4.5 CNC gépek programozásának alapelvei
5.1.2 A belsı adatfeldolgozás jellemzıi
Az elkészített CNC programot a vezérlésbe betöltve azzal további információ feldolgozási feladatokat kell végezni azzal a céllal, hogy olyan alapjeleket, parancsokat állítsunk elı, melyeket végrehajtva a gép létrehozza a munkadarabot. A belsı adatfeldolgozás feladatait a CNC vezérlés végzi el. A legfontosabb feladatok az alábbiak:
Rajz
Interaktiv bevitel CAD Szerszámpálya generálás
Geometriai feldolgozás Technológiai feldolgozás
géphez a CLDATA-t illesztı program
21. ábra
• Kezelıi és hálózati kommunikáció,
• Programbeolvasás, kimentés,
• Programtárolás,
• Vezérlési feladatok irányítása,
• Pozícionálási feladatok végrehajtásának irányítása,
• Pályaszámítás, pozícionálási célpontok, korrekciók számítása,
• Felügyeleti feladatok végrehajtása,
A belsı adatfeldolgozási feladatokat ellátó CNC vezérlés funkcióábráját a 22. ábra mutatja.
A belsı adatfeldolgozás fontos feladata a kezelıi kommunikáció, s ezt a kezelıpulton keresztül lehet bonyolítani. A 23. ábra a Sinumerik 810T CNC vezérlés kezelıpultját ábrázolja. Az ábra természetesen a Siemens vezérlés jellemzıit mutatja, de alkalmas a CNC vezérlések általánosságainak a bemutatására is.
A vezérlésen jelölt jellegzetes kezelıelemek az alábbiak:
• Képernyı, betők és számok, egyszerő ábrák, programok, státus adatok, hibaüzenetek megjelenítésére.
• Soft-Key vagy lágybillentyőzet. Semleges billentyők, az üzemelés során változó státusuk a képernyı alján a billentyő fölötti mezıben kerül kijelzésre.
• Program I/O, RS232 interface külsı számítógéppel való kommunikációhoz.
• Üzemmód választó többállású kapcsoló
• Vezérlés bekapcsoló nyomógomb
Program
• Reset nyomógomb
• NC Start/Stop nyomógombok
• Fıorsó Start/Stop nyomógombok
• Elıtolás Start/Stop nyomógombok
• Elıtolás OVERRIDE kapcsoló, mellette a fıorsó OVERRIDE
• Szánmozgató JOG nyomógomb mezı
• Program szerkesztı nyomógomb mezı: bevitel, törlés, csere, kurzor, lapozó, kijelzı, címre ugrató
• Adatbeviteli szőkített tasztatúra: számok, betők, egyéb karakterek
• Kijelzı mezı
A kezelı elemek egy része ún. specifikus, vagy megnevezett kapcsoló vagy nyomógomb, ezek mindig ugyanazon feladatra szolgálnak. A lágybillentyők, a semleges nyomógombok mindenkori feladata a vezérlés pillanatnyi státusának megfelelı. Ezzel a kezelıelemek számát tudták csökkenteni, a kezelıpult áttekinthetısége jelentısen jobb lett.
A CNC gépeknek az éppen elvégzendı feladatokhoz illeszkedıen többféle üzemmódjuk van, ezek a különféle vezérlésgyártók szokása, ízlése szerint különféleképpen jeleníthetık meg, nevezhetık el, de tartalmukban mindenképpen megfigyelhetık a sajátos, általános jellemzık. Az általánosítható üzemmódok az alábbiak:
• JOG vagy beállító üzemmód: gépkezelésre, szánok szerszámrendszerek mozgatására, általában a bekapcsolást követı ellenırzések elvégzésére használják. Gyakori, hogy sok
23. ábra
egyéb más üzemmódot a JOG-on keresztül lehet elérni. Ebbıl az üzemmódból választható általában a Kézikerék használat, amely igen nagy segítséget ad különösen a gépbeállítások során.
• REF referenciapont felvételi üzemmód: A CNC gépek túlnyomó részénél létezı, az automatikus üzemmód alapfeltételeként alkalmazott üzemmód. Feladata a gép szánjainak helyzetét és a szánhelyzeteket tároló regiszterek tartalmát reprodukálható módon egymáshoz rendelni, más szavakkal a gép geometriai rendszerébıl a gépi koordinátarendszert kijelölni,
„feléleszteni”. Referenciapont felvételt csak a növekményes útméréssel felszerelt gépeknél kell végrehajtani. Ez gyakran a bekapcsolást követıen kézi parancsokkal történik, de az újabb gépeknél lehet kezelıi beavatkozás nélkül automatikusan végrehajtott is.
• MDI kézi adatbevitel üzemmód: a CNC gép a kezelıpultról bevitt komplett utasítássorokkal, mondatokkal üzemeltethetı, de ezek az utasítások nem tárolódnak el, tehát ez nem programozási üzemmód.
• EDIT programszerkesztı üzemmód: a memóriában tárolt, illetve tárolandó programok írására, szerkesztésére, javítására szolgál. A vezérlések jelentıs támogatást nyújthatnak a szerkesztéshez, megadhatják az utasítások jelentését, a könyvtári szubrutinokat és használatuk módját, stb. Amikor a teljes számítógépes CNC programozást a gép mellett végzik úgy, hogy a CNC gép párhuzamosan egy másik programot hajt végre, akkor beszélünk mőhelyszintő programozásról, WOP-ról.
• AUT automata üzemmód: a programok futtatására szolgál. A CNC gépeken alapként kétféle programfuttatási lehetıség van. A Mondatonkénti futtatást elsısorban a programbelövés során használják, a kész programot folyamatos futtatás üzemmódban alkalmazzák. Vannak speciális CNC gépek, ahol a folyamatos futtatás is vonatkozhat egyetlen munkadarabra, vagy egy-egy sorozatra (pl. CNC rúdautomaták). A korszerő CNC gépeknél elıfordul, hogy a programfuttatás során szimulációra is van lehetıség.
• SIM szimuláció üzemmód: Önálló, vagy alüzemmód lehet, programkészítés vagy gyártáselıkészítés során használjuk elsısorban.
• SZERVÍZ üzemmód: Gépbeállítás javítás esetén a szervízmérnök munkáját segíti általában jelszavas elérési lehetıséggel.
• TOOL, ZERO szerszámkezelési illetve nullponteltolás kezelési üzemmódok: A szerszámok adatainak tárolói, illetve a nullponteltolás regiszterek feltölthetık kézi adatbeírással, de lehetséges lehet a szerszámbemérés, a gépen történı nullponteltolás meghatározás próbaforgácsolás és külsı mérıeszköz alkalmazásával is.
• EGYÉB üzemmódok: A különbözı CNC gépeken lehetséges más-más, a fentiektıl eltérı üzemmódok alkalmazása is. Ezek általában a gépek specialitásainak, a vezérlésgyártók szokásainak megfelelıek. Ilyenek lehetnek pl. a memóriakezelési, a betanítási üzemmódok.
6 A CNC vezérlések funkciói
A CNC vezérlés a programfuttatás, a programfeldolgozás során a vezérlési és a pozicionálási feladatok elvégzéséhez szükséges alapjeleket állítja elı. Ezen parancsokat a gép különféle mechanizmusai hajtják végre, s ezáltal a programmal a CNC géphez eljuttatott információk a munkadarabba mintegy leképzıdnek. A CNC gépek jellegzetes információleképzı mechanizmusai az alábbiak:
• Vezérelt mechanizmusok
• Sebességszabályozott mechanizmusok
• Pozícionáló mechanizmusok
• EKL-ek, elektronikus kinematikai láncok
A 24. ábra egy vezérelt mechanizmus egyszerő felépítési vázlatát mutatja. A CNC gépeken számtalan olyan funkció van, amelyek aktiválása a PLC-n keresztül egyszerő vezérlési parancsokkal megvalósítható. Ilyenek lehetnek pl. a burkolat mozgatások, hőtés ki-be kapcsolások, tolótömb mozgatások, szerszámcserélés mozgásai, stb. Ezek a mechanizmusok gyakran hidraulikus, pneumatikus rendszerek, de lehetnek elektro-mechanikusak is.
Az információleképzı mechanizmusok másik jellegzetes csoportja a sebességszabályozott mechanizmusok. Ilyet mutat a 25. ábra.
A CNC gépek legjellegzetesebb sebességszabályozott mechanizmusa a fıhajtás. Az akár forgácsolás közben is változtatható fıorsó-fordulatszám létrehozására szolgál. A tipikus fımotorok a szabályozható egyen- (DC) vagy váltóáramú (AC) motorok. A mai korszerő CNC gépeknél sokszor elıfordul, hogy elmaradnak a fıhajtás fogaskerekes mechanizmusai is, gyakran alkalmaznak a fıorsóval egybeépített ún. orsómotorokat. A szabályozott fıhajtás teszi lehetıvé a vágósebesség programozást is (fordulatszám közvetett programozása). A fıhajtások szabályozási minıségével, a pontosságával kapcsolatos elvárások nem túlzottan szigorúak, itt a szabályozott fordulatszám tartomány nagysága és a megfelelı stabilitás a legfontosabb jellemzık.
CNC
közvetlen S2520 1/min közvetett v=120 m/min
A CNC gépek minıségét alapvetıen a pozícionáló rendszereinek a minısége határozza meg. A pozícionáló rendszerek különféle felépítésőek, teljesítıképességőek lehetnek. Alaptípusai a következık:
• Lekapcsolókörös pozícionáló rendszer. Ma már elavultnak tekinthetı, az „idı meghaladta”.
Pont- és szakaszvezérelt pozicionálási feladatokra volt alkalmas.
• Helyzetvezérelt pozícionáló rendszer. Szerszámgépeken már ritkán használják.
Pályavezérlési feladatokra is alkalmas. Jellegzetessége, hogy nem tartalmaz helyzet-visszacsatolást (nincs útmérı), tipikus végrehajtó eleme a léptetımotor, ami lehet tiszta villamos motor, vagy elektrohidraulikus felépítéső.
• Helyzetszabályozott pozicionáló rendszer. A mai igényeket mindenben kielégítı rendszerek, 2-5D-s gépeknél pályavezérlési feladatok megvalósítására is alkalmasak. A 26. ábra egy lehetséges felépítést mutat.
A CNC gépeken minden pozícionált tengelyhez tartozik egy-egy helyzetszabályozott pozícionáló rendszer. Ezek alapjelét a vezérlés tárgyalásánál már ismertetett interpolátor állítja elı. Attól függıen, hogy egyidejőleg hány tengely mentén tud a rendszer szinkronizált mozgásokat létrehozni beszélhetünk 2D, 2,5D, 3-4-5D-s gépekrıl. Megjegyzendı, hogy egy CNC gép vezérelhetı koordinátatengelyeinek száma nem mindig azonos a szinkronban mozgatható tengelyek számával (pl. egy öt koordinátás rendszer lehet 3D-s, vagyis mindig az ötbıl három tengely szinkronizálható csak). A 2,5D jelentése: síkban történı 2D interpoláció, s a síkra merıleges irányú szakaszos fogásvételi mozgás (0,5D).
A helyzetszabályozó pozícionáló rendszerek építıelemei is sokfélék lehetnek. Általánosan igaz, hogy minden lehetséges elemet igyekeznek digitális rendszerként megépíteni. A végrehajtó elemek, a motorok is többfélék:
Forgó motorok + golyósorsós mozgásátalakítók
• Egyenáramú, hengeres forgórésző, kommutátoros motor
• Egyenáramú, tárcsás forgórésző, kommutátoros motor (Disc motor)
• Egyenáramú, hengeres forgórésző, kommutátor nélküli motor
• Váltakozóáramú, szabályozott motor Hidraulikus motorok
• Lineáris vagy forgó motorok Lineáris villamos motorok
D
Természetesen a motor típusától függetlenül mindegyik speciális kialakítású azért, hogy a szigorú szabályozási feltételeket, elvárásokat meg tudják valósítani. Az utóbbi években rohamosan terjednek a lineáris villamos motor alkalmazások, s ezekkel igen dinamikus, nagy sebességő hajtásokat építenek.
A 27. ábra a pozícionáló rendszerek hagyományos és az újabban terjedıben lévı lineáris motoros felépítését vázolja. Az ábrából is jól látható, hogy mindkét estben szükséges a szánmozgások érzékelése, az útmérés.
Az információleképzés mechanizmusainak egy sajátos rendszerei az EKL-ek, az ún. elektronikus kinematikai láncok. Alapvetı jellemzıjük, hogy valamely mozgás adja az alapjelét egy, vagy több másik mozgásnak, úgy, hogy a mozgások között nincs mechanikus kinematikai kapcsolat.
Szabályozástechnikai szempontból Master-Slave rendszereknek nevezik az EKL-eket. Például CNC gépeknél a leginkább ismert EKL-ek a fogaskerék megmunkáló gépek osztó kinematikai láncai, esztergáknál pedig az ún. menetmegmunkáló kinematikai kapcsolatok. Utóbbi egyszerősített felépítési vázlatát mutatja a 28. ábra.
A fıorsó elfordulását egy szögelfordulás érzékelı, egy forgó impulzusadó méri, amely a kimenetén egyrészt a szögelfordulás nagyságával arányos számosságú, és sebességével arányos frekvenciájú impulzussorozatot, másrészt fıorsó körülfordulásonként mindig ugyanabban a szöghelyzetben egy nullimpulzus jelet ad. Ezek a jelek együttesen lehetıvé teszik a sebesség és a helyzeti szinkron biztosítását, vagyis azt, hogy a szerszám a menetemelkedésnek megfelelı csavarvonalat írja a munkadarabra, valamint hogy mindig visszataláljon a menetárokba. Megjegyzendı, hogy fentieknek megfelelıen kúpos és síkmenetek megmunkálása is lehetséges.
27. ábra
7 Geometriai információs rendszer
Minden CNC gép esetében alapvetı, hogy értelmezni tudjuk:
• a gép szánjainak helyzetét, mozgását,
• a programban megadandó geometriai adatokat, a munkadarab méreteit,
• a megmunkáló szerszámok méreteit, fı geometriai jellemzıit.
Ezt biztosítja a CNC gép geometriai információs rendszere, melynek részei:
•
a koordináta rendszerek,•
a vezérlésben az adatokat tároló elemek, az ún. tároló regiszterek.Megnevezés Jel
Nevezetes pontok Regiszterek és tartalmuk
A 2. táblázatban összefoglaltuk a geometriai információs rendszer „építıelemeit.”
A gépi koordinátarendszer, a GKR ,- ahogy a nevébıl is következik-, a CNC gép saját rendszere, a gép ebben a rendszerben hajt végre minden mozgást. Ebben a rendszerben értelmezi a szánok helyzetét, pozícióit, s ezek értékeit a vezérlésben a <H> gépi helyzet regiszterek tárolják. A szánok pillanatnyi helyzete mindenkor az MF távolság, ahol az M a GKR kezdıpontja, F pedig a szánok vezérelt pontja.
A programozói munka megkönnyítését és a CNC géptıl való függetlenítést szolgálja a programozói koordinátarendszer, a PKR alkalmazása. A kezdıpontja a W pont, a szerszámpálya értelmezett pontja a P pont. A programozás során ebben a koordinátarendszerben értelmezzük a munkadarab méreteket, valamint a programba írandó célpontok adatait. Általában igaz, hogy a munkadarab kontúrját programozzuk (K-pontot) úgy, hogy a kontúrt a szerszámpályával egybeesınek tekintjük, de az eltérés számítására a programban szükség szerint megfelelı parancsot adunk (szerszámpálya
korrekciózás). A program adataiból számított szerszámpálya adatokat az <A> regiszterek tárolják, ezek a szerszámpálya regiszterek.
A CNC gépek is, mint általában az automaták elıbeállított szerszámmal dolgoznak, ezért szükség van egy vonatkoztatási rendszerre, amelyben a szerszámok megfelelı adatai értelmezhetıek. Ez a rendszer a szerszám koordinátarendszer, az SKR. Az origója az N pont, amit célszerő az F-fel egyezınek értelmezni (N=F). Az FP távolság a szerszám hosszméret korrekciója, a P pont a szerszám programozott pontja. Ebben a rendszerben lehet értelmezni a szerszámok típusát is. A szerszámok méreteit és típuskódjait <T> szerszámadat regiszterek tárolják
A 29. ábra a CNC gépek geometriai rendszerének egy általános felépítési lehetıségét ábrázolja.
Mutatja a koordinátarendszereket és a nevezetes pontokat.
Az ábra jelöléseivel a jellemzı elemek az alábbiak:
• r0 nullponteltolás vektor
• rWK a programozott kontúr vektor, a g(x,y,z) kontúrgörbe pontjainak helyvektora
• rKP a szerszámsugár vagy geometriai korrekciós vektor
• rWP a szerszámpálya vektor
• rFP a szerszám hosszkorrekció vektor
• rMF a vezérelt pont vektor
M
W
P
K
F=N
X X
Y Y
Z Z
r0
rMF
rKP
rWK rWP
rFP
g(x,y,z)
29. ábra
A koordinátarendszerek közötti kapcsolatot az alábbi egyenlet írja le:
rMF= r0+rWP-rFP, ahol rWP=rWK+rKP
tehát
rMF=r0+ rWK+rKP -rFP
A fenti egyenletbıl jól látható, hogy a pozícionálás célpontja a nullponteltolás,
a munkadarab aktuális mérete, a geometriai korrekció és a
szerszám hosszkorrekció összessége.