrade, oslanjaju se i vode pomoću vođica na strukturi. Kod vođenja se koriste principi klizanja, kotrljanja ili plivanja, od čega zavisi oblik konstrukcija vođice. U navedenim slučajevima zahtevi statičke i dinamičke krutosti, kao i geometrijske tačnosti, moraju da budu ostvareni.
Svi elementi strukture, pokretni i nepokretni povezani u celinu, zajedno sa alatom i obratkom, zatvaraju tok sila i naprezanja unutar strukture, a na temelj se prenosi samo težina mašine i obratka, u ređim slučajevima i inercijalne sile. Elementi strukture mašine alatke izvode se livenjem i zavarivanjem od sivog liva i u kombinaciji raznih materijala, koji su prirodnim ili veštačkim putem, oslobođeni napona unetih u materijal tokom procesa livenja, zavarivanja i procesa obrade.
Rešenja postolja mogu biti različita, a kakva će konstrukcija biti zavisi od namene mašine alatke. Pri tome treba voditi računa o statičkom i dinamičkom opterećenju mašine alatke, koja se ponaša kao elastični sistem koji ima određenu statičku i dinamičku krutost. Kako se konfiguracija numerički upravljane mašine alatke bitno razlikuje od konfiguracije konvencionalne, postavlja se problem brzog i efikasnog odvođenja strugotine iz zone rezanja. Tako se izrađuju postolja pod uglom i vertikalna, koja omogućuju da se strugotina udaljava iz zone obrade slobodnim padom i dopušta se poslužiocu lakši pristup obratku i alatima. Konfiguracija horizontalnog postolja obezbeđuje bolji oslonac za klizače i nosač alata, ali teže odvođenje strugotine.
2.4.2. Klizne vođice Vođice i nepokretni elementi kod konvencionalnih mašina alatki su u direktnom kontaktu. Kod numerički upravljanih mašina alatki brzine pokretnih delova su daleko veće, a i učestalije im je kretanje, pa se za klizne vođice postavljaju strožiji zahtevi u odnosu na konvencionalne mašine. Osnovni zahtevi za klizne površine su otpornost na habanje, visoka krutost i dobre karakteristike prigušenja.
Kod pravolinijskih vođica, trenje klizanja zamenjeno je trenjem kotrljanja. U sistem vođica za translatorna kretanja ugrađuju se kotrljajni elementi (slika 19). U novije vreme kod težih mašina ugrađuju se hidrostatička i aerostatička vođenja. Smatra se da je vazduh u prednosti jer se posle jedne upotrebe ne vraća u kompresor, a ulje treba da se ohladi posebnim agregatom i ponova vraća u instalaciju.
Slika 19. Kotrljajni elementi za pravolinijske vođice
Vrlo često se između pokretnih i nepokretnih klizača postavljaju plastične mase, i to na dva načina. Prvi je, kada se trake lepe na kraći pokretni deo klizača čime se dobija klizni par: metal plastična masa. Drugi način je da, kada se klizač postavi na vođice po kojima klizi, mali zazor između površina za naleganje ispuni nalivnom masom, posle čega se površine naleganja malo poprave i prilagode vođicama. Oba ova rešenja su dobra, ali ipak su lošija od kotrljajnih, aero i hidrostatičkih rešenja.
Slika 20. Zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom
Zavojno vreteno, koje se nalazi na većini konvencionalnih mašina alatki, nije pogodno za numerički upravljane mašine alatke. Veliko je trenje i habanje, veliki je zazor, koristi se za relativno male brzine, ne obezbeđuje željenu tačnost i zato je zamenjeno zavojnim vretenom sa recirkulacionom navrtkom (slika 20). Kod ove vrste zavojnih vretena trenje klizanja efikasno je zamenjeno trenjem kotrljanja.
Zavojno vreteno i navrtka imaju precizno izrađene zavojne žlebove po kojima cirkulišu kuglice. Geometrijski oblik zavojnog žleba može biti polukrug ili gotički luk. Krutost pogonskog sistema i tačnost pozicioniranja može se povećati prednaprezanjem sklopa zavojno vreteno - navrtka. Prednaprezanje se ostvaruje pomoću dve navrtke koje se postavljaju tako da se između njih ostvari prednaprezanje na istezanje ili pritisak. Stvarna elastična linija vretena održava se u dozvoljenim granicama odstupanja od ose vretena, što povoljno utiče na tačnost pozicioniranja. Ovo je posebno važno za numeričke mašine alatke sa indirektnim mernim sistemima. Zavojna vretena sa recirkulacionom navrtkom imaju vrlo mala trenja, tako da su gubici energije i stvaranja toplote u njima zanemarljivo mali.
2.4.3. Sistemi za izmenu alata Sistemi za izmenu alata u automatizaciji procesa obrade imaju bitnu ulogu. Sve veći zahtevi za tačnošću i složenijom konfiguracijom delova nameću potrebu obrade iz jednog radnog položaja - jednog stezanja, a sa druge strane se zahteva upotreba više različitih alata. Smanjenje pomoćnog vremena donosi odgovarajuće uštede i direktno opravdava uvođenje sistema za izmenu alata. Rezne alate može da zameni i poslužilac mašine ručno. U praksi takva izmena je kod nekih NU glodalica i NU bušilica. Ovo je moguće zato što su njihovi nosači reznih alata lako pristupačni. Međutim, NU strugovi i obradni centri za potrebe automatizovane proizvodnje po pravilu poseduju automatske uređaje za izmenu reznih alata, koji zavisno od konstrukcije, mogu da prime različit broj reznih alata.
Za automatsku izmenu alata u primeni su: •
revolverske glave i
•
magacini alata.
Slika 21. Obradni centar sa tri revolverske glave
Slika 22. Tip člankastog magacina alata
Revolverska glava je posebna celina mašine alatke (slika 21). Ona omogućuje automatsku izmenu alata. Većina NU strugova ima jednu ili dve revolverske glave koje mogu biti horizontalne i vertikalne. Da bi se povećala produktivnost u upotrebi su konstrukcije sa dva ili više nezavisno upravljanih revolvera koji rade simultano. Držači alata su standardizovani i proizvođačima revolverskih glava nameću se zahtevi u odnosu na sisteme stezanja, odnosno čaure za prihvat alata. Mogućnost pričvršćivanja reznih alata u revolveru je različita. Na primer, svaki alat ima svoju kasetu, kasetni sistem, ili može biti revolver sa direktnim stezanjem i spajanjem sa izmenljivim standardizovanim držačima.
Magacin alata je poseban funkcionalni sistem kod NU mašina. Složeniji izradak zahteva veći broj različitih alata za obradu. Revolveri sa velikim brojem alata postaju glomazni, zahtevaju više prostora i otežavaju pristup radnom prostoru mašine. Zbog toga se za smeštaj većeg broja alata kod složenijih mašina koriste magacini alata. Primena im je kod složenih obradnih sistema, obradnih centara. Magacin ima najčešće člankasti oblik tj. oblik gusenice (slika 22). Kretanje im je upravljivo. Konstruktivno rešenje je takvo da eliminiše probleme sudara alata i obratka pri izmeni alata. Kod nekih obradnih centara magacin alata može biti u obliku karusela (slika 23).
Slika 23. Magacin alata u obliku karusela
Magacini alata zahtevaju poseban pribor za manipulaciju alatima. To je manipulator – hvatač, takođe upravljani, koji ima ulogu da u toku izvođenja operacije, između dva zahvata iz steznog pribora izvadi prethodno korišćeni alat, a da iz magacina uzme drugi i postavi ga u isti stezni pribor radi ostvarenja novog zahvata (slika 24). U toku novog zahvata, hvatač će ostaviti prethodni alat u magacin.
Slika 24. Sistem za izmenu alata
Ovde postoje dva načina: prvi, kada se alat ostavlja na tačno određeno mesto u magacinu koje pamti upravljačka jedinica i drugi način, kada se alat ostavlja na najbliže mesto u magacinu a usput se saopštava upravljačkoj jedinici na kom mestu se nalazi taj alat. Sistem za izmenu alata mora da poseduje logiku smera, da omogući najkraći put do željene pozicije. Iz izloženog može se reći da sistem za izmenu alata treba da ispuni određene uslove: •
laku i brzu izmena alata,
•
pristupačnost obradi,
•
dobru snabdevenost sredstvom za hlađenje,
•
ponovljivost pozicioniranja istih alata i
•
pristupačnost poslužiocu mašine.
2.4.4. Sistemi za podmazivanje Za dobar i pouzdan rad NU mašine potrebno je ispravno podmazivanje svih pokretnih sklopova. Podmazuju se sve klizne površine, prenosnici i vreteništa, recirkulacione navrtke, kao i drugi vitalni elementi mašine. Podmazivanje može biti ručno i automatsko. Ručno podmazivanje izvodi poslužilac mašine u određenom vremenskom intervalu, sredstvima instaliranim na samoj mašini. Ručno podmazivanje u potpunosti je odvojeno od sistema za upravljanje mašinom. Najčešće se koriste zupčaste pumpe koje se aktiviraju ručnim obrtanjem, a u upotrebi mogu biti i klipne pumpe. Automatsko podmazivanje ima znatno veću efikasnost u odnosu na ručno i više je u primeni kod NU mašina, ne zavisi od poslužioca, vrši se sa centralnog mesta, a kontroliše ga upravljačka jedinica.
2.4.5. Sistemi za hlađenje
Osnovni zadatak sistema za hlađenje je dovođenje sredstava za hlađenje u zonu rezanja (slika 25). NU mašine u odnosu na konvencionalne imaju veće brzine rezanja, rezne alate od novijih materijala i zahtevi za hlađenjem su veći. Tečnost za hlađenje cirkuliše pomoću pumpe koja je smeštena ispod nivoa rešetke za skupljanje tečnosti. U rezervoaru se tečnost cedi, taloži, hladi i filtrira. Uključivanje i isključivanje sistema za hlađenje može se aktivirati programski, naredbom upravljačke jedinice ili tasterom na komandnoj tabli.
Za pravilno funkcionisanje sistema neophodno je redovno održavanje: čišćenje rezervoara, promena sredstava za hlađenje u određenom vremenu, kontrola nivoa i održavanje filtera.
Slika 25. Dovođenje sredstva za hlađenje
2.5. NUMERIČKA UPRAVLJAČKA JEDINICA Numerička upravljačka jedinica – NUJ je posebna celina obradnog sistema i ima tri osnovna zadatka: • prijem, • obradu i • izdavanje podataka. Osposobljena je da primi podatke u vidu gotovog programa, informacije od mašinskog sistema, kao i druge instrukcije. Program se može saopštiti na više načina preko posebnog njenog dela za prijem podataka, i to se čini: • ručno pomoću tastature, • pomoću bušene trake (ako postoji čitač trake), • pomoću magnetne trake (ako postoji kasetna jedinica), • pomoću diskete (ako postoji disketna jedinica) i • direktno kablom, vezanim direktno za neki računar.
Upravljačkoj jednici zadaje se program u simboličkom jeziku koji ona prevodi na "svoj"- mašinski jezik. Program se dekodira i obrađuje. Mašinski jezik je u vidu instrukcija, impulsa koji se prosleđuju izvršnim organima - pogonskim sistemima i drugim organima mašine. Osim što prima instrukcije, upravljačka jedinica prikazuje poslužiocu mašine informacije o trenutnom položaju alata, broju obrtaja, eventualnoj grešci u programu, kvaru u nekom podsistemu i tako dalje. NUJ je okrenuta
poslužiocu komandnom tablom i raznim priključcima za perifernu opremu. Drugim delom, NUJ je okrenuta mašini alatki delom za prilagođavanje i uključivanje osnih kretanja i delom za napajanje energijom.
Postoji više tipova numeričkih upravljačkih jedinica kako po stepenu automatizovanosti ostalih funkcija tako i po konfiguraciji izratka. Njihova podela na tipove zasniva se prema: • vrsti upravljanja (koordinatno, linijsko i konturno), • vrsti obrade (bušenje, struganje, glodanje i drugo), • broju upravljanih osa i • stepenu automatizovanosti ostalih funkcija. Sa aspekta razvoja elektronike NUJ razlikuju se sledeći sistemi: • NC sistem – hardverski bazirane NUJ koje čitaju spolja sačinjene programe (eksterno) i • CNC sistemi – softverski bazirane NUJ, raspolažu računarom koji omogućuje poslužiocu da startuje, menja i prekida program.
Jednom sačinjen upravljački program moguće je preneti i arhivirati pomoću različitih nosača podataka. Na primer: bušena traka, magnetna traka, disketa ili noviji nosači informacija. Da se sve to ostvari CNC upravljačke jedinice mora da poseduju odgovarajuće priključke (interface) za prenos podataka. Za te priključke postoje standardi koji obezbeđuju da se razmena podataka između upravljačke jedinice i eksternog uređaja odvija besprekorno.
2.5.1. Način rada numeričke upravljačke jedinice NUJ se sastoji iz niza konstruktivnih delova. Jezgro čini računar, koji obavlja sva izračunavanja i logička povezivanja. Kako je NUJ izgrađena na modularnom principu, moguće je da jedna upravljačka jedinica ima i više mikroprocesora čije su funkcije podeljene. Na primer NUJ može da sadrži tri mikroprocesora: centralni, drugi za izračunavanje konturnih problema i treći za interpolaciju. Sastavni delovi numeričke upravljačke jedinice prikazani su na slici 26. Na istoj slici vidi se veza poslužioca i mašine alatke.
Slika 26. Sastavni delovi numeričke upravljačke jedinice
Centralni mikroprcesor obrađuje programske podatke koji su na adekvatan način uneti u memoriju. Obrađeni podaci u vidu komandnih impulsa upućuju se mašini alatki. Komandni impulsi su u principu električni impulsi određenog nivoa i vremena trajanja. Neprestano, u kratkim vremenskim intervalima, proverava se da li su komandni impulsi stigli do izvršnih organa. Način rada upravljačke jedinice može biti objašnjen na primeru pozicioniranja ose na slici 27.
Slika 27. Šema pozicioniranja osa
2.5.2. Komandna tabla Komandna tabla NUJ može biti oblikovana na više načina. Njeni elementi mogu se grubo podeliti na sledeći način (slika 28).
Slika 28. Elementi komandne table uprvaljačke jediniice: 1- elementi za pokazivanje i praćenje, 2 - prekidači za izbor načina rada, 3 - elementi za pogramiranje (tasteri), 4 - tasteri za korekciju i skraćeni unos podataka, 5 - pokazivač opterećenja motora, 6 - elementi za upravljanje mašinom (taster - stop), 7 - uključivači broja obrtaja i koraka, 8 - tasteri za aktiviranje određenih funkcija mašina, 9 - točkić za ručno aktiviranje pomoćnih kretanja mašine
• Elementi za pokazivanje i praćenje: ekran, digitalna polja ili razne signalne sijalice. NUJ novijeg datuma imaju i mogućnost simuliranja programa na ekranu, pri čemu na pogodan način prikazuju svako pomeranje alata.
•
Prekidači za izbor načina rada, koji se bira u zavisnosti od rešenja komandne table okretanjem uključivača ili pritiskom odgovarajućeg tastera. Informacija o načinu rada dobija se preko određene signalne lampice ili po prikazanom tekstu i brojevima na ekranu odnosno digitalnom polju. Način rada mašine grubo se može podeliti na sledeči način: automatski rad, u kojem se realizuje napisani program za NU mašinu alatku, ručni režim rada (za konvencionalno upravljanje mašinom alatkom), zadavanje mera reznih alata u odnosu na jednu referentnu tačku nosača alata, kao i odstupanja mera reznih alata nastalih kao posledica habanja u procesu obrade, takozvane korekcije alata, zadavanje podataka mašini alatki u kojem se definiše referentna tačka obratka ili zadavanje parametara čija je uloga značajna pri realizaciji ciklusa obrade u parametarskom programiranju.
• Elementi za programiranje su tasteri pomoću kojih poslužilac mašine unosi i koriguje program i zadate podatke (pomoću alfanumeričke tastature). • Elementi za upravljanje mašinom - namenjeni su za direktno aktiviranje određenih funkcija mašina alatki, na primer, uključivanje rashladnog sredstva, promena broja obrtaja koji je dao programer, korekcija programiranih vrednosti pomaka i slično.
Slika 29. Izgled komandne table za CNC upravljanje proizvođača SCHLEICHER ELECTRONIC
Računar NUJ ne može na mašini alatki direktno da aktivira sve funkcije. Za to je potreban posrednik. Zadatak posrednika je da strujne impulse iz NUJ transformiše za potrebe mašine alatke, i to tako da ona reaguje na svaki strujni impuls koji joj zadaje program ili poslužilac. Primajući informacije NUJ prima zadatak relativnog vođenja alata i obratka po zadatom programu radi ostvarenja potrebne konfiguracije izratka. Da se obavi ovaj odgovorni zadatak treba da postoje upoređivači, pojačivači i pretvarači. Na primer, nivo signala može biti nedovoljan za upravljanje motorima NU mašine alatke i signale treba pojačati, a neki signali se ne mogu uporediti i treba ih pretvoriti u pogodne za upoređenje.
Pojačavači impulsa imaju ulogu da strujne impulse niske snage pretvaraju u strujne impulse visoke snage. Pretvarači mogu biti tipa A/D ili D/A za pretvaranje analognih u digitalne veličine, i obratno. Upoređivači (diskriminatori) imaju ulogu poređenja zadatih i ostvarenih pozicija radnih organa radi formiranja upravljačkog signala. Na primer, ako od NUJ stiže strujni impuls za pogon pomeranja duž X-ose, proverava se da li su ispunjeni i drugi uslovi za obavljanje kretanja kao što je odgovarjući položaj štitnika radnog prostora, uključeno sredstvo za hlađenje, za podmazivanje i slično. Ako su uslovi ispunjeni, pogon za pomeranje startuje, ali uslovno – mora da su uključene i druge mašinske funkcije, što se vidi preko odgovarajućih svetlosnih signalnih sijalica. Pri tome mora da se vodi računa da ne dođe do istovremenog izvršenja mašinskih funkcija koje isključuju jedna drugu. Na primer, stezači stezne glave kod struga ne smeju se otvarati dok se glavno vreteno obrće.
2.5.3. Vrste upravljanja NUJ kao posebna celina NU mašine alatke ima osnovni zadatak da upravlja putanjom bez obzira ko izvodi to kretanje, obradak ili alat, geometrijskim uslovima upravljanja i da usaglašava međusobno razne mašinske funkcije. Proces obrade može da zahteva, a i ne mora, međusobno zavisna kretanja izvršnih organa mašine u koordinatnim pravcima. Prema tome, postoji: • upravljanje kretanjem bez funkcionalne zavisnosti i • upravljanje kretanjem sa funkcionalnom zavisnošću u pojedinim koordinatnim pravcima.
Upravljanje kretanjem bez funkcionalne zavisnosti zove se još i poziciono. Zavisno od relativnih kretanja između alata i obratka, odnosno da li su alat i obradak pri kretanju u zahvatu ili ne, poziciono upravljanje može biti koordinatno i linijsko.
Koordinatno upravljanje (upravljanje tačka po tačka, point-to-point) omogućuje pozicioniranje alata na programiranu tačku, a rezni alat nije u zahvatu. Kod ovog upravljanja nije bitan oblik putanje do postizanja zadate pozicije, već tačno pozicioniranje. Pogoni pojedinih osnih kretanja, zavisno od modela NUJ, mogu se uključivati ili odvojeno ili istovremeno, sve dok se ne ostvare svi pojedinačni položaji. Pošto alat nije u zahvatu, ovo upravljanje uvek se ostvaruje maksimalnom brzinom. Kretanje može biti u pravcu jedne a zatim u pravcu druge ose, ili istom brzinom pozicioniranja u oba pravca do postizanja zadate vrednosti jedne koordinate, a zatim u pravcu samo jedne ose do postizanja zadate vrednosti i druge koordinate. Primenjuje se pri bušenju, tačkastom zavarivanju, probijanju, prosecanju i tako dalje. Minimalan broj upravljanih osa kod NU mašina je dve ose upravljanja, X i Y - osa za bušilicu, X i Y- osa za NU presu, X, Y i Z- osa za glodalicu.
Linijsko upravljanje omogućuje kretanje duž date linije primenom linearne interpolacione funkcije, uz istovremenu obradu, i to sve do postizanja zadate vrednosti na liniji. To je najrasprostranjeniji način kretanja kod NU mašina. Način kretanja od jedne do druge tačke obavlja se po unapred zadatoj liniji, koja može biti prava ili kriva, a obe koordinate u svakom trenutku mogu menjati vrednost.
Upravljanje kretanjem sa funkcionalnom zavisnošću ima osobinu da se kretanja radnih organa u svim pravcima mogu odvijati u međusobno funkcionalnoj zavisnosti. Ima primenu kod mašina predviđenih za obradu krivih površina, kontura i zove se još konturno ili krivolinijsko upravljanje. Omogućava pozicioniranje pri brzom hodu, pomeranje paralelno osama i pomeranje prema proizvoljnim tačkama obratka. Prema broju nezavisnih i istovremeno upravljanih osa, razlikuje se konturno upravljanje sa dve fiksne ose, dve promenljive ose, tri i više osa upravljanja.
Glavna karakteristika bilo koje NU mašine alatke je broj upravljanih osa. Opšte poznato je da kretanje u prostoru ima tri translacije, duž osa prostornog sistema (X, Y i Z) i tri rotacije oko svake od ovih osa. Oznaka upravljivosti D određuje sa koliko komponenti se može upravljati. Broj istovremeno upravljanih osa zavisi od tipa i namene NUJ. Strug ima najčešće 2D-ose upravljanja jer se strugarski nož pomera uzdužno i poprečno u istoj ravni. Glodalica može biti konstruisana tako da sva tri pomoćna kretanja ostvaruje obradak, pričvršćen za radni sto ili to čini alat sa glavnim vretenom, a moguće su i druge kombinacije i tada ima 3D-ose upravljanja u okviru svog radnog prostora. Postoji i rešenje glodalice koja ima 2,5D-ose upravljanja. Ova oznaka znači da na toj mašini postoje tri ose upravljanja, ali da sve tri ne mogu biti istovremeno aktivne. Na primer, kretanje je u ravni X-Y, a duž Z-ose pomeranja nema, ili X-Z ose su aktivne, a Y-osa miruje, ili YZ ose aktivne, a X-osa miruje. Postoji glodalica koja ima 4D-ose upravljanja, radni sto pomera se duž X,Y i Z-osa i rotira oko Z-ose, znači rotacija u horizontalnoj ravni i to je četvrta osa upravljanja, dakle postoje tri translacije i jedna rotacija. Postoje mašine alatke i sa više od 6D-osa upravljanja. To su mašine alatke koje imaju dva ili više nosača alata.
Osim čisto geometrijskog upravljanja kretanjem alata ili obratka, postoji i upravljanje mašinskim funkcijama. Broj mašinskih funkcija ne zavisi samo od mašine alatke već i od upravljačke jedinice. One mogu biti pogramirane kao pomoćne i dodatne funkcije. Ukoliko je veći broj mašinskih funkcija koje se mogu rešiti pomoću upravljačke jedinice, utoliko je ta upravljačka jedinica pogodnija za automatizaciju procesa obrade. Na primer, mašinske funkcije mogu biti: • uključivanje glavnog vretena i regulacija broja obrtaja, • pozicioniranje glavnog vretena, • uključivanje sredstva za hlađenje i podešavanje željenog pritiska, • održavanje pomaka konstantnim, • uključivanje dodatnih uređaja, • upravljanje mernim uređajima i uređajima za izmenu obratka, za dotur materijala, sortiranje, transport strugotine i drugo.
2.5.4. Interpolacija Upravljanjem se ostvaruju programom zadate putanje alata, odnosno obratka. Da bi se ostvarila stroga zavisnost između pomeranja u pravcima pojedinih koordinatnih osa, NUJ treba da sadrži: • regulator brzine pomoćnog kretanja, koji preko odnosa komponenata brzine u pravcu osa, određuje pravac tangente u svakoj tački konture, odnosno određuje pravac brzine alata, i • interpolator koji definiše koordinate tačaka konture od početne do ciljne tačke.
Na crtežu izratka, određene konturne površine prikazuju se pomoću skupa elementarnih geometrijskih primitiva koje predstavljaju kontinualne linije ili površine u prostoru. Pogonski sistemi numerički upravljanih mašina mogu da ostvare kretanje (alata - izratka) kao skup diskretnih tačaka od startne tačke (A) do ciljne tačke (B). Taj skup tačaka treba da aproksimira sa odgovarajućom tačnošću željenu liniju ili površinu na obratku. Postupak aproksimacije kontinualnih elemenata (linija površina) skupom diskretnih tačaka naziva se interpolacija. Prema vrsti funkcionalne zavisnosti između kretanja kod numerički upravljanih mašina koriste se: • linearna, • kružna i • parabolična interpolacija.
Kod svake vrste interpolacije NUJ izračunava niz tačaka koje leže na putanji. Ako je putanja alata između dve susedne tačke pravolinijska, onda je to linerana interpolacija, ako je kružna ili parabolična onda je to kružna ili parabolična interpolacija. Tokom rada NUJ neprestano kontroliše i doteruje osna kretanja usaglašavajući izračunatu putanju sa ostvarenom.
Y Y B
4 3
B
5
2
A
A
a)
X
1
b)
Slika 30. Primena linearne interpolacije – od A do B alat se kreće po pravim linijama: 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 i aproksimira kružnu putanju
X
Y
Y
B(X;Y) B
A
B
I (-)
J (-)
C
C
A
J (+)
I (+)
B(X;Y) B
a)
X
B
b)
Slika 31. Kružna interpolacija: a) smer kretanja kazaljke sata i b) obrnuti smer od kretanja kazaljke sata.
X
Y P 4
t 2
t
P
1
2
P 3
P 5
P
J(+)
1
I(+)
X
Slika 32. Parabolična interpolacija
2.5.5. Proizvođači numerički upravljačkih jedinica
Pojava standarda u arhitekturi upravljačkih sistema i upotreba koncepcije otvorene arhitekture je uzrok pojave oštre konkurencije na tržištu, kao i nastanka velikog broja manjih proizvođača, uglavnom poteklih iz istraživačkih institucija, koji do sada nisu bili sposobni da sami razviju kompletno upravljanje. Pri tome treba imati na umu da vodeći svetski proizvođači, kao što su Siemens, Fanuc i Fagor, svojim istraživanjima diktiraju dalji razvoj ove oblasti.
FAGOR Španski proizvođač elektronskih uređaja FAGOR od sedamdesetih godina dvadesetog veka proizvodi i CNC upravljačke jedinice i digitalne upravljačke i merne elemente neophodne u industijskoj upotrebi. Iako spada u red manjih proizvođača CNC upravljačkih jedinica, Fagor intenzivno istražuje uvođenje novih tehnologija i standarda u koje spada i otvorena arhitektura. Trenutno su najviše u upotrebi dva tipa CNC upravljačkih jedinica ovog proizvođača, baziranih na otvorenoj arhitekturi i Windows operativnom sistemu: FAGOR 8055 CNC i FAGOR 8070 CNC sa različitim mogućnostima izbora pojedinih komponenti.
Kao i većina vodećih proizvođača i Fagor je upravljački sistem koncipirao kao dvodelni (slika 33), sastavljen iz CNC panela sa PC funkcijama, koji je postavljen na samoj mašini, i CNC jedinice (centralne upravljačke jedinice) koja se nalazi u komandnom ormanu, dok vezu između njih čine visokobrzinska serijska veza ili neki drugi vid komunikacije.
Slika 33. CNC jedinica i CNC panel FAGOR
FAGOR 8055 CNC upravljačka jedinica (slika 34) je namenjena konstrukciono jednostavnijim konvencionalno građenim CNC mašinama alatkama, kao što su: strugovi i obradni centri za struganje, glodalice i obradni centri za glodanje, kao i za brusilice. Upravljačka jedinica 8055 CNC ima mogućnost kontrole i upravljanja do četiri ose upravljanja, a opciono postoji mogućnost povezivanja do 7, uz dva radna vretena, kompenzacija greške ose je u 256 tačaka po osi, SERCOS interfejs za digitalne komunikacije između upravljačkog sistema i digitalnog servo uređaja koji funkcioniše na bazi optičkih kablova.
Slika 34. Monitori namenjeni upravljačkom sistemu 8055
FAGOR 8070 CNC upravljačka jedinica spada u grupu naprednijih upravljačkih jedinica namenjenih mašinama alatkama za visokobrzinsku obradu. Osnovna njena karakteristika je velika brzina izračunavanja neophodnih za izvršavanje komandi. U ovom slučaju je vreme izračunavanja pojedinačnih blokova programa svedeno na jednu milisekundu. Ostale napredne funkcije koje su ugrađene u ovu upravljačku jedinicu su: • napredni algoritmi za kontrolu putanje obrade, • kontrola grešaka za prevenciju grešaka u kretanju, • splajn interpolacija, • post-interpolacioni filteri za eliminisanje rezonance.
Ova upravljačka jedinica (slika 35) je zasnovana na Pentium procesorima (postoji mogućnost izbora) sa Windows operativnim sistemom, što pored svih prednosti PC tehnologije uključuje i mrežno povezivanje sa drugim računarima.
Slika 35. Monitor za upravljački sistem 8070
FANUC Poznati japanski proizvođač FANUC već godinama predstavlja jednog od lidera u proizvodnji i razvoju upravljačkih sistema. Njihovo primarno tržište čine Azija i Severna Amerika, gde su njihovi sistemi preovlađujući u primeni u mašinama alatkama i robotskim sistemima. Nova serija Fanuc-ovih upravljačkih sistema baziranih na otvorenoj arhitekturi (160i, 180i, 210i, kao i 160is, 180is, 210is) predstavlja integraciju konvencionalne CNC upravljačke jedinice i PC računara. Kao i u drugim slučajevima i Fanuc je naprednije modele upravljačkih sistema ove, nove generacije upravljačkih jedinica koncipirao iz dva dela: tankog panela koji se ugrađuje na mašinu i CNC jedinice koja se postavlja u upravljački orman, dok vezu između njih čini visokobrzinska serijska komunikacija (slika 36).
Slika 36. FANUC upravljački sistem nove generacije
Ovakav koncept je primenjen na modele 160i, 180i i 210i koji spadaju u upravljačke sisteme visokih performansi, na kojima se nalaze verzije Windows 2000 i Windows XP operativnog sistema i koji imaju veće zahteve za elementima PC računara. Upravljački sistemi koji imaju zahteve za povišenom pouzdanošću imaju oznaku s, pa su tako nastali sistemi 160is, 180is i 210is. Ova grupa upravljačkih sistema može biti konfigurisana na dva načina: kao sistem koji objedinjuje CNC jedinicu sa LCD displejem (slika 37), i kao razdvojeni sistem koji se sastoji od nezavisnog CNC panela sa PC funkcijama, koji je povezan sa posebnom CNC jedinicom. Ova varijanta upravljačkog sistema koristi operativni sistem Windows CE koji je poznat po svojoj kompaktnosti i ne zahteva hard disk što čini sistem veoma pouzdanim za primenu na mašinama alatkama.
Slika 37. CNC jedinica FANUC sa integrisanim LCD displejem
Savremeni upravljački sistemi Fanuc otvorene arhitekture zbog svojih karakterisitka imaju integrisan čitav niz novih tehnologija čiji je zadatak povećanje tačnosti i efikasnosti mašina alatki. Tu spadaju: • nano interpolacija, • HRV (High Response Vector) kontrola vretena i pogona osa, • sistem za uštedu energije, • dvostruki nadzorni sistem.
Nano interpolacija predstavlja matematički algoritam za znatno tačnije definisanje pozicije alata i radnog predmeta, pri čemu se na osnovu upravljačkog programa definišu pozicije u nanometarskim jedinicama i kao takve se prosleđuju sistemu za kontrolu pozicije, a zatim i samoj mašini (slika 38). Na ovaj način se ostvaruje mnogo tačnije pozicioniranje radnog predmeta i alata, kao što se na slici 39 i vidi.
Slika 38. Šematski prikaz nano interpolacije
Slik 39. Rezultati primene nano interpolacije
HRV kontrola vretena i pogona pojedinih osa ima zadatak da u kombinaciji sa nano interpolacijom omogući primenu većih brzina obrade istovremeno povećavajući preciznost i tačnost pozicioniranja. Ovaj tip kontrole se koristi za kontrolu pomaka i za kontrolu vretena. Visoka preciznost pomaka se ostvaruje kombinacijom jedinstvene strukture servo motora, davača visoke rezolucije i HRV kontrole. Ušteda energije se ostvaruje korišćenjem efikasnijeg servo sistema čime se skraćuje ciklus obrade, a samim tim dobija i ušteda u energiji. Dvostruki nadzorni sistem predstavlja paralelnu primenu CNC i nadzornog procesora u procesu provere podataka i kretanja.
Primena svih ovih novina u CNC tehnologiji, uz maksimalno korišćenje komunikacionih mogućnosti PC računara i olakšanoj gradnji upravljačkog softvera primenom za konvencionalne računare uobičajenih programskih jezika i jezika makroa, omogućili su da ova grupa upravljačkih jedinica bude veoma konkurentna i po mogućnostima među dominantnijim na tržištu. Upravo to zahteva postojeća reputacija firme Fanuc.
SIEMENS
Nemačka firma SIEMENS danas u Evropi, a i u većem delu sveta, predstavlja najzastupljenijeg proizvođača upravljačkih komponenti za CNC mašine. U skladu sa tim, istraživanja koja sprovodi ovaj proizvođač diktiraju razvoj celokupne oblasti upravljačkih sistema u svetu. Siemens je do sada na tržište plasirao veći broj upravljačkih jedinica zasnovanih na otvorenoj arhitekturi, koji su svoje mesto našli u univerzalnim i specijalnim mašinama alatkama konvencionalne arhitekture, mašinama alatkama na bazi paralelnih mehanizama i u svetu sve popularnijem retrofitingu (rekonstrukcija starijih mašina alatki). Trenutno su na tržištu najaktuelniji modeli iz serija Sinumerik 840D i 840C.
Upravljački sistemi novije generacije se u kombinaciji sa novim modelima servo motora (SIMODRIVE) mogu koristiti za gradnju mašina alatki koje po današnjim kriterijumima imaju ekstremne karakteristike. To podrazumeva, u teorijskom smislu, brzine obrade do 300 m/min, ubrzanja do 45G i sl. Primena upravljačkih sistema Sinumerik omogućava korisniku korišćenje čitavog niza naprednih funkcija od kojih su neke uključene u osnovnu konfiguraciju sistema, a neke su date opciono. Tu spadaju: • 2D spiralna interpolacija, • programabilno ubrzanje, • nadzor procesa obrade, • nadzor alata, • kompenzacija greške po kvadrantima, • kontrola 10 kanala i 31 upravljanu osu / vretena (opciono), • spline interpolacija (opciono), • kompenzacija dužine alata (opciono).
Upravljačka jedinica SIEMENS 840D (slika 40) omogućava upravljanje do 31 ose ili vretena sa 10 kanala. Zasnovana je na PC platformi, za do 31 osu/vreteno i primenljiva je za sve tehnologije. Nova PCU (Personal Computer Unit) postoji kako u varijanti bez hard diska (PCU 20), tako i u varijanti sa hard diskom (PCU 50) i sadrži u integralnoj formi razne mogućnosti komunikacije (Ethernet, MPI, PROFIBUS DP). Operativni sistem je Windows NT.
Slika 40. Upravljački sistem Siemens 840D
Upravljačka jedinica SIEMENS 840C (slika 41) je predviđena za rešavanje složenijih upravljačkih zadataka koji uključuju upravljanje digitalnim i analognim pogonima. To podrazumeva kontrolu do 30 osa i 6 vretena, različite vrste interpolacija (uključujući i krivolinijsku – spline interpolaciju) i mogućnosti upravljana visokobrzinskim obradama (predviđena je kontrola vretena od 0,1 do 99000 o/min).
Slika 41. Kontrolni panel upravljačkog sistema Siemens 840C
Slika 42. Prikaz softverskih dodataka za upravljačke sisteme novije generacije Osim fleksibilnosti upravljačkih sistema, kod ovog proizvođača se može primetiti prisustvo većeg broja softverskih dodataka za same upravljačke jedinice, koji su uobičajeni u konvencionalnim PC računarima, ali se u upravljačkim sistemima prvi put pojavljuju. Moguće na samoj upravljačkoj jedinici uz pomoć video linka komunicirati sa inženjerima iz odeljenja tehnologije (slika 42a), pročitati dodatna uputstva dobijena u elektronskoj formi (slika 42b) ili pokrenuti CAM programski paket GIBBS za 2,5 osno programiranje i definisati tehnologiju za jednostavnije delove (slika 42c).
Osim pomenutog u ponudi Siemens-a se nalazi niz upravljačkih sistema koji su prilagođeni primeni u oblasti modernizacije mašina alatki (retrofitinga). Sama kompanija Siemans je u praksi realizovala modernizaciju oko 5000 mašina alatki najrazličitije namene (počev od bušilica, pa do transfer linija) i stepena automatizacije (ručne pa do CNC). Pored gore navedenih postoji još veliki broj proizvođača numerički upravljačkih jedinica, od kojih treba spomenuti: MITSUBISHI ELECTRIC, HEIDENHAIN, ACU-RITE, AMK, MDSI, MAZAK, NUM, SCHLEICHER, FIDA, SELCA, SONY i mnogi drugi.
2.6. SAVREMENE RAČUNAROM UPRAVLJANE GLODALICE Savremene računarom upravljane glodalice se izrađuju u različitim varijantama. Jedno od rešenja prikazanao je na slici 43.
Slika 43. Savremena računarom upravljana glodalica 5D proizvođača MIKROSAM
Savremene računarom upravljane glodalice imaju po pravilu, pored ostalog, cikluse za obradu otvora i žljebova, zatim mogućnost korekcije radijusa glodala i kompenzaciju dužine usled habanja, a mogu se koristiti i glodala različitih prečnika. Glavno kretanje glodalice je uvek obrtanje glavnog vretena sa alatom. U zavisnosti od toga kakva je funkcionalna zavisnost vođenja osa postoje 2-osne, 3-osne, 4-osne, 5-osne i 6-osne glodalice. Naravno, treba napomenuti da, na primer, kod 3-osne glodalice sve tri ose rade sinhronizovano, ali ako mašina radi u ravni, onda je to 2,5-osna glodalica (ima 2,5D upravljanih osa, gde je D broj upravljanih osa). Ove glodalice mogu da rade i kao bušilice. 6-osne računarom upravljane glodalice predstavljaju jedne od najmoćnijih numerički upravljanih mašina i pomoću njih mogu da se izrade najkomplikovanije površine i oblici, koji drugim mašinama alatkama ne mogu da se dobiju.
Na slici 45 dati su primeri različitih konstrukcijskih i namenskih izvođenja savremenih glodalica.
Slika 45. Različite vrste i konstrukcije računarom upravljanih glodalica proizvođača BERMAQ: (a) vertikalna 4D-upravljana glodalica, (b) 5D-upravljana glodalica za izradu velikih delova, (c) glodalica sa dve glodačke glave
Kako bi se uštedelo vreme potrebno za izradu nekog dela glodanjem napravljene su i glodalice sa dve glodačke glave koje mogu da rade simulatano (slike 46 i 47), a koje su, naravno, upravljane računarom.
Slika 47. Dva glodala u zahvatu
Slika 46. Glodalica sa dve glodačke glave
Na prethodnim slikama izvođenje glodalica je vertikalno. Međutim, kao i kod konvencionalnih mašina alatki, postoje i CNC glodalice horizontalnog tipa. Na slici 48a i 48b dati su primeri računarom upravljanih glodalica BED tipa, a na slici 48c i 48d BRIDGE tipa.
Slika 48. (a) i (b) Računarom upravljana glodalica tipa BED, (c) i (d) tip BRIDGE
3. METODE PROGRAMIRANJA NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA ALATKI Program za NU mašine alatke treba da bude optimalan, ekonomičan i bez grešaka. Programiranje obradnih procesa na numerički upravljanim mašinama obuhvata niz zahvata na sistematizaciji obradnih informacija, njihovom ispisivanju određenim redosledom i kodom prema pravilima programskog jezika u formi upravljačkog programa. U realnoj industrijskoj praksi primenu ima: • ručno programiranje, • programiranje u pogonu, • mašinsko (kompjutersko) programiranje. Bez obzira o kom obliku programiranja se radi, NU mašina alatka dobija sve potrebne informacije za automatsku obradu nekog elementa. To su informacije o potrebnim glavnim i pomoćnim kretanjima, informacije za uključivanje i isključivanje izvršnih organa mašine alatke, za automatsku izmenu alata i obratka, za početak i kraj programa.
Upravljačke jedinice obrađuju pripremljene informacije i prema stepenu prioriteta saopštavaju izvršnim organima mašine alatke, pa se na taj način ostvaruje upravljanje procesom obrade. Princip programiranja obradnih procesa na numerički upravljanim alatnim mašinama u jednom opštem pristupu prikazan je na slici 49.
Slika 49. Osnovni princip programiranja obradnih procesa numerički upravljanih mašina alatki
Za izradu programa potrebne su informacije o određenom tipu mašine, alatima i uređajima, materijalima, parametrima obrade, raznim preporukama i slično. Ove informacije se sistematizuju u obliku baza podataka i programer ih po potrebi koristi. U tehnološkoj bazi podataka informacije se nalaze u obliku karti alata, mašina, kataloga, tabela ili se nalaze u datotekama računara i koriste se po potrebi. Uređene upravljačke informacije u formi programa potrebno je preneti na nosač informacija preko koga će biti unešene u memoriju upravljačke jedinice na dalje procesiranje.
Pre unošenja programa za rad NU mašine alatke treba izvesti sledeće aktivnosti: • Podešavanje mašine alatke prema listi za podešavanje. Lista sadrži spisak potrebnih alata i njihovih držača, držača i stezača obratka. • Za mašine alatke koje nisu opremljene apsolutnim mernim sistemom, posle podešavanja, klizači se dovode do nulte tačke radi usaglašavanja mernog i upravljkačkog sistema. • U slučaju otkaza alata, poslužilac mašine mora biti spreman da prekine program obrade. Posle zamene alata ili okretanja pločice, program treba da startuje od prvog glavnog bloka pre prekida procesa obrade. • Simulacija procesa obrade treba da omogući verifikaciju kvaliteta programa. Mašina se uključi da radi bez izratka i posmatraju se definisana kretanja.
3.1. RUČNO PROGRAMIRANJE Ručno programiranje prvo je našlo primenu u početnim fazama korišćenja NU mašina alatki. Danas ima primenu u radnim organizacijama koje imaju mali broj NU mašina alatki. Kod ovog načina programiranja sve geometrijske i tehnološke zadatke realizuje izradom programa progamer-tehnolog. Na slici 50 prikazan je postupak ručnog programiranja. Ručno programiranje počinje uzimanjem podataka sa crteža i izračunavanjem podataka o broju zahvata, dubini i brzini rezanja, brzini pomoćnog kretanja, zatim podataka o alatu i priboru za stezanje kao i u slučaju konvencionalnog načina izrade tehnološkog postupka.
PODACI O MA PODACI O STEZNOM PRIBORU
Slika 50. Ručno programiranje
Tehnološki postupak koji se radi usko je vezan za NU mašinu alatku za koju se radi upravljački program. Programer-tehnolog mora da raspolaže svim potrebnim podacima o NU mašini alatki za koju se radi program. Na osnovu podataka o NU mašini alatki, steznom priboru i na osnovu plana obrade, formira se plan stezanja. On obuhvata informacije o položaju obratka, koordinatnim osama, dimenzijama obratka i steznog pribora, kao i o broju radnih položaja - stezanja. Na osnovu plana stezanja, informacija o alatu i režimu obrade, formira se plan alata. Plan alata sadrži informacije o vrsti alata, prečniku alata, dimenzijama alata, držaču alata, rastojanju između vrha alata i referentne ravni radnog vretena i tako dalje.
Podešavanje alata je najčešće u radijalnom i aksijalnom pravcu pomoću specijalnih uređaja za podešavanje alata. Na osnovu navedenih podataka, programer popunjava tehnološki programski list. Kodiranjem ovog lista, dobija se izvorni program. Pomoću bušača trake, izvorni program prenosi se na bušenu traku koja sadrži sve informacije pomeranja i uključivanja, i njenim postavljanjem u čitač informacija završava se spoljašnja obrada podataka. Ručno programiranje se primenjuje u uslovima izrade programa gde se ne angažuje računar i prihvatljivo je za proizvodne pogone koji imaju do 10 NU mašina alatki. Ako je broj mašina alatki veći ili postoji mogućnost korišćenja računara, onda se primenjuje mašinsko programiranje.
Programer-tehnolog za izradu upravljačkog programa mora da zna: • tehničke karakteristike sistema mašina alatka - upravljačka jedinica, • položaj osa mašine alatke, • ulazne veličine, • dozvoljeni broj karaktera u reči, • način pisanja blokova (fiksne ili promenljive dužine), • način kodiranja pojedinih mašinskih funkcija, • način programiranja koraka i broja obrtaja, • način kodiranja pomoćnih funkcija, • sistem mera, apsolutni ili inkrementalni - relativni, • vrste interpolacije, • karakteristike upravljačke jedinice i drugo.
3.2. STRUKTURA PROGRAMA
Pri ručnom programiranju piše se i dobija izvorni program koji se može preneti na bušenu traku. Izvorni program sadrži sve informacije potrebne za proces obrade. Svaka elementarna operacija je definisana preko rečenica. Više rečenica čine blok koji predstavlja određeni zahvat na mašini alatki. Svaka informacija u okviru rečenice daje se preko reči. Reč se sastoji iz adrese i pripadajućeg broja sa opcionim predznakom. Adrese su slovni simboli koji predstavljaju određenu funkciju i uvek se nalaze na početku reči. Redosled reči u rečenici je propisan. Reči mogu imati modalni ili periodični način dejstva. Modalna reč ostaje memorisana sve dok se ne izbriše ili ne zameni drugom. Reči sa periodičnim dejstvom deluju samo u rečenici u kojoj su programirane, što znači da, po potrebi, mora ponovo da se programiraju.
Adrese i kodne oznake prema ISO preporukama objašnjavaju se na sledeći način: N
→
Broj rečenice i predstavlja redni broj. Neke upravljačke jedinice imaju uređaj za traženje rečenica i dopuštaju proizvoljan redosled pisanja rečenica.
G
→
Funkcija instrukcije pomeranja, uslova puta i informacija o putu predstavlja geometrijski deo programa. Uslovi puta određeni su adresom G i dvocifrenim brojem. Na primer: G00 - pozicioniranje brzim hodom, G90 - programiranje u apsolutnim vrednostima, G01- linearna interpolacija i tako dalje. Ova funkcija daje informacije o načinu kretanja.
X, Y, Z →
Koordinate. Ove adrese definišu glavne ose usvojenog koordinatnog sistema za putanje kretanja, daju informacije o kretanju.
I, J, K
Adrese, pomoćni parametri za kružnu interpolaciju, pri čemu parametar I odgovara X-osi, J Y-osi i K Z-osi. Predstavljaju rastojanja od početne tačke interpolacije do centra kružne linije mereno u pravcu odgovarajuće ose. Predznak + je ako je to rastojanje mereno u + smeru odgovarajuće ose, minus je suprotan smer.
→
S
→
zadavanja
Adresa za definisanje broja obrtaja. Zavisno od vrste upravljačke jedinice i od toga da li mašina alatka poseduje prenosnik sa kontinualnom promenom broja obrtaja ili ne, postoji mogućnost broja obrtaja direktno u o/min. Na primer za n = 1120 o/min sledi da je S1120.
F
→
Adresa za definisanje pomoćnog kretanja, posmaka u mm/min. Na primer F100 - predstavlja brzinu pomoćnog kretanja od 100mm/min.
T
→
Adresa za definisanje broja alata. Naredba ima slovni simbol i dva, tri ili četiri cifarska mesta. Ovom naredbom se definiše broj alata kao i broj pripadajućeg para korekturnih prekidača. Tako na primer T0202 znači poziv alata broj 2 i korekturnog para broj 2, ili T0203 poziv alata broj 2 i poziv korekturnih prekidača broj 3, a ako je T0200 znači brisanje korekture 2 ili 3. Uključivanje i isključivanje korekture vrši se van zahvata alata. Kod nekih mašina alatki za upisivanje korekture koriste se druge adrese, dok naredba za poziv alata ostaje ista - T.
M
→
Adresa za definisanje pomoćnih ili dodatnih funkcija: uključivanje i isključivanje glavnog vretena, izmena alata, označavanje kraja bloka i drugo. Na primer: M00 - programsko zaustavljanje, M06 - izmena alata, M30 - kraj programa i tako dalje.
L
→
Adresa za definisanje "skoka", na primer, koraka pri probijanju, pomeranje probojca za istu veličinu koraka u pravcu kretanja jedne upravljane ose.
Elementi programa i njihov tok su standardizovani. Program je sačinjen od rečenica- blokova. Jedna rečenica sadrži sve podatke neophodne za sprovođenje jednog radnog zahvata. Programske rečenice mogu biti programirane sa promenljivim brojem znakova. Svaka rečenica sastoji se od više reči, a svaka reč ima određeno značenje. Programska reč je osnovni nosilac informacija. U programiranju su tačno definisani oblik pisanja, dužina i sadržaj reči. Programska reč predstavlja kombinaciju slova, znakova i cifara. Na primer, rečenica može biti napisana u slobodnom formatu, sa varijabilnom dužinom reči i ima oblik: N5 G01 X85 Y42,5 F80
Primeri nekih programskih reči pri programiranju prikazani su u tabeli T-1. Tabela T-1
Glavne funkcije ili funkcije uslova kretanja označavaju se slovnim simbolom G i dvocifrenim brojem. Funkcije su definisane odgovarajućim uputstvom za rukovanje određenom mašinom. Kako postoji razlika između pojedinih upravljačkih jedinica, tako postoji i razlika u značenju glavnih funkcija. Glavne funkcije po nameni mogu biti: • funkcije za definisanje sistema programiranja (apsolutni inkrementalni), • funkcije za uspostavljanje načina kretanja, brzi korak, interpolacija, rezanje navoja i drugo, • funkcije za definisanje korekcije alata, korekcije poluprečnika alata, korekcije dužine alata, • funkcije za definisanje standardnih ciklusa pri obradi bušenjem ili obradi struganjem i drugo. Definišu su adresom, slovnim simbolom G i dvocifrenim brojem.
Pomoćne funkcije isključivo služe za davanje instrukcija mašini alatki. Broj pomoćnih funkcija je različit, što zavisi od upravljačke jedinice, od namene mašine alatke, od obima pomoćnih instrukcija, dodatnih uređaja i slično. Definisane su, kao i glavne funkcije, adresom, slovnim simbolom M i dvocifrenim brojem. Dele se na: • funkcije zaustavljanja, • funkcije uključivanja i isključivanja, • funkcije za izmenu i korekciju alata, • ostale pomoćne funkcije kao i • funkcije za kraj upravljačkog programa. Pregled pomoćnih funkcija je dat uputstvom za rukovanje mašinom alatkom.
Laboratorija za mehaniku mašina, Mašinskog fakulteta Univerziteta u Nišu raspolaže laboratorijskom numerički upravljanom glodalicom (slika 51) povezanom sa personalnim računarom.
Slika 51. Laboratorijska numerički upravljana glodalica
Pored alata (glodala) koje vrši obrtno kretanje, ova mašina ima tri stepena slobode kretanja, tri translacije duž X, Y i Z koordinatnih osa. Konstrukcijski je rešeno da kretanje u X pravcu izvodi radni sto, a da kretanje po Y i Z osi obavlja nosač alata. Zbog svoje kompaktnosti, robusne konstrukcije, preciznosti, palete alata na raspolaganju i efikasnog upravljanja ova obradna mašina je veoma pogodna za različite postupke obrade: glodanje, bušenje, graviranje, kopiranje i slično, kao i naročite operacije preciznog meranja, sklapanja ili skeniranja 3D oblika složenih predmeta.
Slika 52. Šematski prikaz laboratorijske numerički upravljane glodalice
Tehnički podaci laboratorijske numerički upravljane glodalice: • maksimalni hod u X pravcu: 360 mm • maksimalni hod u Y pravcu: 240 mm • maksimalni hod u Z pravcu: 80 mm • maksimalna brzina kretanja: 30 mm/sec • rezolucija mehaničkog dela sistema (u svim pravcima): 0,01 mm • programabilna resolucija (u svim pravcima): 0,01 mm • masa: 30kg • pogonski motor glodala: PROXXON BFW 40E 140W sa potenciometarskom regulaciom broja obrtaja • pogonski motor zavojnih vretena: petofazni koračni motor POSITEC sa 500 koraka po obrtaju • širina modela: 600 mm • visina modela: 500 mm • dužina modela: 600 mm • napajanje: 220 V/50 Hz.
Translatorna pomeranja nosača alata u X, Y i Z pravcima se realizuju zavojnim vretenima sa recirkulacionim kuglicama prečnika dvretena =15mm i koraka zvretena =5mm koja pogone jednosmerni koračni motori sa 500 koraka po obrtaju. Na osnovu ovih karakteristika, za jedan pun obrtaj zavojnog vretena nosač alata se pomeri 5mm, odakle sledi da je rezolucija mehaničkog dela 5mm/500=0,01mm po koraku koračnog motora. To znači da je moguće, na primer, alat pomeriti na poziciju 20,01mm. Rotaciono kretanje glodala ostvaruje se jednosmernim motorom sa permanentnim magnetom. Pravolinijsko vođenje se obezbeđuje vrlo preciznim linearnim vodjicama sa prečnikom vođice dvođice =16mm. Početni (nulti) položaj se određuje uz pomoć tri mikro prekidača. Krajnji mogući položaji po osama kretanja su takođe ograničeni mikro prekidačima.
Elektronika mašine se sastoji od upravljačkog dela i dela za napajanje. Preko kabla za napajanje za rad mašine obezbeđuje se jednosmerna struja 36V-6A. Upravljački deo sastoji se od interfejs kartice instalirane na samoj mašini i komunikacije sa računarom preko paralelnog porta. Program za obradu MACH 3 koji se pokreće na računaru kontroliše izvršenje postavljenih komandi obrade i komandnim signalima preko koračnih motora definiše položaj nosača alata u odnosu na nultu poziciju sa korakom od 0.01mm. U fazi pokretanja i zaustavljanja programski je obezbeđeno da su dinamičke sile u funkciji postepenog ubrzavanja, odnosno usporavanja. Na monitoru računara grafički interfejs sve vreme izvršenja programa u apsolutnim i relativnim koordinatama prati trenutni položaj nosača alata.
Upravljački program koristi standardni ISO G kod. Program, koji predstavlja skup naredbi koje treba mašina da realizuje da bi se dobio izradak prema zahtevanom radioničkom crtežu i koji se sastoji od programskih rečenica sa rečima i odgovarajućim adresama i kodnim oznakama, u skladu sa ISO preporukama se zapisuje u tekst formatu (*.txt) i kao takav učitava u upravljački program na računaru. Zatim se učitani program kompajlira i izvršava komandnim signalima preko kartice i paralelnog porta. Vodeće nule u programskim rečima mogu biti izostavljene iz pisanja.
Neke od adresa i pripadajućih kodnih oznakam prema ISO preporukama objašnjavaju se na sledeći način: G - instrukcija o načinu kretanja nosača alata. Kod modela laboratorijske numerički upravljane glodalice koriste se: G00 –
brzo pravolinijsko kretanje kada se nosač alata maksimalnom brzinom pravolinijski kreće od početne (A) do željene tačke (B) i koristi se za pozicioniranje alata pre početka obrade duž koordinatnih osa X, Y i Z (G00 X2000 Y 3500 Z200);
G01 –
linearna interpolacija kod koje se alat pravolinijski kreće od početne (A) do ciljne tačke putanje (B) u radnom hodu obrade mašine sa odgovarajućom brzinom pomoćnog kretanja. Ukoliko je potrebno uraditi deo kruga primenom linearne interpolacije tada je potrebno za što bližu aproksimaciju konture kruga izabrati što veći broj tačaka putanje alata. Kod modela laboratorijske numerički upravljane glodalice obrada po pravoj liniji se definiše u X-Y radnoj ravni (G01 X100 Y 100) ili duž Z ose (G01 Z-50);
G02 –
kružna interpolacija definiše kretanje alata u radnom hodu sa odgovarajućom brzinom rezanja po delu kružne linije iz tekuće pozicije (A) u definisanu krajnju tačku (B) u jednoj od radnih ravni u smeru kretanja kazaljke na satu (G02 X300 Y 110 R50) ili (G02 X300 Y 110 I50 J-10);
G03 –
kružna interpolacija definiše kretanje alata u radnom hodu sa odgovarajućom brzinom rezanja po delu kružne linije iz tekuće pozicije (A) u definisanu krajnju tačku (B) u jednoj od radnih ravni u smeru suprotnom od kretanja kazaljke na satu (G03 X300 Y 110 R50) ili (G03 X300 Y 110 I-50 J-150);
Vodeće nule u prethodno navedenim adresama mogu biti izostavljene iz pisanja, pa se tako u programu može pisati samo: G0, G1, G2 ili G3. G29 –
definiše koordinatni početak novog koordinatnog sistema na trenutnoj poziciji alata (G29);
G90 –
služi za zadavanje koordinata tačaka položaja alata u apsolutnom koordinatnom sistemu (G90); (podrazumevani sistem)
G91 –
koristi se za zadavanje koordinata tačaka položaja alata u relativnom koordinatnom sistemu (inkrementalni način pomeranja) (G91).
F-
adresa za definisnje brzine pomoćnog kretanja, odnosno pomaka ili posmaka alata u mm/min. Naredba za pomak ostaje na snazi sve do nove naredbe za promenu vrednosti pomaka (F100).
S-
adresa za definisnje broja obrtaja glavnog vretena alata u obrtajima/min u diskretnim vrednostima brojeva obrtaja. Pri upisivanju vrednosti broja obrtaja znak + znači obrtanje u pravcu kretanja kazaljke na satu, dok znak – oznčava obrnuti smer. Operacije se obavljaju jednim istim brojem obrtaja, sve dok u programu ne naiđe naredba za promenu vrednosti broja obrtaja. Kako se kod laboratorijske numerički upravljane glodalice ne upravlja direktno brojevima obrtaja motora, to ova adresa nije u funkciji, već se koristi potenciometarska regulacija broja obrtaja na upravljačkom modulu pogonskog motora glodala.
25
Na osnovu prethodnih informacija za obradu na laboratorijskom modelu numerički upravljane glodalice potrebno je za izradak konture primenom NC koda izraditi upravljački program obrade i prikazati ga u obliku programskog lista NC programa u usvojenom sistemu mera.
REŠENJE: REŠENJE: Programski list NC programa Programski list NC programa za slovo M: za slovo O: G90 G00 X100 Y100 G01 Z-2 F200 G01 Y200 F100 G01 X150 Y150 G01 X200 Y200 G01 Y100 G00 Z0 G00 X0 Y0
G90 G00 X100 Y100 G00 Y125 G01 Z-2 F200 G01 Y175 F100 G02 X125 Y200 I25 G01 X175 G02 X200 Y175 J-25 G01 Y125 G02 X175 Y100 I-25 G01 X125 G02 X100 Y125 J25 G00 Z0 G00 X0 Y0
REŠENJE: Programski list NC programa za slovo M: G90 G00 X100 Y100 G29 G01 Z-2 F200 G01 Y100 F100 G01 X50 Y50 G01 X100 Y100 G01 Y0 G00 Z0 G00 X-100 Y-100
REŠENJE: Programski list NC programa za slovo M: G90 G00 X100 Y100 G01 Z-2 F200 G91 G01 Y100 F100 G01 X50 Y-50 G01 X50 Y50 G01 Y-100 G90 G00 Z0 G00 X0 Y0
3.3. PROGRAMIRANJE U POGONU Razvoj elektronike uticao je i na razvoj CNC upravljačkih jedinica NUMA. One su pretrpele bitna poboljšanja i danas su to uglavnom snažni višeprocesorski i mikroprocesorski sistemi sa kompjuterskom grafikom. Zato većina proizvođača upravljačkih jedinica NUMA obezbeđuje kao standardnu verziju mogućnost programiranja u pogonu, tzv. "radioničko programiranje". Kod ovakvih upravljačkih jedinica moguće je direktno unošenje programa preko tastature na samoj mašini korišćenjem specijalno razvijenih menija koji olakšavaju rad programeru. Takođe je moguće opisivanje kontura obrade korišćenjem predefinisanih elementarnih geometrijskih primitiva kao što su cilindar, kupa, kugla, razni oblici žljebova i useka, oborene i zaobljene ivice, navoji i slično. Njihov broj i oblik zavise od vrste NUMA i njenih tehnoloških karakteristika, kao i kvaliteta same upravljačke jedinice. One se biraju iz menija i vrši se komponovanje konture obrade njihovim slaganjem i zadavanjem konkretnih dimenzija.
Upravljačka jedinica je snabdevena programima koji automatski, na osnovu opisa konture, definišu putanju alata i sračanuvaju sve potrebne koordinate. Takođe postoje određene programske rutine koje generišu oblik rečenice za unete podatke. U upravljačku jedinicu se unose datoteke materijala, alata i režima tako da se određeni tehnološki parametri obrade mogu direktno da sračunavaju za vreme programiranja. Pošto imaju displeje za prikazivanje slika velike rezolucije, pojedine upravljačke jedinice imaju posebno razvijene i ugrađene programe za grafičku simulaciju toka tehnološkog procesa obrade, kao i kontrolu putanje alata, pre nego što počne obrada kako bi se unapred otklonile eventualno unete greške u programu.
3.4. PROGRAMIRANJE NUMA POMOĆU RAČUNARA
Osnovni nedostaci ručnog programiranja mogli bi da se iskažu sledećim konstatacijama: • programer mora da menja kote sa crteža i da ih prilagođava koordinatnom sistemu mašine, • programer mora sam da definiše geometriju dela, tj. da izračunava pojedine karakteristične kote i da do najsitnijih detalja definiše put alata, • svaki zahvat ili pokret alata, ili klizača, mora se posebno definisati i šifrirati saglasno šiframa koje "razume" upravljačka jedinica mašine, • režime obrade programer mora sam da definiše i • svaki proizvođač mašine ima svoj specifičan način programiranja i kodiranja informacija.
Kao posledice ovih nedostataka mogu da se navedu sledeće konstatacije: • ručno programiranje kod većeg broja mašina i komplikovanijih delova postaje "usko grlo", • potrebno je više kvalifikovanih programera, • sam tehnološki postupak izrade delova traje duže usled sporog programiranja, što poskupljuje proizvod, • veća je mogućnost grešaka, naročito kod složenijih delova.
Ciljevi automatskog programiranja NUMA uz pomoć računara mogu se iskazati na sledeći način: • automatski proračun putanje alata na osnovu što kraćeg i jednostavnijeg opisa željene putanje alata, • automatsko definisanje zahvata obrade i njihovog redosleda u slučajevima kada je redosled standardan (npr. kod izrade navoja u otvoru postoji standardni postupak koga ne treba uvek ponavljati već se poziva iz datoteka postupaka), • sam problem programiranja definisati opisno korišćenjem pravila specijalno razvijenog simboličkog jezika, • automatizovano određivanje režima obrade, • automatizovani izbor reznog alata i steznog pribora, • automatsko preračunavanje koordinatnog sistema.
Prednosti primene automatskog programiranja NUMA su: • brža i jeftinija izrada programa, • programi su kraći i nezavisni od proizvođača mašine, • manja je mogućnost unosa grešaka prilikom računanja, • bolje je iskorišćenje programera, • omogućeno je upravljanje i prostornim (konturnim) sistemima obrade.
4. CAM SISTEMI Kada se završi razvoj konstrukcije pojadinačnih delova i sklopova proizvoda, u smislu detaljne razrade, analize i optimizacije geometrije i fizičkih osobina, pristupa se njihovoj izradi. Drugim rečima, potrebno je definisati proces transformacije od apstraktne (elektronske) forme modela ka fizičkoj formi gotovog proizvoda. S obzirom da, po prirodi stvari, u životnom ciklusu proizvoda izrada predstavlja jednu od ključnih faza, od velikog je značaja obezbediti uslove za prethodnu proveru svih relevantnih aspekata proizvodnje. Time se mogućnost pojave nekvalitetnih proizvoda, nepovoljnih tokova materijala, povreda pri radu i sličnih problema svodi na najmanju meru. To, dalje, rezultira u skraćenju vremena od ideje do pojave proizvoda na tržištu, smanjenju ili potpunom izostajanju izmena tokom realne proizvodnje, značajnom redukovanju parcijalnih i ukupnih troškova itd.
U svetlu računarske podrške i integracije relevantnih proizvodnih funkcija i aktivnosti za ovu namenu koriste se CAM sistemi, odnosno programski sistemi za računarom podržanu proizvodnju. CAM sistemi imaju široko značenje, s obzirom da, u opštem slučaju, pokrivaju veliki broj funkcija i aktivnosti koje pripadaju različitim oblastima proizvodnih sistema, tehnika i tehnologija. Generalno, CAM sistemi predstavljaju programske alate koji podržavaju intenzivnu upotrebu računara za planiranje i projektovanje proizvodnih i tehnoloških procesa i operacija i upravljanje proizvodnjom, odnosno proizvodnim procesima.
Osnovne funkcije CAM sistema vezane su za planiranje proizvodnotehnoloških procesa. Među njima su: • generisanje pripremka, • generisanje i optimizacija putanja alata, • kreiranje i korišćenje baza podataka i kataloga režima i alata, • proračun vremena izrade, • generisanje NC programa, • simulacija i vizuelizacija procesa izrade, • generisanje proizvodne dokumentacije, • brza izrada prototipova (rapid prototyping),
Geometrijski model proizvoda predstavlja finalni oblik koji treba postići nakon izrade, a pripremak od koga nastaje pojedinači mašinski element drugačijeg je oblika. CAM sistemi imaju mogućnost za automatsko generisanje pripremka na osnovu geometrijskog modela proizvoda. Ova funkcija zasniva se na tzv. logici dodataka za obradu, odnosno logici standardnih dimenzija materijala. Koristeći gabaritne dimenzije geometrijskog modela CAM sistem generiše model pripremka i pridružuje ga proizvodno-tehnološkom modelu. U nekim slučajevima pripremak poprima veličinu gabaritnih dimenzija modela, a ima standardni oblik paralelopipeda (za prizmatične modele) ili valjka (za rotacione modele). Automatsko generisanje pripremka nije uvek moguće, ili nije uvek poželjno, pa je korisniku ostavljena mogućnost direktne intervencije i kreiranja pripremka.
Generisanje i optimizacija putanje alata je funkcija CAM sistema koja se najčešće izvodi u okviru tehnološkog planiranja. Međutim ima proizvodnih situacija koje zahtevaju naknadnu proveru putanja alata i njihovu eventualnu korekciju i regeneraciju. One se uglavnom sprovode prilikom izrade složenijih proizvoda, kada su putanje alata ograničene, ne samo konfiguracijom proizvoda, već i konfiguracijom mašina, opreme i radne okoline. Kreiranje i korišćenje baze podataka i digitalnih kataloga mašina, opreme, alata, pribora, režima rada i drugih bitnih elemenata proizvodnog procesa od vitalnog je značaja za brzo i efikasno modeliranje i simulaciju proizvodnje. CAM sistemi poseduju posebne module za tu namenu.
Proračun vremena izrade izvodi se automatski na osnovu ostalih proizvodno-tehnoloških parametara, uzimajući u obzir veličinu i konfiguraciju proizvoda. U opštem slučaju, vreme izrade, pored glavnog vremena, uključuje sva pripremna, pomoćna i završna vremena, kako obradnog podsistema, tako i montažnog, transportnog i drugih podsistema proizvodnog sistema. Pre izrade programa za NUMA i drugu proizvodnu opremu (robote, transportna sredstva i sl) i pre konačnog generisanja proizvodne dokumentacije, potrebno je izvršiti simulaciju pojedinačnih tehnoloških procesa, kao i čitavog proizvodnog procesa. CAM sistemi poseduju veoma dobre funkcije za tu namenu koje korisniku omogućuju uočavanje nepravilnosti u inicijalno kreiranom proizvodno-tehnološkom postupku. Cilj je da se eventualne izmene po početku stvarne proizvodnje u potpunosti izbegnu, ili da se svedu na najmanju moguću meru. Tokom simulacije CAM sistem vizuelno prikazuje sve relevantne informacije, posebno označavajući mesta mogućih problema i nedostataka.
Generisanje NC programa kojim se vrši računarsko upravljanje proizvodnom opremom u potpunosti je automatizovano. To se izvodi posebnim funkcijama CAM sistema, na osnovu geometrijskog i tehnološkog modela. Ovo je veoma važna funkcija CAM sistema i treba napomenuti da se NC programi odnose i na drugu proizvodnu opremu, kao što su NU merne mašine, roboti, transportna sredstva i td. Savremeni MDPA sistemi poseduju veoma moćne module za čitav niz vrsta obrada, a naročito su moćni oni za obradu struganjem, glodanjem, bušenjem i elektroerozijom. Ove module podržavaju, uglavnom, sve CNC upravljačke jedinice, pa zato primena ovakvog pristupa modeliranju obradnog procesa i koristi koje on pruža, najčešće ne zavise od proizvođača proizvodne opreme (mašina).
Generisanje proizvodne dokumentacije u savremenim CAM sistemima odnosi se, pre svega, na formiranje dokumentacije u elektronskom obliku pogodnom za razmenu između različitih učesnika u razvoju proizvoda. Kako se danas komunikacija ove vrste izvodi u Internet okruženju to se generisanje proizvodne dokumentacije odnosi na automatsko kreiranje (hiper tekst) dokumenta u HTML formatu. Tako, na primer, za operaciju glodanja nekog prizmatičnog mašinskog elementa generiše se dokument koji sadrži sve relevantne podatke o toj operaciji.
Brza izrada prototipova je nova tehnologija kojom se stvaraju fizički modeli i funkcionalni prototipovi direktno na osnovu CAD modela proizvoda. Za izradu ovakvih prototipova nije potrebna proizvodna oprema, kao što su alati i pribori, niti je potrebno generisati NC programe. Procesi brze izrade prototipova mogu se, u opštem slučaju, podeliti u dve osnovne kategorije: • brza izrada prototipova sa dodavanjem materijala u: tečnom stanju, praškastom stanju, lisnatom stanju (laminatno) i • brza izrada prototipova sa uklanjanjem materijala.
Prikupljanje informacija o delu podrazumeva povezivanje CAM programa sa programom za geometrijsko modeliranje. Bez obzira u kom programu se vrši geometrijsko modeliranje, pri dimenzionisanju i postavljanju relacija karakterističnih oblika u okviru modela, neophodno je voditi računa o tome u kom kontekstu će kasnije taj model biti korišćen. Crtež dela ili podaci o delu iz CAD datoteke, predstavljaju ulazne informacije u sistem, koji sadrži informacije o obliku dela i njegovim dimenzijama, podatke o tolerancijama, kvalitetu obrađenih površina kao i specijalne tehnološke karakteristike. Pored forme modeliranog dela prikupljanje informacija o delu sadrži i analizu ostalih podataka u skladu sa postojećim tehničkim, tehnološkim, proizvodnim i drugim uslovima.
Usvajanje parametara obrade podrazumeva tip obrade kao i izbor mašine sa setom alata i odgovarajućim pomoćnim priborom. Potrebno je odrediti da li se deo obrađuje na glodalici ili strugu, čime se definiše postupak obrade glodanjem ili struganjem. Pravilan izbor redosleda, veličine, dužine međusobnog zahvata alata i predmeta odlučuju o krajnjim pokazateljima jednog postupka obrade. Izbor standardnog seta alata koji ide uz tu mašinu biramo iz tehnološke baze podataka, kao i odgovarajući NC kontroler koji je odgovoran za postupak postprocesiranja i izradu numeričkog koda na usvojenoj mašini.
Uz definisanje pripremka opredeljujemo se za materijal obratka, u zavisnosti od mehaničkih svojstava i hemijskog sastava. Materijal biramo iz raspoložive tehnološke baze podataka. Dodaci za obradu, odnosno dubina rezanja, najčešće su uslovljeni geometrijskim karakteristikama dela i vrstom obrade, tako da se ona najčešće usvaja na osnovu opštih podataka o uslovima obrade. Za svaku površinu u zavisnosti od nazivnog, nominalonog prečnika i ukupne dužine izratka, bira se potreban dodatak. Konačne mere pripremka se dobijaju kada se na mere gotovog dela dodaju odgovarajući dodaci, pri čemu se prečnici usklađuju sa postojećim standardnim prečnicima alata smeštenim u tehnološkoj bazi podataka.
