0018_Gyartasautomatizalas_EGYETEMI TANANYAG_2012.pdf

GYRTSAUTOMATIZLS

A projekt cme: Egysgestett Jrm- s mobilgpek kpzs- s tananyagfejleszts

A megvalsts rdekben ltrehozott konzorcium rsztvevi:

KECSKEMTI FISKOLA

BUDAPESTI MSZAKI S GAZDASGTUDOMNYI EGYETEM

AIPA ALFLDI IPARFEJLESZTSI NONPROFIT KZHASZN KFT.

Fvllalkoz: TELVICE KFT.

http://www.kefo.hu/http://www.bme.hu/http://www.aipa.hu/http://www.telvice.hu/

Szerkesztette:

TAKCS JNOS rta:

BALLA SNDOR BNLAKI PL GNDCS BALZS HAIDEGGER GZA MARKOVITS TAMS PL ZOLTN TAKCS JNOS WELTSCH ZOLTN Lektorlta:

SZMEJKL ATTILA Rajzolk, szvegszerkesztk:

KATONA GZA KRISTLY ATTILA SZABADOS GERGELY

GYRTSAUTOMATIZLS Egyetemi tananyag

Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem Kzlekedsmrnki s Jrmmrnki Kar

2012

COPYRIGHT: 2012-2017, Balla Sndor, Dr. Bnlaki Pl, Dr. Gndcs Balzs, Dr. Haidegger Gza,

Dr. Markovits Tams, Dr. Pl Zoltn, Dr. Takcs Jnos, Weltsch Zoltn, Budapesti Mszaki s

Gazdasgtudomnyi Egyetem Kzlekedsmrnki s Jrmmrnki Kar

LEKTORLTA: Dr. Szmejkl Attila

Creative Commons NonCommercial-NoDerivs 3.0 (CC BY-NC-ND 3.0) A szerz nevnek feltntetse mellett nem kereskedelmi cllal szabadon msolhat, terjeszthet, megjelentethet s eladhat, de nem mdosthat.

ISBN 978-963-279-630-7

KSZLT: a Typotex Kiad gondozsban

FELELS VEZET: Votisky Zsuzsa

TMOGATS: Kszlt a TMOP-4.1.2/A/2-10/1-2010-0018 szm, Egysgestett Jrm- s mobilgpek kpzs- s tananyagfejleszts cm projekt keretben.

KULCSSZAVAK:

Vezrls/szablyozs, NC (Numerical Controll) szmjegyes vezrls, FMS (Flexible Manufacturing System) rugalmas gyrt rendszer, CIM (Computer Integrated Manufacturing) szmtgppel integrlt gyrts, rugalmas automatizls, szerszm cserl rendszerek, 3D koordinta mrstechnika, ipari robotok, CAD/CAM, gyors prototpus gyrts (RP), reverse engineering, szerels automatizls, PLC (Programmable Logic Controller) programozhat logikai vezrl, nylt rendszerek, a jv gyra.

SSZEFOGLALS:

Az automatizls clja: Az emberi munka kivltsa s helyette gpek, kszlkek hasznlata a termelsi folyamat minl tbb rszben.

Az elektronikai eszkzk fejldse egyre tbb tren tette lehetv a rugalmasan tprogramozhat automatizlsi eszkzk kialaktst s bevezetst. Ennek eredmnyeknt jtt ltre az NC; CNC; FMS; CIM fogalomkreibe tartoz eszkzk sora.

Ezek az eszkzk a megmunkl-, mr gpeket, anyagmozgat- s trol eszkzk sort vltoztattk meg. Ahhoz, hogy ezek az eszkzk egymssal jl tudjanak egyttmkdni, minden terleten meg kell oldani a kompatibilitst, azaz a csatlakoz felletek egymshoz kapcsoldsnak feltteleit, gy mechanikai, mint villamos, elektronikus s informatikai szempontbl egyarnt.

Ebben a knyvben az automatizls egyes sszetevinek szerept, mkdsi alapjait mutatjuk be, azzal a cllal, hogy mdszertani segtsget adjunk minden tovbbi a tmakrbe tartoz automatizlsi krds jobb megrtshez.

http://www.typotex.hu/

Takcs Jnos, BME www.tankonyvtar.hu

Tartalom

1. Bevezets (Dr. Takcs Jnos) ...................................................................................................................... 10

2. A gyrtsautomatizls fogalomkre s hatsterletei (Dr. Takcs Jnos) ................................................. 12

2.1 A gyrts automatizlsnak alapjai, trtnelmi szakaszai s gazdasgi hajteri ................................. 12 2.1.1 Az automatizls clja: .................................................................................................................. 17 2.1.2 A gyrtsautomatizlssal elrhet hatkonysgnvels: ............................................................. 18 2.1.3 Automatizls lehetsgei a kzvetlen gyrtsi folyamaton kvl: ............................................... 19

2.2 Rugalmas automatizls alapelvei s felpt alaprendszerei ................................................................. 20 2.2.1 A CNC gpek felptse ................................................................................................................ 20 2.2.2 A hagyomnyos (kzi) esztergls s a CNC esztergls sszehasonltsa .................................. 25 2.2.3 A CNC gpek szerkezeti felptse: .............................................................................................. 26 2.2.4 A nylt hajtslnc mkdsnek alapjai: ....................................................................................... 29 2.2.5 A visszacsatolt (szervo) hajts elvi mkdse: ............................................................................. 32 2.2.6 A CNC gpek adaptv szablyozsa: ............................................................................................. 35 2.2.7 CNC gpek beruhzsnak elksztse ....................................................................................... 36

Irodalomjegyzk, forrsok a 2. fejezethez ............................................................................................................ 37

3. PLC alapismeretek, a PLC programozs alapjai (Dr. Bnlaki Pl) ............................................................. 38

3.1 A PLC fogalma [1] ................................................................................................................................. 38

3.2 A PLC-k helye a gyrtsautomatizlsban ............................................................................................. 38

3.3 A PLC-k mkdsnek elvi alapjai ....................................................................................................... 39

3.4 A PLC-k fejldse s kategrii ............................................................................................................. 40

3.5 A PLC rendszerek felptse s mkdse ............................................................................................. 41

3.6 A PLC felhasznli program, s annak vgrehajtsa .............................................................................. 43

3.7 A PLC-k programozsa .......................................................................................................................... 43


4. CNC gpek koordinta-rendszerei, felszerszmozsa (Dr. Pl Zoltn) ....................................................... 45

4.1 Szerszmkorrekci .................................................................................................................................. 46

4.2 Szerszmtrols ...................................................................................................................................... 48

4.3 Szerszmok bemrse s belltsa ......................................................................................................... 49


5. Ipari robotok (Dr. Markovits Tams) .......................................................................................................... 64

5.1 Alapfogalmak ......................................................................................................................................... 64

5.2 Robotok felptse .................................................................................................................................. 65 5.2.1 Robot mechanika ........................................................................................................................... 66 5.2.2 Hajts ............................................................................................................................................ 68 5.2.3 Megfog szerkezetek..................................................................................................................... 70 5.2.4 Irnyt rendszer ............................................................................................................................ 71 5.2.5 Szenzorok, tmr rendszerek ...................................................................................................... 71

5.3 Vezrls, programozs ............................................................................................................................ 72 5.3.1 Koordinta rendszerek ................................................................................................................... 72 5.3.2 Vezrlsek ..................................................................................................................................... 73 5.3.3 Programozsi eljrsok ................................................................................................................. 73

6 GYRTSAUTOMATIZLS

www.tankonyvtar.hu Takcs Jnos, BME

5.4 Robotok alkalmazsa .............................................................................................................................. 74

5.5 Robotok vizsglata .................................................................................................................................. 74

5.6 Biztonsgtechnika ................................................................................................................................... 75

Felhasznlt irodalom az 5. fejezethez. .................................................................................................................. 75

6. 3D-s koordinta mrstechnika alapjai ........................................................................................................ 76

6.1 Descartes rendszer koordinta mrstechnika (Dr. Takcs Jnos) ....................................................... 76 6.1.1 A mrgpek kialaktsi jellemzi: ............................................................................................... 76 6.1.2 A mrrendszer felptse ............................................................................................................. 77 6.1.3 Mrsi adatok meghatrozsa (kapcsol tpus tapintk) ............................................................. 78 6.1.4 Jellegzetes alakok mrsi alapjai ................................................................................................... 82 6.1.5 Koordinta mrsek a CNC megmunkl gpeken ....................................................................... 85

Felhasznlt irodalom a 6.1. fejezethez .................................................................................................................. 85

6.2 Csuklkaros koordinta mrgpek (Dr. Markovits Tams) .................................................................. 86 6.2.1 A csuklkaros koordinta mrgp felptse: .............................................................................. 86 6.2.2 Csuklkaros koordinta mrgpek alkalmazsa .......................................................................... 89

Felhasznlt irodalom a 6.2. fejezethez .................................................................................................................. 90

6.3 Optikai mrgpek (Dr. Bnlaki Pl) ..................................................................................................... 91 6.3.1 Az optikai mrgpekkel kapcsolatos alapismeretek .................................................................... 91 6.3.2 Az optikai mrgpek felptse s mkdsk alapjai ................................................................ 92 6.3.3 A digitlis kamera ......................................................................................................................... 94 6.3.4 A fkuszls megoldsi lehetsgei .............................................................................................. 94 6.3.5 A sznek hasznlata ....................................................................................................................... 96 6.3.6 Az optikai mrgpek mechanikai felptse ................................................................................ 97 6.3.7 Az adatok feldolgozsa ................................................................................................................. 98 6.3.8 Az optikai s a tapints mrgpek sszehasonltsa ................................................................. 103 6.3.9 Az optikai mrgpek mai hasznlata s jvje .......................................................................... 103

Felhasznlt irodalom a 6.3. fejezethez. ............................................................................................................... 104

7. Szmtgppel segtett tervezs s gyrts (CAD/CAM) (Balla Sndor) .................................................. 105

7.1 A CAD/CAM jelentse ......................................................................................................................... 105 7.1.1 Trtnelmi ttekint .................................................................................................................... 106 7.1.2 CAM rendszerek felosztsa s tpusai ......................................................................................... 106 7.1.3 CAD/CAM/CAE rendszerbe integrlt CAM rendszer ................................................................ 107 7.1.4 Specialis CAM, illetve CAD/CAM rendszerek ........................................................................... 107 7.1.5 A CAM rendszerek hasznlatnak terletei ................................................................................ 108 7.1.6 A megmunkl program szervezse a CAM-ben ........................................................................ 108 7.1.7 Nagyols ...................................................................................................................................... 108 7.1.8 Elsimts .................................................................................................................................... 109 7.1.9 Simts ......................................................................................................................................... 110

Irodalomjegyzk 7. fejezethez ............................................................................................................................ 110

8. Rugalmas gyrtrendszerek (FMS) (Balla Sndor) ................................................................................. 111

8.1.1 Az informci feldolgozs alrendszerei: ..................................................................................... 111

8.2 A rugalmas gyrtrendszer kialakulsa ................................................................................................ 113

8.3 Gyrtstpusok a sorozatnagysg szerint .............................................................................................. 114

8.4 A rugalmas gyrtrendszer elnyei s htrnyai .................................................................................. 114

Irodalomjegyzk a 8. fejezethez .......................................................................................................................... 115

TARTALOMJEGYZK 7


9. Szerelsgpests s -automatizls (Dr. Gndcs Balzs) ...................................................................... 116

9.1 Fogalmak s felttelek .......................................................................................................................... 117

Irodalomjegyzk, forrsok a 9. fejezethez .......................................................................................................... 125

10. Gyors prototpus-kszts (Weltsch Zotn) ............................................................................................... 126

10.1 A termktervezs s a gyors prototpusgyrts kapcsolata .............................................................. 126

10.2 A gyors prototpusok felhasznlsi terletei .................................................................................... 129

10.3 A gyors prototpusgyrts alapelve .................................................................................................. 131

10.4 A gyors prototpus gyrts fbb mdszerei ...................................................................................... 133 10.4.1 Lemezelt darab gyrts (Laminated Object Manufacturing~LOM) ....................................... 133 10.4.2 Huzalfelraks vagy ms nven 3D-s extrudls (Fused Deposition Modelling, FDM) .......... 134 10.4.3 Rszecske belvs .................................................................................................................. 136 10.4.4 Holografikus interferencia ...................................................................................................... 136 10.4.5 Szilrd flia polimerizci ..................................................................................................... 137 10.4.6 Alakra olvaszts ..................................................................................................................... 137 10.4.7 A sztereolitogrfia (Stereolithography, STL vagy SLA) ........................................................ 137 10.4.8 Folykony termikus polimerizci ......................................................................................... 139 10.4.9 Szelektv lzeres szinterezs ................................................................................................... 139 10.4.10 Hromdimenzis nyomtats (3D Printing, 3DP) .................................................................... 142 10.4.11 Objet-PolyJet (OBJ) eljrs .................................................................................................... 142

10.5 Jelentsebb prototpusgyrtsi technolgik sszehasonltsa ........................................................ 143

10.6 Gyors prototpusgyrt technolgik sszefoglalsa ....................................................................... 144

10.7 A gyors prototpusgyrts ntsi mdszerei kis sorozatok ellltsra .......................................... 145 10.7.1 ntsi eljrsok ...................................................................................................................... 145 10.7.2 Vkuum-nts ........................................................................................................................ 145 10.7.3 Centrifugl-nts .................................................................................................................... 146 10.7.4 Preczis nts ........................................................................................................................ 147

10.8 Gyors szerszmkszts (Rapid Tooling, Rapid Manufacturing) ..................................................... 148

Irodalomjegyzk, ajnlott irodalom 10. fejezethez ............................................................................................. 150

11. Reverse Engineering (RE) (Weltsch Zoltn) ............................................................................................. 151

11.1 Az RE szoftverek fejldse .............................................................................................................. 151

11.2 A teljes Reverse Engineering folyamat megoldsi lehetsgei ........................................................ 152

11.3 A Reverse Engineering folyamat koordintaadat-felvteli eljrsai ................................................ 153 11.3.1 Szkennels lzersugrral mkd mrgpekkel ................................................................... 153 11.3.2 Szkennels koordinta-mrgpekkel .................................................................................... 154 11.3.3 A vettett mintakp alap szkennelsi [3] eljrs vizsglata .................................................. 154 11.3.4 A szkennelsi eljrsok sszehasonltsnak sszefoglalsa ................................................. 155

Irodalomjegyzk, ajnlott irodalom a 11. fejezethez........................................................................................... 155

12. CIM, Szmtgppel Integrlt Gyrts (Dr. Haidegger Gza) .................................................................. 156

12.1 A rugalmas gyrtrendszertl a nylt rendszereken t a digitlis gyrig .......................................... 156

12.2 Egyszerstett, majd egyre komplexebb gpipari vllalatmodellek ................................................. 158 12.2.1 A gyrtrendszerekben alkalmazott mdium tpusok ............................................................. 167

12.3 A busz-alap topolgia gyrtsautomatizlsi dilemmja ............................................................... 168

12.4 Kommunikcis kvetelmnyek a CIM rendszerekkel szemben adatkommunikcis megvalstsnl 169

12.5 Az ISO-OSI szabvnyrendszer fontossga s elemei a CIM rendszerelemek sszekapcsolhatsgban 170

12.6 A nylt rendszerek rtelmezse ........................................................................................................ 174

8 GYRTSAUTOMATIZLS


12.7 CIM-OSA, Gyrtrendszerek nylt architektrja ........................................................................... 178

12.8 Nylt vllalatirnytsi paradigmk kialakulsa, fejldse ............................................................... 179

12.9 A jv gyra ..................................................................................................................................... 183 12.9.1 Az ipar legjelentsebb szksgletei s az azokhoz kapcsold kutats-fejlesztsi kihvsok 183 12.9.2 Fenntarthat gyrts ............................................................................................................... 184 12.9.3 IKT-alap (infokommunikcira pl) intelligens gyrts ................................................... 186 12.9.4 Nagy teljestmny gyrts .................................................................................................... 187 12.9.5 j anyagok hasznostsa a gyrtson keresztl ...................................................................... 188

Irodalomjegyzk, ajnlott irodalom a 12. fejezethez........................................................................................... 190


sszefoglal

A hagyomnyos gyrtsban az emberek szemlyesen hajtjk vgre a fizikai s szelle-

mi tevkenysgek sort.

Az automatizls clja: Az emberi munka kivltsa s helyette gpek, kszlkek hasznlata a

termelsi folyamat minl tbb rszben.

Az automatizls kezdeti idszakban a gpeket tkzkkel, programszerszmokkal szereltk

fel a megmunklsra s a mrsi feladatok megoldsra. Az anyagmozgatst kocsik, grgs

sorok, konvejorok stb. segtettk. Az gy kialaktott gyrtsorok egyfle termkekre voltak

belltva, tlltsuk nehzkes volt, ezeket a merev automatizls fogalomkre foglalja ssze.

Az elektronikai eszkzk fejldse egyre tbb tren tette lehetv a rugalmasan t-

programozhat automatizlsi eszkzk kialaktst s bevezetst. Ennek eredmnyeknt jtt

ltre az NC; CNC; FMS; CIM fogalomkreibe tartoz eszkzk sora.

Ezek az eszkzk a megmunkl, mr gpeket, anyagmozgat s trol eszkzk so-

rt vltoztattk meg. Ahhoz, hogy ezek az eszkzk egymssal jl tudjanak egyttmkdni,

minden terleten meg kell oldani a kompatibilitst, azaz a csatlakoz felletek egymshoz

kapcsoldsnak feltteleit, gy a mechanikai, mint villamos, elektronikus s informatikai

szempontbl egyarnt.

A rugalmas automatizlssal az autonm gpeket rendszerbe lehet integrlni, a rend-

szer llhat tbb megmunkl (pl.: forgcsol, sajtol, hegeszt) gpbl, azokat kiszolgl

anyagmozgat egysgekbl, ill. azok rendszereibl; szerszmcserl ellt egysgekbl, ill.

azok rendszereibl. Az integrci kiterjed a modellezstl a geometriai tervez (CAD), vala-

mint szerszmgeometriai tervez szoftverektl, a gyrtst segt CAM programoktl, a terme-

lsi programozs, raktrozs automatizlsbl, a vllalati irnyts szmtgpes rendszerig,

a gyorsprototpus gyrtstl, az automatizlt hlzati kapcsolatok alapjn keresked, termel

gyrig, melyekben a vev a rendelse feladstl kezdve hlzaton keresztl rtekinthet a

rendels anyagbeszerzsnek, termelsbe vtelnek, minsgi megfelelsgnek sttuszra.

Ebben a knyvben az automatizls egyes sszetevinek szerept, mkdsi alapjait

mutatjuk be, azzal a cllal, hogy mdszertani segtsget adjunk minden tovbbi a tmakrbe

tartoz automatizlsi krds jobb megrtshez.

Kulcsszavak:

vezrls/szablyozs,

NC (Numerical Controll) szmjegyes vezrls,

FMS (Flexible Manufacturing System) rugalmas gyrt rendszer,

CIM (Computer Integrated Manufacturing) szmtgppel integrlt gyrts,

rugalmas automatizls,

szerszm cserl rendszerek,

3D koordinta mrstechnika,

ipari robotok,

CAD/CAM,

gyors prototpus gyrts (RP),

reverse engineering,

szerels automatizls,

PLC (Programmable Logic Controller) programozhat logikai vezrl,

nylt rendszerek,

a jv gyra


1. Bevezets (Dr. Takcs Jnos)

A vals hasznlati cikkek, termkek ellltsa rendszerint a megfelelen vlasztott

anyagokbl az anyagok formjnak, tulajdonsgainak talaktsval valsul meg a technol-

giai folyamatokban. Az anyagok geometriai talaktshoz rendszerint szerszmokat hasznl-

nak, amelyeket gpekben helyeznek el a munkavgzs megknnytsre. Az alaktsi folya-

matot rgebben a gpekkel dolgoz szakember a rszre tadott rajzok, lersok, utastsok

alapjn irnytotta, felgyelte. Elvgezte az anyagok gpekhez juttatst, trolst; majd a

gpbe helyezte a megmunkland anyagot. Az anyag megfogshoz gyakran kszlkeket

vettek ignybe. A szerszmokat a mveletek eltt a gpbe befogtk, meghatroztk a szer-

szm helyzett a darabhoz vagy a gphez viszonytva, majd elvgeztek olyan a gpen lehets-

ges kapcsolsi funkcikat, amelyek ahhoz szksgesek, hogy a szerszm a szksges mozg-

sokkal elvgezhesse a munkadarab alaktst. A gpen dolgoz szakember a gp egyes alak-

tsi mveletei kztt, ha szksges volt mrseket vgzett, ennek eredmnyei alapjn tovbbi

gpi belltsok utn tovbbi anyagalaktsok kvetkeztek. Az elkszlt darabot s a szersz-

mot egymstl eltvoltottk, majd a darabot a gpbl kivettk s troltk, vagy tovbbtottk

a kvetkez mveletek helyre.

Ez a rvid ttekints sematikusan mutatja be a megmunklsi technolgikkal kapcsola-

tos egyes tevkenysgi elemeket, amelyek:

anyagmozgats a gphez s a gptl; trols kzbens vagy tartsabb trol helyeken;

mszaki (technolgiai-mveleti) utastsok gphez tovbbtsa, megismerse;

szerszmellts, szerszmbefogs, szerszmbemrs;

anyagok kszlkbe be- s kifogsa;

megmunkls (tbb mvelet esetn az adott gpen elvgzend lpsek);

folyamat kzbeni s vgllapot-ellenrzs mrssel;

segdanyagok, hulladk anyagok mozgatsa; trolsa;

az elkszlt darab minstse, dokumentlsa; elksztse tovbbtsra.

A hagyomnyos gyrtsban az emberek szemlyesen hajtjk vgre a fizikai s szellemi tev-

kenysgek sort.

Az automatizls clja: Az emberi munka kivltsa s helyette gpek, kszlkek hasz-

nlata a termelsi folyamat minl tbb rszben.

Az automatizls kezdeti idszakban a gpeket tkzkkel, programszerszmokkal

szereltk fel a megmunklsi s a mrsi feladatok megoldsra. Az anyagmozgatst kocsik,

grgs sorok, konvejorok stb. segtettk. Az gy kialaktott gyrtsorok egyfle termkekre

voltak belltva, tlltsuk nehzkes volt, ezeket a merev automatizls fogalomkre foglalja

ssze.

Az elektronikai eszkzk fejldse egyre tbb tren tette lehetv a rugalmasan tprog-

ramozhat automatizlsi eszkzk kialaktst s bevezetst. Ennek eredmnyeknt jtt

ltre az NC; CNC; FMS; CIM fogalomkreibe tartoz eszkzk sora.

Ezek az eszkzk a megmunkl, mr gpeket, anyagmozgat s trol eszkzk sort

vltoztattk meg. Ahhoz, hogy ezek az eszkzk egymssal jl tudjanak egyttmkdni, min-

den terleten meg kell oldani a kompatibilitst, azaz a csatlakoz felletek egymshoz kap-

csoldsnak feltteleit, gy a mechanikai, mint villamos, elektronikus s informatikai szem-

pontbl egyarnt.

BEVEZETS 11


A rugalmas automatizlssal az autonm gpeket rendszerbe lehet integrlni, a rendszer

llhat tbb megmunkl (pl.: forgcsol, sajtol, hegeszt) gpbl, azokat kiszolgl anyag-

mozgat egysgekbl, ill. azok rendszereibl; szerszmcserl ellt egysgekbl, ill. azok

rendszereibl. Az integrci kiterjed a modellezstl a geometriai tervez (CAD), valamint

szerszmgeometriai tervez szoftverektl, a gyrtst segt CAM programoktl, a termelsi

programozs, raktrozs automatizlsbl, a vllalati irnyts szmtgpes rendszerig, a

gyorsprototpus gyrtstl, az automatizlt hlzati kapcsolatok alapjn keresked, termel

gyrig, melyekben a vev a rendelse feladstl kezdve hlzaton keresztl rtekinthet a

rendels anyagbeszerzsnek, termelsbe vtelnek, minsgi megfelelsgnek sttuszra.

A knyv nem minden tmakrt lel fel, hanem inkbb vlogatott fejezeteknek tekinthe-

t, amennyiben a felhasznlt irodalmi forrsokat az olvas megismeri, akkor teljesebb kpet

kap a gyrtsautomatizls tmakrbl. Az NC; CNC gpek programozst ms knyvekbl,

segdletekbl ismerhetik meg az olvask.

Ebben a knyvben az automatizls egyes sszetevinek szerept, mkdsi alapjait

mutatjuk be, azzal a cllal, hogy mdszertani segtsget adjunk minden tovbbi a tmakrbe

tartoz automatizlsi krds jobb megrtshez.

A tmakrk trgyalsnl ptnk azokra az ismeretekre, amelyeket a Jrmszerkezeti

anyagok s technolgik II, valamint a Jrmgyrts s javts cm knyvben az NC

technikrl mr kzreadtunk.

A szerzk ezton is ksznik a ktet lektornak Dr. Szmejkl Attilnak konstruktv ja-

vaslatait s lelkiismeretes lektori munkjt.

Budapest, 2011. november

A szerkeszt


2. A gyrtsautomatizls fogalomkre s hatster-letei (Dr. Takcs Jnos)

(A fejezet jelents mrtkben pt az MTA munkabizottsg sszefoglaljra:

Erdlyi F.; Hajd Gy.; Tth T.: A gpipari gyrts automatizlsa;

Gpgyrtstechnolgia, XXX. vf. 10. sz. pp.: 451-470. HU-ISSN0016-8580)

2.1 A gyrts automatizlsnak alapjai, trtnelmi szakaszai s gazdasgi hajteri

A gyrts anyagi folyamatainak egyik legjellemzbb vonsa, hogy rendkvl nagyszm

diszkrt mozzanatbl s azok mg nagyobb szm, egyedi folyamatszakaszokba integrld

kombinciibl tevdnek ssze (2.1. bra).

Mit kell automatizlni

ME

GM

UN

K

L

SI

FO

LY

AM

AT

ENERGIA

ANYAG

INFORMCI

MDB.

SZERSZM

SEGDANYAG

Elektromos,

pneumatikus,

hidraulikus ell.

Mdb. ellts,

kezels

Szerszm

ellts,

kezels

Htanyag,

leveg ellts

Rendszer

vezrls

Hulladkh

hasznosts

Mrs-

felgyelet

Hulladk-

kezels

Szerszm-

feljts

Ksz darab

Segdanyag,

forgcs

Hvesztesg

2.1. bra: Az automatizls lehetsgeinek ttekintse egy megmunklsi folyamat krnyezetben

A hagyomnyos gpgyrts-technolgia a szakaszos folyamatok f mozzanatainak, az alak-

tsi s megmunklsi pozcikban vgbemen rszfolyamatoknak a vizsglatt helyezte el-

trbe.

2. A GYRTSAUTOMATIZLS FOGALOMKRE 13


2.2. bra: A forgcsol folyamat s krnyezetnek ttekintse a korszer automatizlsi s folyamatfelgyeleti

rendszerek rendszersszetevivel (dr. Rssner nyomn [4])

A 2.2. bra azt az sszetett rendszert szemllteti, ami a forgcsolsi folyamat megvalstsa

krnyezetben kialakthat a modern automatizls s felgyeleti mdszerek segtsgvel. A

hagyomnyos gpgyrts technolgia fogalmi krnek s egyben megvalsult gyakorlat-

nak kiterjesztse az alaktsi s megmunklsi pozcik kapcsolataira s ezek mszaki

megoldsaira az automatizls els trtnelmi szakaszban, a XX. szzad els felben kvet-

kezett be. A gpipari gyrts automatizlsnak gazdasgi hajteri a XX. szzad elejn vl-

tak rzkelhetv. A fejlettebb ipari orszgokban ekkor rte el ugyanis a nemzeti ssztermk

azt a szintet, amely megnyitotta a piacot a nagyobb mennyisgben eladhat, teljesen egyforma

kivitel termkek eltt. Jl jellemzi e korszak nyitnyt az a Henry Fordnak tulajdontott

monds, mely szerint a vev nla brmilyen gpkocsit vsrolhat, feltve, hogy az fekete.

A termelsi folyamatok intenzitsnak fokozsa jelents profittal kecsegtetett s ez biz-

tos alapot adott az automatizls kezdeti technikai megoldsainak kiterjesztshez (pl. fut-

szalag). A tmegesen eladhat, egyforma kivitel termkek gyrtsban jelents eredmnye-

ket rtek el a mechanikus automatk s az automatikus gpsorok rvn. Egyes gyrtsi gak-

FORG. RENDSZER

SZERSZM

RENDSZER

SZERSZM-

KEZEL

RENDSZER

SZERSZM

MR-

FELGYEL R.

SEGDANYAG

ELLT

RENDSZER

FOLYAMAT-

FELGYELET

HULLADK-

KEZEL

RENDSZER

MUNKADARAB

RENDSZER

MDB.

KEZEL

RENDSZER

MDB. MR-

FELGYEL

RENDSZER

HA

JT

SR

EN

DS

ZE

R, K

INE

MA

TIK

A

DIA

GN

OS

ZT

IKA

I-F

EL

GY

EL

RE

ND

SZ

ER

szerszm kezels

raktrozs

szllts

elkszts

ellts

csere

felfogs

szerszm mrs

trs felgyelet

kops felgyelet

munkadarab csere

felfogs

ellts

elkszts

szllts

raktrozs

kezels

mrs megmunkls alatt

mrs megmunkls utn

dokumentls

KOMMUNIKCI

zemi adatgyjts

adatcsere

ember-gp interface

14 GYRTSAUTOMATIZLS


ban, mint pldul a grdlcsapgy-gyrtsban gpsorok sszekapcsolsval teljesen automa-

tizlt zemeket hoztak ltre. Az automatikus gpsorokban valsult meg elsknt az alakts s

a megmunkls, az anyag- s informcifolyam egysge. A tmeggyrts eszkztrra legin-

kbb a merev automatizls gpsorokra jellemz.

Hagyomnyosan nmkd gpsornak nevezzk a szerszmgpek olyan folyamatos so-

rt, amelyet egyetlen munkadarab-szllt berendezs kapcsol ssze s egy automatikus ir-

nytrendszer vezrli a sor egyttmkd rszrendszereinek elrhat kttt tem munkacik-

lust. Ezek sszepthetk specilis vagy akr egyetemes szerszmgpekbl is. Mr a 30-as

vek elejn felmerlt a gpsorok j termkre, illetve vltozatokra val gyors s alacsony klt-

sg tlltsnak gazdasgi knyszere. A mszaki megoldst az ptszekrny-elven ssze-

rakhat aggregt gpek s modulris anyagmozgat plyk szolgltattk. Ezek vezrlsre

felhasznltk az idszak gyorsan fejld automatikai elemeit, amelyek maguk is magas szin-

t, megbzhat kereskedelmi termkekk vltak. Az tvenes vekre amelyek az automati-

zls els korszaknak vgt jelentik azonban bebizonyosodott, hogy a gpipar egsznek

valdi potenciljt a nemzetkzi piacon a kereslet sokflesghez val gyors alkalmazkods

kpessge szabja meg. 1960-ban pl. az angliai AUSTIN autgyrban mr 100, a francia

RENAULT-nl 60 transzfersor mkdtt, amelyeken kb. fl rig tartott egy-egy termkvl-

tozatra val tlls s termelkenysgket ms megoldssal is nehz volt tlszrnyalni.

A tmeggyrts rszesedse kzelt szmtsok s irodalombl mertett becslsek

szerint a fejlett ipari orszgokban mintegy 2530%-ra cskkent. Jellemz erre az az M. E.

Merchant-tl szrmaz adat, amely szerint az USA gpgyrtsban az azonos ttelekben gyr-

tott mennyisgek tlagosan nem haladjk meg az vi 50 darabot. A gpipar fejldst a szzad

kzepn ktirny piaci gazdasgi knyszer motivlta. Egyrszt a nagysorozat- s tmeggyr-

tsban is felmerlt a bonyolult, merev automatizls berendezsek beruhzsi kltsgei

gyorsabb megtrlsnek ignye, mert a termkvltsok ciklusidi itt is rvidltek.

Msrszt gazdasgi feszltsget okozott, hogy a tmeggyrtson kvli krben br itt

is szmottev volt a technolgia fejldse lnyegben a kzi vezrls s a gpek kzi kiszol-

glsa maradt az uralkod s a termelkenysg sokkal alacsonyabb volt a tmeggyrtsnl.

A kzfogyasztsi kereslet struktrja is megvltozott. A trsadalmi s gazdasgi fejlds k-

vetkeztben a tmegtermkek piaca a legfejlettebb orszgokban teltdtt s egyre kevsb

fogadta el a vlasztk szkssgt. Az ignyek differencildtak s a piacot megtartani, st

bvteni csak a termkek vltsval s a vlasztk nvelsvel lehetett. A tmeggyrts ho-

mogn blokkjai is kezdtek szttredezni. A gpipari termkek vltsnak felgyorsulshoz a

technika fejldse nmagban is hozzjrult. Nemcsak arrl volt sz, hogy a ltez gyrtsi

gaik differencildtak, de j, azeltt nem ltez ignyek is keletkeztek. ssze kell csak ha-

sonltani a gpipari gazatok termkvlasztknak jelenlegi s pl. 50 vvel ezeltti spektrumt

(pl. mezgazdasgi gpek, hztartsi gpek, informatikai berendezsek stb.)

A merev program vezrlsek az egyedi, kis- s kzpsorozat-gyrts automatizlsra

nem voltak kifizetdek. A rugalmasabb vezrlsek tmeneti fokozatai, mint pl. az tkzs

programvezrls, nehzkes s tkletlen megoldsnak bizonyultak. Alapvet s tt vlto-

zst az NC-technika hozott, s klnsen az, hogy a fejlds logikja kvetkeztben sszefor-

rott a szmtstechnikval. Ezzel megteremtdtt az anyag- s adatfeldolgozs egyestsnek

j lehetsge. Az tvenes vek elejn ltrejtt, technikatrtnetileg is korszakos jelentsg

programozhat numerikus vezrls az automatizls mennyisgi korltait csaknem teljesen

megszntette: teret nyerhetett a gyrtsautomatizlssal szemben tmasztott minsgileg j

kvetelmny is, amelyet az eddigi automatk merevsge" ellenben a hajlkonysg"

(flexibility) szval jelltek. Haznkban ezt a fogalmat elszr a rugalmassg (elasticity) sz-

val fordtottk s mszaki irodalmunkban is ez a mdosult tartalm kifejezs rgzdtt. Az

NC nemcsak a termels technikjt vltoztatta meg, hanem annak gazdasgtant, az ember s



gp kztti kapcsolatokat is, jelentsen kibvtve a gpgyrts-technolgia tudomnyos isme-

reteinek krt.

Az automatizls a rugalmassga (termkflesge) tekintetben klnfle termkeny-

sg megoldsokkal valsthat meg. Ezt szemlleti a 2.3. bra.

2.3. bra: A termelkenysg, rugalmassg sszefggs terletn az egyes automatizlsi

megoldsok elhelyezkedse

A Flexible Manufacturing System" (FMS rugalmas gyrtrendszer) megnevezs

elszr Eurpban tnik fel (1971). Az elz hsz ben az FMS-ek mr szles krben elter-

jedtek s fogalmuk is kellen letisztult a gpiparban.

Az FMS nagysgtl fggen clszer megklnbztetni a kvetkez kartegrikat:

Rugalmas Gyrt Egysg (FMU-Flexible Manufacturing Unit) Egygpes rendszer, megmunkl kzpont, vagy eszterga kzpont; munkadarab trolkkal, munkadarab

cserlkkel;

Rugalmas Gyrt Cella (FMC-Flexible Manufacturing Cell) Kt vagy tbb szer-szmgp, munkadarab trolkkal, palettkkal, szerszmcserlkkel minden gphez;

gyakran DNC irnytssal;

Rugalmas Gyrt Rendszer (FMS-Flexible Manufacturing System) tbb cella, illet-ve egysg sszekapcsolsa, rendszer szint munkadarab mozgatssal, szerszmcserk-

kel, kiegsztve akr raktri kapcsolatokkal.

Az FMS peridussal prhuzamosan robbant be a gpipari gyrtsautomatizls terlet-

re a robottechnika. Az ipari robotalkalmazsok gazdasgi motivcijt kezdetben az az el-

lentmonds kpezte, amely az unalmas, nehz vagy veszlyes manulis munkahelyek igen

magas bre s az emberi munka nem kielgt megbzhatsga, illetve teljestmnye kztt

feszlt. Az els modellek valjban mechanikus programozs manipultorok voltak, ame-

lyeket a nagysorozat- s tmeggyrts nagytermelkenysg munkafolyamataiba iktattak be.

Termelkenysg

Rugalmassg

Merev

gyrtsor

tszerelhet gyrtsor

Rugalmas gyrtsor

Rugalmas gyrtrendszer

Rugalmas gyrtcellaClgp

tszerelhet clgp

Megmunklkzpont

NC vezrls egyetemes gp

Kzi egyetemes gp

Egyedi gp

Rugalmas tbbgpes rendszer

Merev tbbgpes

rendszer

16 GYRTSAUTOMATIZLS


A robotok ksbbi genercii egyre fokoztk a programozhatsg rugalmassgt, valamint a

programozott, egyre tbb szabadsgfok mozgs koordinltsgt.

Az NC technika s szrmazkai (CNC, DNC), a rugalmas gyrtcellk s gyrtrend-

szerek (FMC, FMS) s a robottechnika, valamint a mkdtetskre kidolgozott szmtgpi

szoftverrendszerek trvnyszeren vezettek el integrldsukhoz, vagyis a Computer

Integrated Manufacturing (CIM) koncepcijhoz. A CIM felleli a gyrtsautomatizls

csaknem teljes fizikai s szellemi eszkztrt. A kvetkez fejezetrszben ezeket az eszkz-

ket tekintjk t.

A CIM (amely sz szerint szmtgppel integrlt gyrts-nak fordthat), tartalmilag

intelligens elektronikt alkalmaz gyrtsi rendszert jelent, amely gyrtberendezsek, infor-

matikai rendszer s irnytsi know-how (szoftver) egyttese.

A kvetkez meghatrozsok fknt a CIM informatikai oldalt emelik ki:

A CIM a termelsi folyamat sszes mveletnek tervezsre s ellenrzsre szolgl rendszerek integrlsa a gyr irnytsval s szles kr zleti funkcikkal;

A CIM az informci szmtgpes rendszerek kztti sszegyjtsnek s megosztott hozzfrsnek automatizlsra szolgl mdszertan, melynek segtsgvel idben zrtlnc,

visszacsatolt rendszer hozhat ltre a hatkony tervezsre s irnytsra;

A CIM a szmtgp-tudomny s a szoftvertechnolgia rendszerszemllet imple-mentlsa adott vllalaton bell, a hatkonysg, a termelkenysg s a nyeresgtermel k-

pessg maximalizlsnak, mint stratgiai cloknak az elrsre.

Vagyis a CIM egy nagyon hatkony, modern vllalatirnytsi filozfit is takar, amely

a termkszablyozs, folyamatszablyozs s zleti rugalmassg aspektusait egyesti.

Az integrlt anyagfeldolgozs legfbb feladatait a gyrautomatizlsi szegmens, az in-

tegrlt adatfeldolgozst a tovbbi hrom szegmens: gyrtmnytervezs, gyrtstervezs s

gyrtsirnyts jelenti.

Egy CIM rendszert mlysgben" 5 hierarchiai szintre szoksos tagolni. Alulrl felfel

haladva ezek a kvetkezk (2.4. bra):

a gyrtsi folyamat kzvetlen vezrlsnek szintje (Process Level);

a munkahelyek szintje (Work Station Level);

az autonm termelegysgek szintje (Cell Level);

a gyrtsirnyt alrendszerek szintje (Center Level);

vllalatirnytsi szint (Top Level).



2.4. bra: A CIM rendszer tagolsa s egymsba plse [1]

Az els szinten (Process Level) a gyrtsi folyamatok kzvetlen irnytsban a

programozhat automatizls tern a mechanizls utn a mikroprocesszorok elterjedsvel

teret nyertek az intelligens irnytsok.

A msodik szinten a munkahelyek szintje (Work Station Level) egy-kt gyrtbe-

rendezs, esetleg minsgellenrz lloms egyttesen alkot egysget. A tipikus irnyt esz-

kzk: mikroprocesszor ltal vezrelt programozhat alegysgek, mg az emberi irnyts,

beavatkozs klaviatra s kperny rvn biztostott.

A harmadik irnytsi szint (Cell Level) kiterjedst az eurpai s amerikai szakem-

berek eltren rtelmezik, de egyetrtenek abban, hogy ezen a szinten helyezkednek el a CIM

igazi alapegysgei. A szkebb eurpai rtelmezs szerint egy ilyen szint CIM egysg ltal-

ban kettnl tbb automata fknt NC/CNC megmunkl gpet, specilis clberendezse-

ket, robotokat, automatikus anyagmozgat eszkzket foglal magban.

A negyedik irnytsi szint (Center Level) foglalja ssze az sszes gyrtsirnyt al-

rendszert. Amennyiben a CIM kiptettsg foka olyan, hogy van negyedik irnytsi szint, az

alacsonyabb szintekhez csak ezen a centrlis szinten keresztl lehet hozzfrni normlis

zemviteli krlmnyek kztt.

Az tdik szint tulajdonkppen a termelstervezsi s irnytsi rendszer (TTIR)

szintje (Top Level), de egy olyan szervezeti piramis" cscsn, amelyben az alacsonyabb

szinteken a lert szmtgpes hierarchia s gyrtsautomatizls ltezik s mkdik. Az al-

kalmas gpi irnytsi eszkz a vllalat mreteinek megfelel nagyszmtgp, amellyel a

dntsi s vlaszidk hosszabb idintervallumokat is elrhetnek.

Ezeket az ismereteket rszletesebben a 12. fejezetben mutatjuk be.

A kvetkezkben egy jobban ttekinthet mrnkien pontokba foglalt rendszerezs-

sel mutatjuk be az automatizls terlett, hatst, mdszereit:

2.1.1 Az automatizls clja:

az emberi erforrsok mentestse a nehz, veszlyes, alacsony rtk, monoton, temhez kttt munktl;

VLLALATIRNYTSI SZINT

(TOP LEVEL)

GYRTSIRNYT ALRENDSZEREK

SZINTJE (CENTER LEVEL)

AUTONM TERMELEGYSGEK

SZINTJE (CELL LEVEL)

MUNKAHELYEK SZINTJE

(WORK STATION LEVEL)

A GYRTSI FOLYAMAT KZVETLEN

VEZRLSNEK SZINTJE

(PROCESS LEVEL)

CAD

CAPP

CAM

/CAST

CAQ

MRP

n

......

..

i

1

......

..

Egyms utn kvetkez

gyrtsi fzisok

illesztse

CAE

zemi rendszer

gyrtrendszer

megmunkl rendszer

mechanikai rendszer

munkadarab - szerszm

rendszer

Kszgyrtmny

kibocsts

18 GYRTSAUTOMATIZLS


az lland (egyntet) minsg biztostsa, a minsg javtsa, a minsgi hiba klt-sgek cskkentse;

az tfutsi teljestmny javtsa, az temid cskkentse, a termelkenysg biztostsa, nvelse;

a szemlyi kltsgek cskkentse, kevesebb humn erforrs ignybevtele.

2.1.2 A gyrtsautomatizlssal elrhet hatkonysgnvels:

1. Elkszleti id cskken:

fidvel prhuzamos elkszletek;

automatikus szerszm trols;

automatikus kszlk trols s csere.

2. Mellkid cskken:

automatikus munkadarab csere;

automatikus szerszm csere;

automatikus alkatrszkezels;

automatikus mr s ellenrz funkcik.

3. Fid cskken:

automatikus a megmunklsi folyamat (optimlis technolgia, adaptv szablyozs)

4. Szllts (raktrozs) hatkonysgnvelse:

szlltsi funkcik automatizlsa;

szlltsi folyamat cskkentse;

eljrsok integrlsa.

5. llsidk cskkentse:

llomsok sszektse, sszehangolt mkdtetse.

Gyrts automatizls legjellemzbb rendszerei:

CNC gpek;

CAD/CAM szoftverek;

koordinta mrstechnika;

robottechnika;

kommunikci.

Automatizls (gpgyrts, energiatermels, vegyi folyamatok stb. terletn is) a terme-

ltevkenysgek sora, amely interdiszciplinris terleteket lel t:

informatika;

hajtstechnika;

mrstechnika;

vezrls technika;

szablyozs technika;



Automatizls megvalstshoz szksges elemek:

rzkelk (szenzorok);

beavatkozk aktorok (aktutorok); o elektromgneses

forg (lptet, szervo aszinkron stb.) motorok lineris motorok

o hidraulikus munkahengerek, motorok; o pneumatikus munkahengerek, motorok; o piez aktutorok;

vezrlsek, szablyozsok elektronikus s informatikai eszkzei.

2.1.3 Automatizls lehetsgei a kzvetlen gyrtsi folyamaton kvl:

1. Konstrukcis tervezs terletn:

CAD (Szmtgppel segtett tervezs: termk, szerszm, kszlk);

szimulcis, modellezsi rendszerek;

reverse engineering (visszafejt tervezs).

2. Gyrts elkszts terletn:

szimultn engineering (prhuzamos sszehangolt tervezs);

gyors prototpus elllts (Rapid Prototyping);

rapid maufacturing (gyors gyrts).

Az angol nyelv szakirodalomban szleskren elterjedtek az egyes terletek betsza-

vai, amelyeket a kvetkezkben tekintnk t:

CAE (Computer Aided Engineering): a szmtgppel segtett mszaki fejlesztst je-lenti, kt rszterlete: szmtgpes konstrukcis tervezs (CAD), technolgiai folyamatok

szmtgpes tervezse (CAPP).

CAD (Computer Aided Design): szmtgppel segtett konstrukcis tervezs, amely fejlesztst, tervezst, szerkesztst foglal magba. Jellegzetesen ignyli a grafikai lehetsge-

ket. Kpes a mrnki tervezmunka hatkonysgnak nagysgrendekkel val nvelsre. A

tervezsi folyamat eredmnyei: konstrukcik, sszelltsi s rszletrajzok, darabjegyzkek

stb.

CAPP (Computer Aided Process Planning): szmtgppel segtett folyamattervezs. (Gpgyrts esetn diszkrt technolgiai folyamatok tervezsrl van sz). A CAD fzisban

kidolgozott konstrukciknak s azok mdostsainak gyrtsba vitelt technolgiailag kszti

el (belertve szerelsi tervek, mveleti utastsok, NC programok stb. szolgltatst is). A

gpestett intelligencit tekintve ez a terlet a CAD-hoz kpest a fejlett orszgokban ltalban

alacsonyabb szintet kpvisel. Felismerve a terlet jelentsgt, a gyrtstervezk s technol-

gusok szaktudst gpi intelligencival kvnjk fokozatosan helyettesteni (Expert Systems =

szakrt rendszerek).

CAM (Computer Aided Manufacturing): a kzvetlen gyrtsirnytst s felgyeletet ellt funkci, amely szablyozza egy-egy gyrtberendezs kapacitsterhelst. Bemeneti

informciinak jelents rszt a CAPP szolgltatja. (Korbban az NC /CNC gpek szmt-

gpes programozst is ide soroltk.) A CAM szoros klcsnkapcsolatban ll a szmtgppel

irnytott trolssal s szlltssal (CAST = Computer Aided Storage and Transportation). Ez

20 GYRTSAUTOMATIZLS


az sszefonds olyan mlyrehat s sokrt, hogy clszer a kt terletet egysgknt tekin-

teni, amely kiterjed a gyrteszkzzel val kiszolglsra, anyaggal val elltsra, az alkatrsz-

programok kezelsre, valamint az operatv termelsprogramozsra s -felgyeletre.

CAQ (Computer Aided Quality Assurance): szmtgppel segtett minsgbiztosts. A CAQ alapelve az, hogy a minsg szavatolst csak gy lehet elrni, ha a konstrukcis ter-

vezst, a technolgiai tervezst s gyrtst a vgs termkkibocstsig folyamatos min-

sgellenrzs ksri s a folyamat minden fzist szmtgp tmogatja. Nvekv jelentsg

terlet, amely magban foglalja egyebek kztt a 3D-s CNC mrgpek szmtgpes

programozst, a kzvetlen szmtgp-vezrls mrberendezsek irnytst, a mrsi

eredmnyek statisztikai s valsznsgszmtsi modellekre alapozott on-line s off-line ki-

rtkelst szmtgp segtsgvel.

MRP (Manufacturing Resources Planning): gyrtsi erforrsok tervezse. A TTIR bi-zonyos rszfunkciit veszi t magas automatizltsgi fok gyrtsi krnyezetben, egy-egy

CIM ignyeire lokalizlt mdon (pl. kapacitstervezs).

A rugalmas automatizls forgcsol szerszmgpekre alapozva kifejlesztett eszkztrt

s a szerzett alkalmazsi tapasztalatokat ma mr csekly ksssel a tbbi technolgiknl is

(kplkenyalakts, hegeszts, lzeres technolgik, gyors prototpusgyrts stb.) felhasznl-

jk. Ezltal jelentsen nvekedett e technolgik hatkonysga s megbzhatsga, cskken-

tek az elkszleti s mellkidk, javult a vltoz feladatokhoz val alkalmazkods kpes-

sge, nvekszik a teljestmny, n a pontossg s fennll az optimls lehetsge.

2.2 Rugalmas automatizls alapelvei s felpt alaprendszerei

A rugalmas automatizls az NC gpek megjelensvel vette kezdett.

Az NC gpek lnyege az volt, hogy a mechanikus gp egyes mozgsait nem kzzel, hanem

szmjegyekkel vezrelt gpi mozgatssal, pl. motorokkal, vagy mozgat mgnesekkel oldot-

tk meg. A szmjegyekkel megadott mozgatsparamter sort, pl. lyukszalagon rgztettk, s

a mozgats a beolvasott szmnak megfelel feladatot hajtotta vgre, egyb adatfeldolgozsra

nem volt kpes.

A CNC gpek nevben szerepel, hogy ezek mr mikroszmtgpet tartalmaznak, gy

tovbbi funkcik, adatfeldolgozs stb. is lehetv vlik.

A CNC gpek kategrijba nagyon sokfle berendezs tartozik, hiszen, pl. egy speci-

lis CNC gpnek tekinthet a nyomtat is, egy msik terlet, pl. a varr-, hmzgpek csoport-

ja, s ltalban a gpiparban hasznlatos szerszmgpek esetben fordul el a leggyakrabban

ez a megnevezs. A mechanikus fr-, mar- stb. gpek mellett azonban ma mr jelents a

korszer, pl. lzer sugrral megmunkl gpek szerepe is. Specilis CNC gpek a tapints-, s

az optikai mrgpek is.

2.2.1 A CNC gpek felptse

A CNC gpekben a mozgatst elektromos, s ma mr ritkbban, inkbb specilis ese-

tekben pneumatikus, vagy hidraulikus energiaforrssal valstjk meg. Az elektromos mozga-

tsok esetben a kefs DC motorokat hasznltk elszr, ezeket kvettk a lptetmotorok,

majd a szinkron szervomotorok. A fejlds mozgatrugi a pontos vezrelhetsg, teljest-

mny, r stb. A trendek abba az irnyba mutatnak, hogy a mozgat eszkzben minl kevesebb

drga rz, s elhasznld alkatrsz legyen, ugyanakkor a szmtstechnikai s a teljest-



mnyelektronikai flvezet eszkzk paramterei az utbbi idben igen sokat javultak, az

ruk cskkense mellett.

Ma a legegyszerbb CNC gpek egy mikroszmtgpbl pl. egy asztali PC-bl ,

teljestmnyelektronikai meghajt ramkrbl, s a mechanikai gpbl plnek fel. Ezek a

berendezsek olcsak, felhasznlsuk a prototpusgyrtsban, egyedi megmunklsoknl, ill.

kis sorozatok esetben jellemz. Pontos s ignyes feladatok elvgzsre alkalmasak, de meg-

lehetsen lassak, s a kezelnek sok kzi mveletet, pl. szerszm s munkadarab csert ma-

gnak kell kzzel elvgezni.

A kvetkez gpkategriban a szmtgp a HMI funkcit (Human Machine

Interface), a parancsok s a program vgrehajtst, s ennek alapjn a plyavezrlsi mvele-

teket vgzi el, mg a mozgatsokat tnylegesen egy PLC, vagy hasonl eszkz vgzi.

Napjainkban a tbbprocesszoros, ill. tbb maggal rendelkez processzorokat tartalmaz

szmtgpek esetben a PLC funkcikat a korbbi szmtgp feladatokkal egytt ugyanaz

az ers erforrsokkal rendelkez szmtgp hajtja vgre. A szmtgp a plyavezrlsi

parancsokat adja ki a tengelyek intelligens hajtsvezrlsnek. A hajtsvezrlsben nll, de

nem a PC-k esetben hasznlatos, hanem n. DSP vagy DSC (Digital Signal Processor, ill.

Digital Signal Controller) dolgozza fel a parancsokat, s biztostja a megadott plya minden

paramter szerinti pontos lekvetst. A mai gpek egyidejleg, egymssal szigor sszhang-

ban tbb tucat tengely mozgatsra, s nhny plya egyidej vgigjrsra kpesek.

Rugalmas automatizls kzvetlen alapjait 1952 krl a MIT (Massachusetts Institute of

Technology) laboratriumban alaktottk ki. A megmunklsi plda furatok viszonylag nagy

pontossg elhelyezse volt. A megmunkls eltt kellett a szerszm s a munkadarab pozci-

jt egymshoz kpest helyzetbe hozni a kt koordinta tengely mentn. A frsi helyzetek

kt koordintban megadott helyeit, mint geometriai program adatait lyukszalagon (digitli-

san) olvastk be.

Az NC/CNC gpek kialaktsnl arra trekedtek, hogy a korbban kzi belltsokat,

kapcsolsokat, mveletkzi mrseket s sznmozgatsokat, a programokba rjk le s ezeket

a gp hajtsa vgre. A CNC gpek szerkezeti felptse kezdetben a hagyomnyos megmunk-

l gpek konstrukcis alapjain fejldtt ki.

A fmozgst biztost hajtmvek kezdetben csak kis mrtkben vltoztak, az aszink-

ron motorok ltal hajtott hajtmvekbe (elektromgneses) tengelykapcsolkat ptettek be, de

egybknt a fogaskerekes tttelek megmaradtak.

A villamos hajtsok s szablyozsok rohamos fejldse kvetkeztben az NC/CNC

gpek is talaktsra kerltek. A fhajtsokba nagy teljestmny lland mgneses DC moto-

rok kerltek szablyozhat fordulatszm mellett, azonban nagyon szles fordulatszm tarto-

mnyban ezek sem voltak jl hasznlhatk. A fejldsben az aszinkron vltram motorok

(AC) frekvenciaszablyozssal, majd vektorszablyozssal kerltek bevezetsre.

A mellkhajtsok terletn a lptetmotoros meghajtsok inkbb a kisebb teljestmny

gpeken maradtak hasznlatban. A szablyozott, visszacsatolt (szervo) hajtsok teljestmnye,

nagy gyorsulsok mellett is biztostja az egyre nvekv pontossgot. A motorok forg moz-

gst hajtmvekkel golys orskra viszik, amely holtjtktl mentestett anyval alaktja t

lineris asztalmozgss (2.5. b. bra). A hagyomnyos cssz vezetkeket az akadoz cs-

szs kikszblse miatt grdl, hidro- vagy aero-statikus vezetkekre cserltk, a grdl

vezetkek vezetplyjt kemny kopsll krg kivitellel s tbbnyire az azon grdl gr-

gs papucsokkal alaktottk ki (2.5. bra).

22 GYRTSAUTOMATIZLS


2.5. bra: Visszavezetett grgs papucs, b. Elfesztett golys-anyapr golysorsval

A lineris motorok megjelensvel a hajtsok dinamikai lehetsgei tovbb bvltek s

az egyenes vonal mozgst a szablyozottan vltoztatott mgneses mezk clszer kapcsol-

sval oldjk meg.

A hagyomnyos gyrtstechnolgikhoz kpest az NC (CNC) megmunklsok nagyobb

bellsi, s visszallsi pontossguk rvn egyre erteljesebben terjedtek el s ez ltal a ru-

galmas automatizls j lehetsgeit nyitottk meg. A pontos asztalmozgatshoz s bellts-

hoz a gpek szerkezeti felptsnl a hagyomnyos cssz vezetkes megoldsok helyett

leggyakrabban grdl elemes vezetkeket hasznlnak.

A mozgats mellett fontos krds a pontos pozcionls is.

Nyltlnc rendszerekben ma a lptetmotorok a hagyomnyos, nhny fokos lptets

mellett megfelel elektronikval n. mikrostep zemmdban tredkfokokkal is stabilan

mozgathatak.

Zrtlnc rendszerekben szksges a tvolsg, ill. tmrs, ami lehet analg, illetve di-

gitlis (2.6. bra). Itt jellemz, hogy a mozgat tengelyekre szerelhet szgjeladk a tengely

helyzett akr a teljes krt tbb milli elemi lpsre val felbontssal kpesek pontosan k-

vetni. Ezek a szgjeladk inkrementlis, s abszolt szghelyzet informcit ad vltozatban

is elrhetek.

A mr egysgek mkdsi jellemzinek ttekintse lthat a 2.6. brn.

2.6. bra: Az tad mr egysgek klnbz esetei

A gpgyrtsban hasznlt NC s CNC gpek kialaktsa trtnetileg a hagyomnyos

forgcsol gpek szerkezeti kialaktsnak bzisn fejldtt ki, ugyanakkor szmos jdonsg

is beptsre kerlt: a szerszmcserk, forg szerszmos belltsi lehetsgek, munkadarab-

csere, gpen belli mrs stb. (2.7. bra CNC gpeket s az azokbl felptett rendszert szem-

llteti az EXCEL CSEPEL engedlyvel).



A forgcsolsi eljrsok jellegzetessge, hogy fmozgssal (ami a forgcslevlasztst

biztostja), s bellt valamint tovbbi mellkmozgsokkal hozza a szerszmot s a munka-

darabot olyan relatv helyzetbe, hogy egy elre meghatrozott elkpzels (technolgiai terv)

alapjn a munkadarab egyes felletei elkszljenek.

2.7. bra: A munkadarab ellltsa a szerszm mozgsprogramjval, vagy programszerszmmal

A szerszm mozgsplyk megtervezsekor mr kell egy elkpzelsnek lenni arrl,

hogy milyen szerszmmal s milyen gpen szeretnnk a feladatot megoldani (2.8. bra).

24 GYRTSAUTOMATIZLS


2.8. bra: CNC Gpekbl integrlt gyrtrendszer s egyes rsz rendszerei (munkadarab ellts, csere) [forrs: Excel Csepel]



A szerszmok lehetnek olyanok, amelyek mr a mdb. profil bemsolsval (program-szerszmmal) valstjk meg a megmunklst.

Ms esetekben a szerszm lek tengelyenknti egyszer vagy bonyolultabb mozgat-sval (henger, kp, gmbfelletek stb.), esetleg begrdtsvel, az ehhez szksges lefejt

mozgsokkal lehet ltrehozni a szksges geometrij felleteket (pl. fogazatok).

A legsszetettebb szoborszer felleteket a viszonylag egyszer geometrij szer-szm (pl. gmbmar) mozgsplyjnak generlsval (tbb koordinta irny elmozgat-

sokkal) kpezhetjk le. (Ilyen pl. a tbb tengelyes 2 D; 3D; 5D-s mars.)

2.2.2 A hagyomnyos (kzi) esztergls s a CNC esztergls sszehasonltsa

Egy hagyomnyos esztergn rvid tengelyszer alkatrsz hosszeszterglshoz a mun-

kadarabot befogjuk a forsra szerelt tokmnyba, a forgcsol kst a kstartba s megfelel

pozciba (cscsmagassg, szerszmszgek) rgztjk. A gp forsjt meghajt hajm kap-

csolit gy lltjuk be, hogy a munkadarab megmunkland tmrjn megfelel nagysg

legyen a forgcsol sebessg. A fors forgst bekapcsoljuk, majd rintfogst vesznk s

ezt kveten a keresztsznt a mdb. forgstengelyre merleges irnyban a tervezett fogsvtel

nagysgval a forgstengely fel mozgatjuk (ez volt a bellt mozgs).

A megfelel fogsmlysgen kvl mg az eltols mrtknek belltsa is szksges,

ami a simt megmunklsnl a felleti rdessg elrsnak megfelelen kiszmthat. A

mellkhajtm kapcsol karjainak belltsa utn a gpi eltols bekapcsolsval a ks meg-

kezdi a hosszeszterglst addig a hosszsgig, amg a mdb-on ezt az tmrt terveztk legyr-

tani. A megfelel hossz elrsekor az eltolst kikapcsoljuk. A megfelel hosszt a sznel-

mozduls hosszval, vagy kln mrssel ellenrizzk, ha szksges a hosszmretet korrigl-

juk. A megfelel mret elrst kveten a kst a fogsbl kiss kiemeljk, majd a sznszer-

kezettel egytt a kiindulsi helyre mozgatjuk. A mdb-on ellenrizzk az tmr s a meg-

munklt hossz mreteit, ha azok megfelelnek az elrsnak, akkor tovbb lphetnk a kvet-

kez technolgiai lpsre, esetleg a darab kifoghat s trolba helyezhet, ahonnan a tovbbi

megmunklsi lpsek helyre szlltjk.

Az NC, CNC gpeken a megmunklshoz szksges mellkmozgsokat rendszerint vil-

lamos hajtsokkal oldjk meg. Ezzel vlik kivlthatv a gpkezel dolgoz mrsi feladata,

mert a geometriai adatokat, a megteend t informcikat numerikusan, digitlis programbl

(NC, CNC) adjk meg. A programozsnak ez a rsze azt jelenti, hogy egy tengely esetn, az

eltolsi tra megadjk a kezd s vgpontot s az eltols sebessgt, gy vezrlik az adott

szn mozgst.

A megmunkls megkezdse eltt azonban tbb tervezsi feladatot (geometriai, szer-

szmozsi, kszlkezsi, technolgiai stb.) kell megoldani, hogy elkszlhessen a gp ve-

zrl programja. Ahhoz, hogy ennek elveit megrtsk clszer megismerkedni a CNC gpek

kialaktsval, mkdsi elveivel, lehetsgeivel, amelyeket a kvetkez, 2.9. brn is tte-

kinthetnk.

26 GYRTSAUTOMATIZLS


2.9. bra: CNC gpek lehetsgei az alkalmazsban s kvetelmnyek a gptl

2.2.3 A CNC gpek szerkezeti felptse:

A CNC megmunkl gpek vzszerkezett kezdetben a hagyomnyos gpekhez kpest

alig mdostottk, a vezetkek elhelyezse, a fors mozgatsok kezdetben szinte vltozatla-

nul maradtak.

A szmtstechnika fejldse lehetv tette, hogy egyre sszetettebb feladatokat oldja-

nak meg, nem csak a vgpontokat, hanem a sznok bonyolultabb mozgsait is programozni

lehessen, s bizonyos szmtsi mveleteket maga a gp mozgatst is biztost elektronikus

egysg vgezze (szmtgpknt integrlva). gy fejldtt CNC gpp s br gyakran mg ma

is vezrlsnek hvjk a CNC gpeket irnyt egysget (2.10. bra), mikzben azok sok sz-

mtsi s szablyozsi funkcit is betltenek.

A hajtsra vezrelt, illetve szablyozott villamos motorokat hasznlnak, ennek megfele-

len a hajts lehet:

nylt (pl. lptetmotoros); vagy

zrt hajts lnccal, azaz visszacsatolssal kerl kialaktsra (szervo hajts).

2.10. bra: A szerszmgpek irnytsa

A CNC gpek hagyomnyos kialaktsnak blokkvzlatos felptst mutatja a 2.11. b-

ra.



2.11. bra: Egy CNC eszterga egyszerstett blokkvzlata.

Az NC, CNC programok ltalban szabvnyostott (ISO) jellsrendszerrel kialaktott

utastsok. A programok a gpen hasznlhat programnyelven kerlnek megfogalmazsra, az

adott gpre elrhat technolgia, munkadarab befogsi md elrhet (a gpen hasznlhat)

szerszmozs ismeretben.

A CNC gpek mkdse vzlatosan ttekinthet az 2.12. brn.

A programok rugalmasan trhatk, trolhatk, a szmtstechnikai adatbevitelek sokf-

le lehetsge hasznlhat. A kezdeti lyukkrtys, lyukszalagos megoldsok utn a mgneses

adathordozk, majd az optikai adathordozk, valamint a chipek is szerephez jutnak, ma pedig

a szmtgpes hlzatos s tvadatkzlsi megoldsok is elterjednek.

A programbl beolvasott adatokat az interpoltor talaktja, s kzbens trolkba jut-

tatja. A program egyes rszeit sztvlasztja kapcsolsi (ezek a PLC-be kerlnek) s tinfor-

mcikra (amelyeket az interpoltorok segtsgvel dolgoz fel). A PLC fogja vezrelni kap-

csol tpus jelekkel a megmunklst biztost feltteleket, vgllsok, kapcsolsi feladatok,

pl. htvz-indts, elzrs, munkatrajt-zrs, -nyits, szerszmcsere stb.

A mozgsokat, azok irnyt, sebessgt, tvonal-elrst, kezd s vghelyzett az in-

terpoltorbl kapott informcik segtsgvel az egyes tengelyeket mozgat meghajtsok

fogjk elvgezni, tbbnyire villamos motorokkal, amelyeket szksg szerint ors-anya hajts-

sal egyenes vonal mozgss alaktjk.

A programhordozn berkez adatokat az olvas beolvassa, s ezutn dekdolja. Az

adatok kztt az NC program a szabvny szerinti kdoknak megfelelen tartalmaz kapcsolsi

tpus informcikat (pl. vdajt-, htvz-kapcsolsok stb.), ezeket PLC be- s kimeneteken

tovbbtjk, s a mozgatsokhoz szksges informcikat a f hajts s a mellkhajtsok r-

szre. Az informcikat prhuzamosan dolgozza fel az interpoltor a fmozgs fordulat-

szmnak meghatrozshoz, a vezrls kvarckristlyrl rkez rajelnek megfelel le-

osztsbl kpezi a vezrl frekvencit. A fmozgshoz illesztett mellkmozgsok vezrl

frekvenciit a mozgsjellemzk alapjn kiszmtja s ennek tartsrl logikai sszehasonlt-

sokkal gondoskodik. gy rhet el, hogy egy tengely mentn a fordulatonknti eltols rt-

knek ismeretben a fors fordulatszma s az eltol szerkezet meghajt motor fordulat-

szma sszehangolt lesz. A gyengeram elektronika ltal kibocstott vezrl jeleket teljest-

mnyersteni szksges a gpek tbbsgnl.

28 GYRTSAUTOMATIZLS


2.12. bra: Egy CNC eszterga elvi szerkezeti vzlata, (Forrs: Horvth M.; Markos S. [2])

Amennyiben tbb tengely mentn mkdnek a mellkhajtsok (tbbdimenzis meg-

munklsok: 2D; 3D stb.), gy a bejrand mozgs plya koordinta irnyonknti egy-

mshoz rendelsvel lehet a mellkhajtsokat az arnyos rtkek tartsval mozgatni . A

szoksosan hasznlt helyzetmeghatrozsi, vezrlsi elveket (pont, szakasz, plya) mutatja

be a 2.13. bra.



Mret-

bell-

ts

megmunkls eltt megmunkls alatt megmunkls alatt

Az egy

idben

vezrelt

koor-

dintk

szma

1 1 2 / 2,5 / 3 / 5

Gp-

fajta

fr, ponthegeszt, rev.

lyukaszt

eszterga, mar, fr-mar,

kszr

mar, fr-mar, eszter-

ga, lngvg, lzersuga-

ras vg robot

2.13. bra: NC gpek helyzetmeghatrozsi elvei (pont, szakasz, plya)

Ezek az rtkek lehetnek pont geometriai adatai a megfelel koordinta irny mentn,

szakaszok, kezd s vgpontokkal, valamint egy plya egyes pontjai a szksges felbontsi

pontossggal, ahol a megkzelts interpolcija lehet egyenes, vagy kr (ezt szemllteti a

2.14. bra). Az ves fellet rintit meghatrozhatjuk pontrl pontra, ahol az rint irnytan-

gense fogja kt tengely hajtsi irnyt (arnyt) meghatrozni. A trbeli alakzatoknl az rin-

tk meghatrozsa tbb tengely esetn trben hasonlan kpzelhet el.

2.14. bra: A pontok helyzetnek meghatrozshoz hasznlhat egyenes s kr interpolci elve

2.2.4 A nylt hajtslnc mkdsnek alapjai:

A hajtst lptet motorok biztostjk, amelyek a vezrlstl megfelel frekvencij

ngyszg impulzusokat kapnak, amelyek segtsgvel teszik lehetv a motor konstrukcij-

bl add tengely szgelfordulsi mrtket, a lptetst. A motor az llrszn tbb szegmens

30 GYRTSAUTOMATIZLS


tekercsbl (akr szz lps is lehet) pl fel, amely tekercseire egymst kvet sorrendben

kapcsoljk a feszltsget. Az llrsz elektromgneses mezi lpseinek megfelelen elfordul

a mgneses tr, s az lland mgnes forgrsz lpsrl, lpsre az llrsz szegmensoszts

ltal keltett mgneses trnek megfelelen tovbb fordul. A nagyobb frekvencik esetn a

szegmenseknek megfelel lptets szinte folyamatos forgsknt jelenik meg. A mozgat

mechanizmus ennek megfelelen mozgatja a sznszerkezetet. A nylt hajtslnc rendszer

felptst mutatja a 2.15. bra.

A munkadarab anyagnak, a gpen a megmunklst vgz szerszmok adatainak, a

mdb. geometrijnak ismeretben lehet elkszteni a technolgiai tervet s annak CNC prog-

ramjt, a megfelelen szabvnyostott kdok s utastsok rendszernek segtsgvel.

2.15. bra: A nylt hajtslnc eltol rendszer felptse

A vezrls logikjnak egyszerbb megrtse rdekben legyen a modell egy CNC esz-

terga felptshez hasonl, a fmotor is legyen lptetmotor.

(Megjegyzs: lptetmotor csak nhny szz W teljestmnyig szerezhet be, drga, s

itt felesleges is. Jobb plda lehet egy hmz, de taln lzeres megmunkls is.)

A lptetmotor konstrukcija olyan, hogy amennyiben a betpllsnl rkapcsolunk egy

megfelel feszltsg ngyszg impulzust, akkor a tekercseinek felptsbl addan egy

szgosztst elfordul. Vlasszunk most olyan konstrukcit, amely 100 db impulzus hatsra

tesz egy teljes fordulatot, teht az egy szgosztsra 360/100 imp. =3,6/impulzus jut.

A mellkhajtsok felptshez is vlasszunk hasonl lptet motorokat a lpskz te-

kintetben. A lptet motor tengelyrl meghajtunk egy mellkhajtmvet, amelynek tttele

legyen imell= 4

1. A sznmozgat golysors menetemelkedse legyen h= 4 mm. A lptet

motorra adott 100 imp. hatsra a mellkhajtm kimen tengelye a ht =

4

1-t ri el gy az

ors ltal mozgatott szn lpskze: 100*4

h= 0,01mm/lps. A motorok fordulatszmt a

betpllt impulzusok frekvencijval tudjuk vezrelni.

Az gy megptett CNC eszterga modellel a vals forgcsolsi feladatokhoz a forgcso-

ls technolgiai adataibl kell kiindulni.

A mdb s szerszmanyag ismeretben vlasztani tudunk egy az ltartam (esztergn ke-

mnyfm vltlapkra ajnlott T=15 perc) szempontjbl optimlis forgcsol sebessget



vc = min

120m

; 1000

** ndV sszefggs alapjn: mmd 22

*1800

000.120

min

1800n ami megfelel nc = 30/sec impulzus frekvencinak

(jellsek: d - megmunklt tmr; vc - forgcsolsi sebessg; n - fordulatszm).

Mivel a fmotor 1 fordulathoz 100 lps kell, gy a motor tpllshoz 30*100 = 3000

imp./sec (3kHz) biztostsa szksges. Ezt a frekvencit a CNC kzponti szmtgp egysg

rajelnek leosztsbl lltjuk el, egy szmll s egy sszehasonlt tag segtsgvel.

Ttelezzk fel, hogy a szmtgp rajele 300 MHz. Ez a paramter a processzor alap-

jellemzje, de ellltsa nem kzvetlenl, hanem egy nhny szz MHz alapfrekvencij

kristlyoszcilltor jelnek tbbszrzsvel trtnik. Egyszer esetben ez a mozgatsok refe-

rencia rajele.

(A nagyobb tuds gpekben a mozgatsi rendszer nll, pl. 20 MHz frekvencij

alaprajelbl indul ki, a szmtgp rajeltl fggetlen mdon.) A mozgatsok sebessgt az

alaprajelbl egy programbl vezrelt szorz mvelettel lltjk el:

m

nff xtalaxis *

ahol:

faxis: egy mozgattengelyhez tartoz rajel

fxtal: kristly oszcilltor alaprajele

n, m: egsz szmok, (rtktartomnyuk a gpnek megfelelen korltozott).

A lptet motor megfelel forgatshoz 3 kHz-es frekvencival kell rkezzenek a meg-

felel feszltsg rajelek. Ezrt a szorzegysg a start pillanattl kiszmolja a program ltal

megkvnt rtket, s a hajtsvezrls ennek megfelel impulzusokat ad ki a lptetmotorra,

s ezt a mveletet a stop jelig ismtli.

A fmotor adott fordulatszmhoz kell ezutn igaztani az eltol motor impulzus frek-

vencijt.

A felleti rdessg megfelelsgt esetnkben f = 0,1 mm/ford. eltolssal rhetjk el.

Ez azt jelenti, hogy amg a fmotor egyet fordul a befogott munkadarabbal, addig a forgcso-

l kst a sznszerkezet 0,1 mm-rel mozdtja el megfelel irnyba. Ehhez a mellkhajtsnl

egy lps 0,01 mm mellett 10 lpst (10 impulzust) kell kapcsoljunk a mellkmotorra, azaz

300 imp./sec (300 Hz) frekvencival tplljuk.

Az eltolsi thossz megadsa a kvetkez feladat. Azt tervezzk, hogy az egyik ten-

gely mentn f=0,1 mm/ford. eltolssal menjen a szerszm Z1 = 0-bl Z2 = -10 mm-re tegyen

meg Z irnyba 10 mm elmozdulst, azaz 10 mm hosszon esztergljon. A 10 mm megttel-

hez 0,01 mm-es lpskzkkel 10/0,01 = 1000 lpskz (impulzus) szksges. Az eltols

indtsa eltt a lpsek szmlljban a trolt kinullzzuk, majd elindtjuk a mveletet s

32 GYRTSAUTOMATIZLS


szmoljuk az eltol motorra (300 Hz-en) kiadott impulzusok szmt. Amikor az sszehason-

lt tag az 1000-es szmot elri nem ad tovbbi eltol impulzusokat.

Az elzekben lertak alapjn a fordulatszmok vltoztatsa, vagy az eltolsi sebess-

gek s thosszak mindig az NC programbl kerlnek a CNC vezrlsbe.

2.2.5 A visszacsatolt (szervo) hajts elvi mkdse:

A CNC gpek ma leggyakrabban hasznlt hajtsi tpusa. Szerkezeti felptse alapvet-

en hasonlt a nylt hajtslnchoz, azzal a kiegsztssel, hogy a motorok leggyakrabban llan-

d mgneses szervo motorok, amelyeket feszltsg vagy ram szablyozssal hajtanak meg.

A szablyozshoz tinformcikat kell ismerni (2.16. bra), amelyeket az asztalrl kzvetle-

nl is villamos, illetve optikai elven mkd jeladk biztosthatnak. A villamos jeladk tbb

fle elven mkdhetnek, lehetnek ellenlls vltozson alapulk, kapacitv elvek, valamint

induktoszinek, alapveten analg eszkzk, lineris, vagy forg rendszerek. A digitlis jel-

adk is lehetnek lineris, vagy forg rendszerek (2.16. bra). Leggyakrabban a motorok ten-

gelyre vagy az ltaluk meghajtott golysorsk tengelyvgre forg jeladt ptenek. A forg

jeladrl a szgelfordulsnak megfelel digitlis informcik segtik a szablyozott hajts

mkdst. A forg jeladk leggyakrabban villamos, optikai vagy mgneses mkdsi elv-

ek.



2.16. bra: A hagyomnyos jeladk mkdsi elve s szerkezeti kialakts vzlata,

(Forrs: Szentgyrgyvri [3])

34 GYRTSAUTOMATIZLS


A lptetmotoros hajts analgijhoz hasonlan kpzelhetjk el a hajts mkdst, ha

a motor tengelyre 100 osztsos jeladt ptnk, vagy a mozgat ors vgre 400 osztsos

jeladt helyeznk el (2.17. bra). Ekkor ugyanis az egyes osztsok (1 osztskz = 0,01 mm)

elvileg hasonl fordulatszm s elmozduls lekpezst alkotnak a lptetmotoros hajtssal. A

klnbsg az, hogy a lptetmotorra impulzusokat adtunk a forgatshoz. A szervo motorra

olyan nagysg, szablyozhat feszltsget kapcsolunk, hogy a szksges fordulatszmmal

forogjon, amelynek ellenrzshez felhasznljuk a forg jeladbl visszacsatolt frekvencit.

Ha az megfelel a kvnt fordulatszmnak, akkor a tpfeszltsget lland rtken tartjuk. Ha a

fordulatszm kisebb, akkor a feszltsg nvelst biztostjuk egy logikai ramkr segtsg-

vel, ha nagyobb a fordulatszma a szksgesnl, akkor egy msik logikai ramkrrel a fe-

szltsget cskkentjk, mg el nem rjk az ppen szksges rtket, amit utna lland rt-

ken tartunk.

2.17. bra: Visszacsatolt CNC hajts vzlata

A szgjeladbl rkez frekvencit sszehasonltjuk a (bzis) frekvencival, amit a szmt-

gp rajelbl szrmaztatunk a fors frekvencia s az eltolmotor frekvencia arnynak

megfelel leosztssal. Az thosszak mrsre ugyanolyan szmllst vgeztetnk, mint a

lptetmotoros hajtsnl. A megfelel impulzusszm elrsekor a feszltsget lekapcsoljuk,

figyelembe vve a felfutsi, illetve lellsi fizikai adottsgok miatt kialaktand szablyo-

zst. A szervo hajts motoroknl is s a lptetmotoroknl is kell azzal szmolnunk, hogy a

felgyorsts s a lells is csak bizonyos id alatt hajthat vgre. Ezrt a felfutsi s lellsi

idket a hajtsok szablyozsba be kell pteni, ezt szemllteti a 2.18. bra. /Ezeket a

RAMP jellemzk sorban kell megadni./



2.18. bra: A CNC hajtsok lehet leggyorsabb felgyorstsa s lelasstsa idt vesz ignybe

a motorok fizikai felptse miatt, amelyet RAMP adatokkal szoks megadni

Ha tbb visszacsatolt tengelyt kell a vezrlsnek meghajtania, akkor a tengelyek k-

ztti hajtsi arnyt a CNC programban megfogalmazott geometriai sszefggseknek megfe-

lelen kell biztostani. Ezrt a tengelyek kztti szablyozsra is szksg van, amelyet a geo-

metriai sszefggsbl lehet szrmaztatni s ezt az arnyt logikai kapcsolatokkal kell a visz-

szacsatolt jelek frekvencia arnyai kztt biztostani.

2.2.6 A CNC gpek adaptv szablyozsa:

Az adaptv szablyozs (Adaptiv Controll-AC) a CNC gpekbe ptett olyan tbblet

funkci, amely a mkds kzben a megmunkl rendszer egy vagy tbb mrhet jellemzje

ismeretben a visszacsatolson keresztl kpes beavatkozni a gp irnytsba s azt valami-

lyen kivlasztott szempont alapjn (a clfggvnyek szerint) mdostani.

Legjellemzbb clfggvnyek:

A forgcsolsi paramterek lland rtken tartsa (ACC - Adaptiv Controll Constrait). (A gpbe ptett teljestmny lehet legteljesebb kihasznlsa, amennyiben ez ms jellem-

zt nem ront le krosan.); (A szablyozs alapja a felvett teljestmny, a leadott nyomatk

vagy a forgcsol er megfelel komponensnek mrse.)

Geometriai hibk cskkentse (GAC Geometrical Adaptiv Controll) pl.: a munkadarab deformcibl (pl. kihajls) add geometriai hiba minimalizlsa (Bali J.), kszrls

krkrssgi hibjnak (ACG) cskkentse (Horvth M.).

Mellkidk, leveg forgcsolsnak cskkentse.

Optimalizl adaptv irnyts (ACO Adaptiv Control Optimalization) kltsgre, meg-munklsi idre stb.

Az adaptv szablyozs mkdshez valamilyen a clfggvny elrst befolysol jellemz

(teljestmny, er, mret, rdessg, rezgs stb.) mrse szksges megmunkls kzben (2.19.

bra).

36 GYRTSAUTOMATIZLS


CNC

Geometriai

informcik

Energia

Elgyrtmny

Pozci rtkek

n

Belltsi rtkek

Forgcsolsi

folyamat

Zavars k , a, e , S F MargpKsz gyrtmny

Szenzor Szenzor

PS

MS

Szerszmkops

Mrt vltozk

F S

Paramter AC-zem

ACC

ACO

Eltols

Sebessg (v)

v. Fors fordulatszm (n )

Paramter

Adatcsere

Paramter

belltott rtke

Clfggvny

fv

v - eltols sebessg

n - fordulatszmf

2.19. bra: Az adaptv szablyozs blokkvzlata kt jellemz (kops, nyomatk) visszacsatolt

szablyozsval [5]

Vegyk pldaknt, hogy egy kivl minsg s nagy pontossg hengeres felletet szeret-

nnk eszterglni, gy hogy utnmunkls nlkl alkalmas legyen a szk trsek tartsra.

A megmunkl, pl. szuperkemny l forgcsol kst olyan klnleges (nagymerevsg), de

elmozdulsra kpes befogba rgztjk, melyet a beptett piezo aktutorra feszltsget adva

elmozdtunk mikro-fogsvtelt megvalstva. A ks mgtti forgcsolt felletrl (pl. lzersu-

garas mrrendszerrel) kaphatunk olyan informcit, hogy a mret megfelel-e pontossg

szempontjbl. Amennyiben a mret sugrirnyban nagyobb a szksgesnl az AC szablyo-

zs hatsra a piezo elmozdtja a ks lt s visszalltja azt, a helyes mretre munkls hely-

re.

Az AC fellrja a CNC szablyozs rtkeit, mikzben folyamatosan fut a megmunkls

programja.

2.2.7 CNC gpek beruhzsnak elksztse

A CNC gpek alkalmazsa megfelel felkszltsg dolgozkat, s mszaki elksz-

tst ignyel, mert a gpek ra csak megfelel kihasznls mellett biztostja a szksges beru-

hzs hatkonysgt. A beruhzs elksztsnek feladatait foglalja ssze a 2.20. bra. A

program a feladat megfogalmazsval kezddik s a termelsbe tadssal fejezdik be.



2.20. bra: CNC gpek beruhzsnak elksztse, (Forrs: Szentgyrgyvri [3])

A CNC gpek hasznlata a hagyomnyostl eltr technolgiai tervezst, gpkiszolglst,

mrst, szerszmelltst, karbantartst ignyel. Az egyik legfontosabb elem a felkszlt hu-

mn infrastruktra biztostsa.

Irodalomjegyzk, forrsok a 2. fejezethez

[1] Erdlyi F.; Hajd Gy.; Tth T.: A gpipari gyrts automatizlsa; Gpgyrts-technolgia, XXX. vf. 10. sz. pp.: 451-470. HU-ISSN0016-8580

[2] Horvth M.; Markos S.: Szmtgppel integrlt gyrts, LSI Budapest, 1996, p.: 436. [3] Szentgyrgyvri .: CNC Technolgia, Kzirat, 1972. [4] Rssner W.: Werkzeugmashinen / NC eladsa, Hochschule Ausburg [5] Stute G.: Regelung an Werkzeugmashinen, Hanser Verlag 1981. ISBN 3-446-13374-7

www.tankonyvtar.hu Bnlaki Pl, BME

3. PLC alapismeretek, a PLC programozs alapjai (Dr. Bnlaki Pl)

3.1 A PLC fogalma [1]

A PLC (az angolszsz megnevezsbl: Programmable Logic Controller alkotott bet-

sz), magyar elnevezse: programozhat logikai vezrl, ami kiss pontatlan fordts

eredmnye.

Gpek, rendszerek irnytsa lehet vezrls vagy szablyozs. Vezrls esetn a bemeneti

adatok alapjn s/vagy adott esetben az id fggvnyben hatrozzuk meg a kimeneti llapo-

tokat, pl. ilyen a hagyomnyos kzlekedsi lmpa vezrlse. Szablyozs esetben a cl az,

hogy egy folyamatjellemzt belltott rtken tartsunk, pl. egy szoba hmrsklett 20 C

rtken tartjuk. A PLC szablyozsra is kpes, ezrt irnytstechnikai eszkz.

A PLC ipari kivitel digitlis szmtgp, amely alapjban elektromechanikai gpek,

berendezsek mkdsi folyamatainak irnytsra szolgl. Az irnytott rendszer lehet egye-

di szerszmgp, gyrtsor, szerelsor innen indult a fejleszts , de mra mr igen sok ms

terleten is alkalmazst nyertek, pl. anyagmozgats, ptipari munkagpek, lift, lmnypark

gpek, vilgtstechnikai rendszerek, pletgpszet stb. tern.

A PLC eredetileg, s az alapfeladatt tekintve ma is lnyegben digitlis bemenetek l-

lapota alapjn, a benne lev program szerint, digitlis kimenetek llapott hatrozza meg. A

be- s a kimeneti vonalakat jellegzetesen egyenknt kezeli.

Az ipari kivitel mechanikai, elektronikai, s szoftveres felpts, a kezelfelletek s az inter-

fszek vonatkozsban igen robusztus felptst jelent, valamint a krnyezeti hatsokkal

szembeni nagyfok vdettsget.

A PLC a bemenetek fggvnyben, a kimenetek vonatkozsban azok llapotnak

megadsra szabadon programozhat, de nem ltalnos cl szmtgp, gy pl. irodai, vagy

multimdis clra nem hasznlhat.

A PLC-ben a program s az adatok trolsa szilrdtest (mozg alkatrsz nlkli) memriban

trtnik, merevlemezes, vagy optikai meghajt a mkds sorn nem kap szerepet.

A PLC egy kemny vals idej rendszer (hard real time system), ami azt jelenti, hogy a be-

menetek vltozsra szigoran kttt idn bell ktelezen reaglnia kell, klnben katasztro-

flis esemnyek kvetkezhetnek be az irnytott rendszerben, (a vezrl ilyen hibja totlis

vszhelyzet mkdshez kell, hogy vezessen, a krok elkerlse rdekben).

Vals idej irnyts esetben olyan opercis rendszerek, mint pl. a Linux, valamint a Win-

dows nem vals idej vezrlsekhez kifejlesztett vltozatai nem hasznlhatak.

3.2 A PLC-k helye a gyrtsautomatizlsban

Amint azt a ksbbiekben rszletesen ltni fogjuk, a PLC-k trtnetk sorn komoly

fejldsen mentek keresztl, prhuzamosan, ill. sszefondva a szmtgpes CNC vezrl-

sek fejldsvel. A korszer gyrtrendszerekben ltalban hrom szmtstechnikai-

informatikai funkci klnthet el (lsd 3.1 bra). A feladattpusokat a megvalstsban ko-

rbban tnylegesesen hrom, rendszerbe kapcsolt, de nllan felptett kszlk ltta el. Az

adott gptl, feladattl, ill. az irnyts genercis szintjtl fgg, hogy ezek a feladatcsopor-

tok mekkora hardveres s szoftveres szmtstechnikai kapacitst ignyelnek ma, s a hardve-

res s szoftveres feladatok hogyan oszlanak meg az erforrsok kztt. Pldaknt a CNC ve-

zrlsek egy gyakran hasznlt, jellemz felptst, s benne a PLC-k szerept mutatja be az

3.1. bra.

3. PLC ALAPISMERETEK, A PLC PROGRAMOZS ALAPJAI 39

Bnlaki Pl, BME www.tankonyvtar.hu

3.1. bra: Egy CNC vezrls felptsre

A felhasznli kezel fellet a rendszer magas szint kezelst biztostja. A felhaszn-

l ezen a kapcsolaton keresztl programozhatja a rendszert, s informcit kap annak llapo-

trl. Ez az egysg szolgl a szmtstechnikai jelleg adattrolsra, ill. a rendszer mkds-

nek naplzsra is.

Az NC mag, azaz a CNC vezrl clszmtgp az egyedi munkadarab terveknek, a meg-

munklsi kvetelmnyeknek megfelelen a gyors mozgatsokat, megmunklsokat vezrli,

s gyors, kzvetlen manulis beavatkozsok vgrehajtsra is kpes. Ez a rendszer szmtja ki

s hajtja vgre a bonyolult, sszetett mozgsplya vezrlsi feladatokat. Az NC mag sok eset-

ben komoly matematikai, adatfeldolgozsi kpessgekkel rendelkezik.

A PLC egysg feladata ltalban olyan feladatok elltsa, ami a gyrt berendezsen a

konkrt munkadarabtl fggetlen, kzs, gy a CNC programfeladattl kzvetlenl nem fgg.

A PLC figyeli pl. ltalban, hogy a gp biztonsgos mkdtetsnek a felttelei fennllnak-e,

s vezrli pl. a nyers munkadarab mozgatst, befogst, majd az elkszlt munkadarab to-

vbbtst. A PLC-k ltalban kevs matematikai mveletet vgeznek, viszont sokszor sz-

mos bemeneti felttelt vizsglnak, sok kimeneti viszonylag egyszer beavatkoz szervet

mkdtetnek, gy feladatuk nagyszm logikai mvelet elvgzsvel, s szmos logikai (kt-

llapot) be- s kimenet kezelsvel jr egytt.

3.3 A PLC-k mkdsnek elvi alapjai

A PLC mkdsnek elvi alapjai szmos ms tudomnyterlethez tartoznak, s a PLC-k

fejldsvel ez a kr egyre bvl. Jelen jegyzetben sem tematikai, sem terjedelmi lehetsgek

miatt ezek ttekintsre nincs lehetsg, de a megrtshez szksges az elvi alapok rvid t-

tekintse aminek alapjn utna lehet nzni a rszleteknek , s a korszer megoldsok hasz-

nlathoz kikerlhetetlen az j lehetsgek bemutatsa.

Az elektromechanikus gpek irnytsa eredetileg ktllapot be- s kimeneti eszkzk

hasznlatn alapult. Ezek kz tartoznak a nyomgombok, kapcsolk, vgllskapcsolk;

egyb helyzetrzkelk, s relkontaktusok; stb. a bemeneti oldalon, valamint jelfogk,

aktutorok, optikai kijelzk (lmpk, ma inkbb LEDek), s hasonl jelleg eszkzk a kime-

neti oldalon.

A be- s a kimenetek kztti kapcsolatot egy n. logikai hlzat valstja meg. A logi-

kai hlzat mkdst elvben halmazelmleti alapok a logikai (Boole) algebra kifejezse-

ivel lehet lerni.

40 GYRTSAUTOMATIZLS

www.tankonyvtar.hu Bnlaki Pl, BME

Egy logikai hlzat elvben ktfle mkds lehet:

kombincis hlzat, ahol a kimentek llapota szigoran csak a bementek aktulis l-lapottl fgg,

sorrendi (szekvencilis) hlzat, ahol a kimenetek llapota az aktulis bemeneti lla-potokon tl a rendszer korbbi llapotaitl is fgg.

Mindkt mkds matematikailag lerhat, s jl kezelhet. Nagyon fontos azonban mr itt

megjegyezni, hogy a technikai megvalsts sorn a mveletek elvgzshez id is kell, ami a

bementi jelek s a kimeneti llapotok alapjn, azok vltozsa esetn versenyhelyzetekhez,

tmeneti, ill. rossz esetben vletlenszer kimeneti eredmnyekhez, llapotokhoz vezethet. Ez

a jelensg a PLC-k hasznlatnl, programozsnl ma is fontos szempont.

3.4 A PLC-k fejldse s kategrii

Az 1960-as vgig a szmtstechnika s az ipari irnytstechnika nagyjbl fggetle-

nl fejldtt. A szmtgpekben flvezet eszkzket tranzisztorokat, majd integrlt ram-

krket alkalmaztak, de a berendezsek megbzhatsga, s mkdsi felttelei az ipari kr-

nyezetbeli alkalmazst mg nem tettk lehetv. A gyrtsorokon elektromechanikus, elekt-

romgneses eszkzket, relket, forgtengelyes lptet idztket, programkapcsolkat hasz-

nltak (ma hasonl eszkzket als kategris mosgpekben, mikrohullm stkben tal-

lunk). A logikai hlzatokat huzalozott sszekttetsek rvn alaktottk ki, innen maradt meg

mig a csak hardveres talaktssal mdosthat hlzatokra a huzalozott logika elnevezs.

A huzalozott logika kifejlesztse, elksztse, mdostsa s a hibakeress nehz, idignyes,

drga, komoly felkszltsget kvn munka, de a jl kifejleszt

Documents

0018_Gyartasautomatizalas_EGYETEMI TANANYAG_2012.pdf