Programovanie CNC V modernej dobe vzrastá zložitosť produkovaných výrobkov a z toho vyplívajú nároky na presnosť a spoľahlivosť jednotlivých dielov. Pre výrobu sú nutní kvalifikovaní pracovníci, ktorých je nedostatok. riešenie tejto situácie spočívá v automatizácii a integrácii výrobného procesu. Automatizácia prispieva ku zvyšovaniu produktivity, zvyšovaniu kvality zhotovených súčiastok a súčasne ku znižovaniu výrobných nákladov.

Tvrdá automatizácia Pružná automatizácia Vo veľkosériovej a hromadnej výrobe bol predtým problém automatizácie riešený pomocou automatických výrobných liniek a jednoúčelových stavebnicových strojov, ktorých sa užíva tzv. „tvrdá automatizácia“ (narážky, vačky, dorazy ), ktorá je málo prispôsobivá zmenám výrobného programu. Moderná výroba vyžaduje ľahkú a rýchlu prispôsobivosť k požadovaným zmenám. Tomu vyhovie tzv. „ pružná automatizácia“. Stroje sa môžu veľmi rýchle prispôsobiť výrobe iných druhov súčastí, pracujú v automatickom cykle, ktorý sa zaisťuje prevažne číslicovým riadením (NC - numerical control).

CNC stroje Číslicovo riadené výrobné stroje (CNC stroje) sú charakteristické tým, že ovládanie pracovných funkcií stroja je prevádzané riadiacim systémom pomocou vytvoreného programu. Informácie o požadovaných činnostiach sú zapísané v programe pomocou alfanumerických znakov. Vlastný program je daný postupnosťou oddelených skupín znakov, ktoré sa nazývajú bloky alebo vety. Pojem CNC (Computer Numerical Control) značí: počítačom (číslicovo) riadený (stroj). Stroje sú „pružné“, môžu sa rýchlo prispôsobiť inej výrobe v automatizovanom cykle, ktorý je zaistený číslicovým riadením. Stroje CNC sa uplatňujú vo všetkých oblastiach strojárenskej výroby (obrábacie, tvárniace, montážne, meracie) a ich typickými predstaviteľmi, ktoré sa používajú pre výcvik programátorov a obsluhu, sú sústruhy a frézovačky.

Uplatnenie CNC strojov Číslicové riadenie sa uplatňuje takmer vo všetkých oblastiach strojárenskej výroby napr. : Obrábacie stroje Tvárniace stroje Meracie a rysovacie stroje Manipulačná technika Mimo tejto oblasti je číslicové riadenie rozšírené aj na vypaľovacie stroje, stroje pre zváranie, nitovačky, montážne stroje, stroje pre kontrolu chýb materiálu apod. Rozdelenie CNC strojov • jednoprofesné • viacprofesné - obrábacie centrá • stroje pre výrobu rotačných obrobkov hriadeľových alebo prírubových • stroje pre výrobu skriňových obrobkov • stroje, umožňujúce výrobu rotačných aj nerotačných súčastí s určitým obmedzením operáciám

Výhody použitia CNC techniky • zvýšenie kvality i kvantity výrobkov, produktívnejšia a hospodárnejšia výroba • možnosť viacstrojovej obsluhy - menej pracovných síl • zvýšenie presnosti a prispôsobivosti výroby • vyššie využitie základných fondov, úspora výrobných a skladových plôch • zlepšenie pracovných podmienok, zvýšenie úrovne riadiacej práce • skrátenie priebežnej doby výroby Nevýhody použitia CNC techniky • vysoká obstarávacia cena • vyššie nároky na technologickú prípravu • zvýšené nároky na údržbu a organizáciu pracoviska

Zloženie CNC stroja Počítač - Jedná sa o priemyselný počítač s nahraným riadiacim systémom ktorý je súčasťou stroja. Z hľadiska obsluhy je daný obrazovkou a ovládacím panelom. Riadiace obvody - V týchto obvodoch sa logické signály prevádzajú na silnoprúdové elektrické signály, ktorými sa priamo ovládajú jednotlivé časti stroja - motory vretena a posuvov, ventily atď. Interpolátor - Rieši dráhu nástroja, ktorá je zadaná geometriou a výpočty dĺžkových a rádiusových korekciou nástroja. Porovnávací obvod - Stroj musí byť vybavený spätnou väzbou, ktorá prenáša informácie o dosiahnutých geometrických hodnotách suportov v súradnicových osiach, v jednotlivých bodoch dráhy pohybu. Tieto súradnice sa porovnávajú s hodnotami, ktoré sú zadané programom Riadiaci panel

Prevádzkové režimy CNC obrábacích strojov Režim MANUAL (ručná prevádzka) slúži na prestavenie nástroja alebo meracieho zariadenia do požadovanej polohy, k výmene nástroja, nájazdu (posuvu) na obrobok, rozbeh otáčok pod. Režim AUTO (automatický - plynulé vykonávanie programu) plynulý proces obrábania Režim B-B (Blok po Bloku) stroj sa po spracovaní bloku zastaví a po znovu opakovanom štarte číta a spracováva ďalší blok. Režim B-B slúži ako jedna z možností kontroly, či bol správne tvorený CNC program. Režim nastavenia (ovplyvnenie veľkosti otáčok, pracovného posuvu, rýchloposuvu) -veľkosť pohybu je možné ovplyvniť ručne potenciometrom, kde možno nastaviť rozsah obvykle v rozmedzí 5 až 150% hodnoty nastavenej v ručnom alebo automatickom režime  

Režim TOOL MEMORY (pamäť nástrojových údajov) umožňuje uložiť a vyvolať dáta o nástrojoch, vrátane korekciou. Režim TEACH IN ("učenie sa", alebo aj "nabehnutie a uloženie") stroj má "schopnosť" učiť sa. Obsluha vykonáva ručne (pomocou klávesnice) požadovanú činnosť pre vyrobenie obrobku. Dochádza k automatickému načítanie úkonov. Takto zadané úkony sa vykonávajú automaticky pri následnom spustení CNC programu. Používa sa výnimočne. Režim EDITÁCIA programu - vlastný program pre obrábanie sa zapisuje priamo do editora na stroji alebo je "nahraný" do riadiaceho systému stroja externe (z počítača, diskety, po sieti) Režim DIAGNOSTIKY - oznamuje, lokalizuje, diagnostikuje poruchu na rýchle odstránenie. Umožňuje aj diaľkový servis. Režim simulácie a testovanie programu

Ukážka simulácie frézovania

Konštrukčné riešenie CNC strojov Koncepcia rámov stroja Nosné štruktúry - CNC stroje vyžadujú podstatne zvýšenú tuhosť, ktorú predovšetkým zaisťujú tuhé rámy. Tradičné liatina už často nestačí, bývajú to zvarence plnené polymér betóny, kovovými penami a pod. Lôžko - Klzné vedenie je postupne nahradzované valivým, ktoré má svoje známe výhody, ale aj nevýhody, ako sú nízke hodnoty tlmenia rázov, citlivosť na nečistoty, riešenie mazanie a ďalšie. Lôžko u sústruhov - je riešené ako šikmé, sú suporty za osou rotácie pre takzvané za osové nástroje. Výhoda spočíva nielen v tuhosti, ale tiež sa uľahčil odvod triesok a manipulácia s obrobkami.

Pohony stroja   Vreteník - vyžadujú nové riešenie ložísk, ich mazanie a chladenie. Tu sú nutnosťou snímače teploty a zaťaženie ložísk, snímače chvenie atď. Hlavný pohon vretena stroja - musia zaisti plynulú zmenu otáčok pri zaťažení stroja pri obrábaní, vysoké zrýchlenie a spomalenie. Ak je stroj vybavený "osou C", tá musí zabezpečiť presné polohovanie a pootočenie vretena o požadovaný uhol. Pohony posuvov Servomotory posunov a guličkové skrutky Lineárne pohony posuvov čoraz viac nahrádzajú krokové motory a guličkové skrutky tam, kde je požadovaná vysoká rýchlosť posuvov. Majú svoje nevýhody, zahrievajú sa, teda vyžadujú chladenie. Sú stále predmetom technického vývoja.

Príslušenstvo stroja   Odvod triesok - automatické odstraňovanie triesok od stroja Krytovanie stroja - pracovný priestor je uzavretý z hľadiska hygieny a bezpečnosti práce. Zariadenie sa nespustí, ak je otvorený kryt. Musí byť vyriešené lámanie triesok. Upínače polotovarov – sa používajú prevažne hydraulické alebo pneumatické Systémy automatickej výmeny nástrojov

Zásobníky nástrojov   Zásobníky – magazíny nástrojov bývajú v rôznom prevedení ako pásové, otočné nástrojové hlavy nebo regálové.

Chladenie, mazanie nástrojov - trend smeruje k obmedzeniu alebo vylúčeniu kvapaliny z obrábacieho procesu z hľadiska ekológie. Účinnosť chladenia sa zvyšuje tým, že sa kvapalina privádza do rezu stredom nástroja pod tlakom. Systémy automatickej výmeny obrobkov Použitie paliet je vhodné u obrobkov skriňového a plochého tvaru a ďalej u rozmernejších rotačných plochých súčastí a prírub. Upínanie paliet na stôl sa zvyčajne vykonávajú čapy. Paletizácia rotačných súčiastok pre upínanie na sústruhu je problematická. Používajú sa manipulátory pre upínanie / odopínanie do skľučovadla. Koník, lunety, revolverovej hlavy Koník je nutný pre výrobu hriadeľovitých súčiastok, býva posúvaný servomotorom. K výrobe dlhých súčiastok patria lunety, podopierajúce súčiastku tak, aby sa neprehýbali vplyvom rezných síl. Lunety bývajú tiež poháňané servomotormi. Koník u niektorých strojov je možné nahradiť druhým (proti) vreteníkom Sústruhy sú konštruované často s niekoľkými revolverovými hlavami, pohybujúcich sa nezávisle od svojho suportu.

Trend vývoja CNC strojov - Obrábacie centrá Ekonomika prevádzky vedie k integrácii niekoľkých spôsobov technológie obrábania do jedného obrábacieho stroja (centra). Dôvody sú v znížení (odstraňovanie) vedľajších časov, napr. upínanie na ďalšom stroji, a tiež v odstránení čakacích časov na ďalšiu operáciu, tiež sa zvyšuje presnosť výroby. Ďalšia integrácia technológií do stroja vedie až k univerzálnym obrábacím centrám. Toto teda znamená pre ekonomiku: Skrátenie priebežnej doby a zvýšenie presnosti práce. Zníženie nákladov na výrobu (miesto viac strojov sa vyhotovuje jeden - úspora výrobných plôch, úspory odpisových nákladov) Možnosť ľahšie automatizovať výroby (stavba pružných liniek - CIM). Pri strojoch s technológiou HSC je zvýšenie produktivity uvádzané päťnásobné v tomto pomere možno očakávať ekonomické úspory (namiesto piatich strojov - jeden)

Ukážka obrábania na CNC stroji

Kvalifikácia obsluhy CNC strojov   Požadovaná kvalifikácia predovšetkým závisí na organizáciu práce v podniku, type výroby - tj. od počtu vyrábaných kusov, opakovateľnosť a náročnosti výroby súčiastok.

Stanovenie rezných podmienok Pre stanovení rezných podmienok na konkrétny výrobok má vplyv najmä: Obrábaný materiál – obrobitelnosť Povrch obrábaného materiálu – povrch bez kôry – s kôrou Druh obrábania Typ obrábania – prerušovaný nebo plynulý rez. Spôsob obrábania hrubovanie hladenie Akosť plochy Presnosť a akosť plochy Druh a odvod triesky Materiál činnej časti nástroja Nástroj – jeho druh, geometria ostria, tuhosť, tvar Výkon stroja, rozmery, dosahovaná presnosť pri obrábaní Tuhosť sústavy – stroj – upínač – obrobok - nástroj Trvanlivosť ostria nástroja

Otáčky – rezná rýchlosť Stanovenie veľkosti otáčok. Otáčky sa nemenia, ak ich nezmeníme v programe alebo ručne na stroji. Nevýhoda: pri sústružení rôznych priemerov v cykloch a pri sústružení čela sa vzhľadom na rozdielne rezné rýchlosti využíva nástroj nehospodárne. Stanovenie rezné rýchlosti - priamo funkciou G96 v programe. Výhodné je použitie tam, kde nástroj obrába rozdielne priemery súčiastok. Tým je vždy zaistená správna rezná rýchlosť. Platí vzťah: v = π.d.n [m.min-1] Otáčky sa môžu zvyšovať len do určitej veľkosti, ktoré sú dané kvalitou a bezpečnosťou práce stroja.

Posuv Veľkosť posuvu na sústruhoch, na frézovačkách sa môžu v CNC programu zapísať v jednotkách: V jednotkách mm/min (S min) – posuv za minutu V jednotkách mm/ot (sot) – posuv za otáčku stroja Výpočet posuvu pre frézovanie je : s min =s z.z.n s z – posuv na zub, podľa tabuliek rezných podmienok z – počet zubov frézy n – počet otáčiek Prepočet minútového – otáčkového posuvu Platí vzťah s min= sot.n - sot= s min/n

Nulové a ďalšie vzťažné body na CNC strojoch M – Nulový bod stroja: Je stanovený výrobcom. Je východiskovým bodom pre všetky ďalšie súradnicové systémy a vzťažné body na stroji. U sústruhov je nulový bod stroja M umiestnený v osi rotácie obrobku v mieste čela vretena. U frézky, v mieste krajnej polohy stola frézky v oboch osiach - zvyčajne z pohľadu obsluhy je to vľavo, vpredu. W – Nulový bod obrobku: Nastaví ho programátor pomocou danej funkcie G na potrebnom mieste obrobku. R – Referenčný bod stroja: Je stanovený výrobcom a realizovaný koncovými spínačmi. Vzdialenosti nulového bodu stroja M a referenčného bodu stroja R sú výrobcom presne odmerané v súradnicovej sústave stroja a vložené do pamäte RS ako strojové konštanty. P – Bod špičky nástroja (sústruh): Je nutný pre stanovenie dĺžkovej korekcie a následne rádiusovej korekcie nástroja. Je to bod, ktorého pohyb sa teoreticky programuje. F – Vzťažný bod suportu alebo vretena: K bodu F sa vzťahuje dĺžková korekcia nástroja. E-Bod nastavenie nástroja: Bod na držiaku nástroja, ktorý sa pri upnutí stotožní s bodom F (je nutný pre zaistenie korekcie nástroja na prístroji mimo stroj).  

Nulový bod obrobku je výhodné umiestniť do takého miesta, aby sa čo najviac zjednodušilo vypočítanie jednotlivých geometrických bodov na obrobku. Konštruktér môže pomôcť technológovi-programátorovi, keď bude rešpektovať zásady technologičnosti napr. Kótovaním z jedného miesta, čo je od (meracia) základne tak, aby boli kóty prehľadné. Tým uľahčí prácu pri programovaní a zníži sa možnosť vzniku chýb pri výpočte súradníc z kót na výkrese. Stanovenie nulového bodu obrobku je ovplyvnené napr. .: Kótovaním na výkrese Súmernosť výrobku Programátorskými zvyklosťami

Základné body CNC stroja M Nulový bod stroja W Nulový bod obrobku R Referenčný bod stroja P Bod špičky nástroja F Vzťažný bod suportu alebo vretena E Bod nastavenia nástroja

Súradnicový systém stroja   Výrobné stroje používajú Karteziánsky systém súradníc. Definícia je daná normou STN ISO Terminológia osí a pohybu. Systém je pravotočivý, pravouhlý s osami X, Y, Z. Otáčavé pohyby, ktorých osi sú rovnobežné s osami X, Y, Z, sa označujú ako A, B, C. Platí, že os Z je rovnobežná s osou pracovného vretena, pričom kladný zmysel prebieha od obrobku k nástroju. Hodnoty sa vyskytujú aj v zápornom poli súradníc. Kartézsky systém súradníc je nutný pre riadenie stroja, nástroj sa v ňom pohybuje podľa zadaných príkazov z riadiaceho panelu CNC stroja alebo podľa príkazov uvedených v spustenom CNC programe. Počiatok súradníc kartézského systému programátori vkladajú do najvýhodnejšieho miesta na obrobku, ktorý sa nazýva Nulový bod obrobku.

Súradnicový systém sústruhov Os z je rovnobežná s osou pracovného vretena. Kladný zmysel osí z a x je definovaný od obrobku k nástroja (nástroj môže byť za alebo pred osou sústruženie), osi definujú pohyb nástroja.

Súradnicový systém FRÉZKY Os z je rovnobežná s osou pracovného vretena Kladný zmysel osi z je definovaný od obrobku k nástroju, osi x a y majú smer a zmysel podľa pravidla pravej ruky (pohyby v jednotlivých osiach sa predpokladajú ako pohyby nástroja).

Korekcia nástrojov Jedná sa o korekcie: Korekcia dĺžková - rozmery sú uvedené v osiach súradného systému. Veľkosť je vztiahnutá k nulovému bodu výmeny nástrojov (nástrojov s držiakom) E = F Korekcia rádiusová - veľkosť rádiusov špičky nástrojov (sústružníckych nožov) a rádiusov fréz vrátane stanovenia polohy nástroja k obrábanej ploche Korekcia výsledná - sú super pozície obidvoch korekcií, ktorá vytvárajú ekvidištantu kontúry obrobku, po ktorej sa pohybuje bod výmeny nástroja F pri obrábaní.

Korekcie rádiusové   Funkcie G41 nebo G42 zapínajú matematický aparát, ktorý vypočítavá ekvidištantu, ktorá je vzdialená o polomer rádiusu od zadanej geometricky správnej kontúry. Po tejto ekvidištante sa pohybuje stred rádiusu špičky nástroja, tzn. že stred rádiusu noža sa pohybuje po ekvidištante, ktorá je rozdielna od zadaného CNC programu. Funkcia G40 matematický aparát vypína. Musíme sa, ale rozhodnúť, z ktorej strany má matematický aparát vypočítať ekvidištantu pohybu stredu nástroja. Norma STN ISO určuje použitie funkcie G41 vľavo od kontúry obrobku a G42 vpravo od kontúry obrobku – pri pohľade v smere pohybu nástroja.

ZHRNUTIE Pojem CNC stroj znamená: Počítačom riadený stroj Strojom riadený počítač Počítačový stroj Medzi prevádzkové režimy CNC strojov nepatrí : Režim manuál (ručná prevádzka) Režim auto (režim vykonávania programu) Režim čítania výkresovej dokumentácie Nulový bod obrobku stanovuje: Výrobca stroja Programátor, ktorý tvorí CNC program Výrobca nástroja ktorým obrábame

Popíšte v nasledujúcom obrázku jednotlivé osi súradnicového systému a ich kladné a záporné smery

Spôsoby programovania – spôsoby zadávania súradníc Programovanie absolútne Programovanie prírastkové (inkrementálne) Programovanie pomocou polárnych súradníc – z bodu, do ktorého vložíme kartézské súradnice ,sa stanovuje dĺžka a uhol Parametrické programovanie všetky zadávané súradnice, na ktoré sa nástroj pohybuje, sa vzťahujú k nulovému bodu obrobku. Je preddefinovanou funkciou a platí do doby použitia funkcie G91 zadávané údaje sa vzťahujú k východziemu bodu pohybu nástroja. Platí do doby použitia funkcie G 90. Prírastkové programovanie sa používa hlavne v podprogramoch

Príklad zápisu súradníc v absolútnom tvare

Príklad zápisu súradníc v prírastkovom tvare

Programovanie absolútne G90 Z P0 do P1 Z P1 do P2 G00 X50 Z-50 G00 X80 Z-80

Programovanie prírastkové (inkrementálne) G91 Z P0 do P1 Z P1 do P2 G00 X0 Z-65 G00 X15 Z-30

Príklad-cvičenie: Naprogramujte pohyb nástroja z bodu 1 do bodu 4 absolútne a prírastkové

Príklad-cvičenie: Naprogramujte absolútne pohyb nástroja z bodu 0 postupne cez všetky body zpäť do bodu 0 Body x z 0 - 1   1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6 6 - 7 7 - 8 8 - 1 1 - 0

Príklad-cvičenie: Naprogramujte prírastkové pohyb nástroja z východzieho bodu 0 postupne cez všetky body zpäť do východzieho bodu Body x z 0 - 1   1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6 6 - 7 7 - 0

Porovnanie ručného programovania s programovaním pomocou CAD / CAM systémov Pri ručnom programovaní sa v súčasnosti prevažne používa kód ISO v popísanom absolútnom programovaní. Je výhodné, keď programy, najmä tie náročné, vytvára programátor mimo stroj na vhodnom PC, ktoré disponuje príslušným softvérom riadiaceho systému, v ktorom je odporúča program aj softvérovo odsimulovať - odladiť. Výhoda spočíva v ekonómii prevádzky. Programy je možné nahrávať do stroja pomocou prenosného počítača alebo siete. Produktívnejšie, rýchlejšie pre vytvorenie CNC programe sú CAD / CAM systémy. V CAD / CAM systémoch sa pomocou post procesoru preloží vytvorený program pre riadiaci systém daného stroja.

Štruktúra programu V programe pre číslicové riadenie musia byť obsiahnuté všetky geometrické a technologické informácie potrebné pre obrábanie danej súčasti. Geometrické informácie určujú tvar súčiastky, obsahujú spôsob pohybu nástroja-posuv, rýchlo posuv, pohyb po priamke alebo po kruhovom oblúku. Technologické informácie určujú optimálne rezné podmienky, obsahujú hodnoty posuvu reznej rýchlosti, otáčky, smer otáčania vretena, výmenu nástrojov, ... Program sa skladá z viet(blokov), vety sú zostavené zo slov, ktoré obsahujú adresový znak a číselný kód. Slovo popisuje jeden príkaz. Príklad vety podľa STN 200670 (ISO 6983): N20 G00 X30 Z0 F0.3 S1600 T03 M08 Slova v tejto vete sú: N20, G00, X30, Z0, F0.3, S1600, T03, M08 Adresami sú: N, G, X, Z, F, S, T, M Číselné údaje sú: 20, 00, 30, 0, 0.3, 1600, 03, 08

N - číslo vety G - prípravné funkcie GEOMETRICKÁ ČASŤ PROGRAMU X,Z – súradnice F – rýchlosť posuvu TECHNOLOGICKÁ ČASŤ PROGRAMU S – otáčky vretena T – vyvolávanie nástroja M – pomocné funkcie Posuvová funkcia F sa pri sústružení programuje v mm na otáčku nebo za minútu Otáčková funkcia S udáva počet otáčok za minútu. Nástrojová funkcia T sa určuje podľa polohy nástrojovej hlavy nástroja, ktorým sa má obrábať. Otáčky a posuv je nutné stanoviť z rezných podmienok Príklad časti programu

Metodický postup programovania Rozbor výkresu súčiastky Určenie spôsobu upnutia polotovaru Vypracovanie technologického postupu Zvolenie nástrojovej zostavy a rezných podmienok Nakreslenie technologického náčrtu Prevedenie nutných výpočtov Vypísanie súradníc prechodových bodov Vypracovanie riadiaceho programu

Príklad tvarového, rozmerového a technologického náčrtu

ZHRNUTIE Medzi technologické informácie v CNC programe nepatrí : Veľkosť a smer otáčania vretena Rýchlo posuv Informácie o výmene nástroja Funkciami M sa prevádzajú: Vyvolanie podprogramu Pomocné funkcie, ako napr. Roztočenie vretena, zapnutie chladenia a pod. Obrábanie kontúry V mm/min nebo v mm/ot sa udáva: Posuv Otáčky vretena Rýchlosť rýchlo posuvu