VISOKA ŠKOLA PRIMENJENIH SRUKOVNIH STUDIJAVRANJE

SEMINARSKI RADPREDMET: CAM

TEMA: CNC MAŠINE

April 2010NASTAVNIK: STUDENT:

Tasić Aleksandar 56/pi

Kratak istorijat CNC mašina

Mašinska obrada metala postaje aktuelna u vreme industrijske revolucije i u Engleskoj se 1775. god. pojavljuje prva mašina koja se koristla za obradu cilindara parnih mašina. Invetor je bio Džon Vilkinson (John Wlikinson). Nešto kasnije, godine 1818., Eli Vitni (Eli Whitney) izrađuje glodalicu u Americi. Inovacija je korišćena za izradu pušaka za potrebe države.

Naknadno je osovina Vitnijeve mašine od horizontalne postala vertikalna i tako je bilo moguće pomerati i obrađivati materijal u X, Y i Z osama. Godine 1952. Džon Parsons (John Parsons) prikazuje prvu NC (Numeric Control) glodalicu. On je postavio servo motore na X i Y osu, kontrolisane putem kompjutera koji je čitao bušene kartice. Tako je rođena NC tehnologija odnosno prva NC glodalica.

Današnje moderne mašine (glodalice, strugovi, obradni centri…) koriste tehnoligiju CNC (Computer Numeric Control) . Mikroprocesor u svakoj mašini čita program, napisan u G-kodu , koji kreira korisnik i izvodi zadate operacije. Personalni kompjuteri se koriste za dizajn delova i pisanje programa. Programi se pišu manualnim ukucavanjem G-koda ili korišćenjem CAM softvera (Computer Aided Manufacturing).

Oblast primene cnc mašina u današnje vreme je jako velika :

obrada drveta obrada metala obrada plastike graviranje izrada alata modeliranje hobi nastavna sredstva

Prilikom izrade modela i prototipa sa 3D CNC mašinama, dizajneri izrađuju 3D model u nekom od programa za industrijsko 3D modelovanja, snimaju taj model u odgovarajućem formatu ( IGES, CAD ) i prosleđuju ga majstorima koji rade na mašini. Pomoću softwera za pravljenje CNC programa, model se prevodi u mašinski jezik razumljiv mašini. Taj kod generiše kordinate svake tačke preko koje nož glodalice treba da pređe, tako da po završenom glodanju površine dobijamo željeni 3D oblik koji smo ranije izmodelovali. Proces pretvaranja 3D modela u kod razumljiv mašini vrši se odgovarajućim softwerima namenjenim za te svrhe.

Kod modelovanja i izrade prototoipa treba znati da postoje određena ograničenja, jer kod mašina sa 3 ose pokretljivosti ( x,y,z ) nije izvodljivo odraditi svaki model. Tako da je ponekad potrebno model podeliti na više slojeva kako bi se u mogao u potpunosti mašinski izraditi. Savremena mašime imaju mogućnost okretanja glodalice u mnogo osa, tako da se kod njih ovi nedostatci zanemaruju, ipak ove mašine su dosta skuplje, pa je i sama obrada materijala na njima mnogo skuplja.

Svakako je dobro konsultovati se sa ljudima koji su zaduženi za programiranje mašine, pre nego što napravite konačni model predmeta, da ne bi dolazili u situaciju da morate da ponovite modelovanje. Kod mašina sa tri ose pokretrljivosti, dovoljno je da obratite pažnju na negativne uglove, tačnije ne možete imati pune površine, iznad praznih površina, najprostije rečeno.

Šta je CNC

CNC je skraćenica na engleskom jeziku (computer numerical control) koja je opšte prihvaćena u mašinstvu i označava mašine kontrolisane od strane računara odnosno kompjutera. Računar  kontroliše i upravlja radom mašine "čitajući" instrukcije u obliku kodova.

Najčešće se ova tehnologija koristi u proizvodnji mašina, alata, modela... odnosno obradi metala, drveta, plastike, stakla, kamena.

 CNC glodalica  CNC ru

CNC strug

Oblast primene CNC mašina

Tehnologija CNC mašina, u današnjoj industriji, ima široku primenu. Moglo bi se reći da se CNC mašine danas koriste u svim proizvodnim delatnostima. Od "HOBY" mašina pa do zahtevnih obradnih centara, CNC tehnologija je postala standardna i nezamenljiva zbog svoje pouzdanosti i preciznosti.

  Najčešće oblasti primene CNC mašina:

obrada drveta obrada metala obrada plastike graviranje izrada alata modeliranje hobi  nastavna sredstva

Od čega se sastoji CNC sistem

CNC sistemi su se dramatično promenili u proteklih 10 - 15 godina. Od samostalnih (Black box) komponenti do potpuno integrisanih, PC vođenih, ujedno umreženih radnih ćelija. 

Danas se CNC sistemi sastoje od mašine (strug, glodalica, ruter...), step-motora, drajvera, PC računara i softverskog paketa odnosno softvera. Ovo je crtež i objašnjenje osnovne

šeme CNC sistema:

Kako izabrati CNC mašinu

Odabir vrste CNC mašina, za nabavku, vrši se u odnosu na sledeće faktore:

1. Delatnost kojom se preduzeće bavi.2. Finansijske sposobnosti organizacije.3. Prostora koji je na raspolaganju.4. Planova proizvodnje i razvoja.5. Edukovanosti radne snage.

Primer:

Bavite se stolarskim zanatom. Rešili ste da unapredite proizvodnju vrata i da je automatizujete. Od banke možete računati na finansijku podršku u vidu kredita za razvoj malih i srednjih preduzeća. Ovime stičete prednost u odnosu na konkurenciju jer: proizvodite više, imate tipske modele vrata sa aplikacijama, možete da radite po zahtevu kupca, smanjujete troškove proizvodnje...

U ovom slučaju nabavićete CNC ruter:

Koliko su pouzdane CNC mašine?

CNC tehnologija i mašine su izuzetno pouzdane jer su smanjene mogućnosti grešaka prilikom rada. Ljudski faktor je prisutan ali je mogućnost greške daleko manja nego kod manuelnog sistema kontrole mašine.

CNC mašine omogućuju da vaš "Sistem kontrole kvaliteta" podignete na najviši nivo.

U današnjim uslovima poslovanja, ovo je jako bitan faktor vaše konkurentske sposobnosti i diversifikacije.

Koje su prednosti CNC sistema?

Prednosti CNC sistema su sledeće:

1. Velika preciznost izrade i obrade2. Kompatabilnost u okviru numeričkog programiranja (standardizovanost).3. Široka primena odnosno zastupljenost u svim proizvodnim delatnostima.4. Mali troškovi proizvodnje. Kada se mašina programira, ponavlja zadato i zahteva

minimalne intervencije čoveka.5. Pouzdanost rada.6. Konkurentska prednost zbog brzog i lakog opsluživanja kupaca. 7. Laka i brza edukacija zaposlenih.

Proizvodnja mini CNC strugova

Industrijski dizajn i CNC mašine

Prilikom realizacije jednog projekta najvažnija stvar jeste: kako najefikasnije organizovati lanac i strukturu resursa koji će nas dovseti do zadatog cilja? Ukoliko krenemo u realizaciju projekta, nekog novog proizvoda ili rešenja, prvi korak je dizajniranje i osmišljavanje upotrebne (funkcionalne) i estetske vrednosti.

Dizajneri su ključni deo lanca, jer oni vizualizuju i ovaploćuju ideje po koracima: snimanje potreba, ideje, skica pa tehnički crtež, izrada modela i alata, razrada proizvodnje, ambalaža.... pa sve do cilja, finalnog proizvoda (ovde smo nabrojali samo neke najvažnije momente kreiranja). Iz ovoga se zaključije da su dizajneri umešani u svaki deo porcesa projekta i da njihovo znanje ima veliki značaj zbog sinergije koju nose u sebi. Nemoguće je biti dizajner a ne biti upućen i ne pratiti sve korake u gore navedenim procesima. Ovo sve važi za ljde koji se bave industrijskim dizajnom.

Momenat gde se sreću CNC operateri i dizajneri je izrada protopita. To je "trenutak koji dizajneri najviše vole" je se tada po prvi put sreću sa modelom prateći njegovu metamorfozu (od nematerijalne ka materijalnoj dimenziji). Ovaj momenat je ključan i kritičan. Svi članovi jednog tima, u tom momentu, mogu da ocene ideju i da je testiraju.

Nekadašnja izrada modela i prototipova bila je mukotrpna a danas, zahvaljujuću CNC tehnologiji i mašinama, ovaj proces se mnogo lakše i brže kontroliše i realizuje. Dizjaneri modeluju u 3D softverskim rešenjima a potom ga prosleđuju operaterima ili majstorima na CNC mašinama. Potom se modeli konvertuju u mašinski razumljiv kod. Na kraju sledi zadata izrada modela, prototipova, proizvoda... Savremene mašine imaju mogućnosti rada u nekoliko osa (4, 5, 6...) pored osnovnih X,Y i Z.

Sve nas ovo upućuje na saradnju odnosno timski rad, koji je ključan. Dobar dizajner neće moći da realizuje svoje ideje bez saradnje sa dobrim CNC operaterima a sa druge strane, CNC majstorima su potrebni dizajneri. Dakle, posledinčno-uzročna veza.

CNC Masine u industriskom dizajnu

Izrada prototipa u procesu dizajna je jedan od ključnih koraka, sve dok ne napravite proizvod u pravoj veličini i ne ocenite njegovu funkcionalnost, estetsku i ergonomsku komponentu u stvarnom svetu, sve do tog trenutka on je bio samo idejno rešenje i koncept. Prelazak iz idejnog u materijalno stanje, je jedan od trenutaka koji industrijski dizajneri najviše vole, jer je to trenutak stvaranja nečeg novog i opipljivog. Ovaj put vam predstavljamo 3D CNC mašinu, kompjuterski kontrolisanu glodalicu koja iseca modele iz tvrdih pločastih materijala, kretanjem po 3 ose.

Automatsko programiranje CNC mašina primenom CAD/CAM koncepta

Ovaj način programiranja se primenjuje za postupke tehnološke razrade složene geometrije poput složenih 2D kontura i zapreminskih modela predmeta. Razvojem hardware-a i software-a omogućen je dalji razvoj automatskog upravljanja i različitih izvedbi kompleksnih konstrukcija NC i CNC mašina. Danas se u ulozi nosioca ovog vida programiranja koriste CAD, CAM i CAE (engl. CAE – Computer Aided Engineering) programi poput AUTODESK INVENTOR-a, PROENGINEER-a, SOLIDWORKS-a, MASTERCAM-a, ARTCAM-a, CORELDRAW-a, CATIA-e, UNIGRAPHIC NX-a, SOLIDCAM-a, VISUAL MILL-a, VISUAL TURN-a, EDGECAM-a, FEATURECAM-a, VX-CAD/CAM-a, SURFCAM-a, i sl.   

Prednosti ovoga vida programiranja su:

skraćuje se vreme potrebno za izradu programa (pop. NC koda), smanjuje se mogućnost pojave greške pri definisanju geometrije (tehnolog –

programer ne definiše geometriju, već je preuzima u elektronskoj formi od konstruktora),

omogućuje se korišćenje baza podataka o alatima, preporučenim režimima obrade, kao i preuzimanje karakteristika materijala sadržanih u bazama programskog paketa – oni se po potrebi mogu menjati, a sam program može da nam sugeriše njihov izbor,

postoji mogućnost verifikacije i simulacije programa na računaru.

Nedostaci ovog vida programiranja su:

visoka cena hardware-a  i  software-a, program ne generiše uvek najkraću – optimalnu putanju alata, pa samim tim je

glavno vreme izrade delova duže, velika dužina programa.

Na slici ispod su prikazane faze u postupku realizacije CAD/CAM programiranja CNC mašina alatki:

Ručno programiranje CNC mašina alatki

Program izrade dela na NC i CNC mašinama alatkama predstavlja zapis naredbi koje ona treba da izvede da bi se dobio radni predmet definisane geometrije. Program (pop. NC kod) u odgovarajućem obliku sadrži sve neophodne položaje pokretnih elemenata mašine sa pripadajućim brzinama kretanja, brojem obrtaja, uz definisane pomoćne funkcije poput naredbi uključivanja (isključivanja) sredstva za hlađenje i podmazivanje, naredbi promene smera obrtanja glavnog vretena sa precizno definisanim brojem obrtaja, naredbi promene alata, zaustavljanja programa, programske pauze i sl.

        Postupak ručnog programiranja zavisi od karakteristika upravljačke jedinice i karakteristika alatne mašine. Tako se kod CNC mašina alatki istih karakteristika sa upravljačkom jedinicom i upravljačkim programom različitih proizvođača ne može očekivati isti oblik programa neophodnog za upravljanje tom mašinom. Razlog leži u opredeljivanju proizvođača sopstvenom obliku zapisa programa, koji ne mora da odgovara preporukama ISO/DIN standarda. Najčešće, proizvođači tih mašina ostavljaju mogućnost njihovog alternativnog programiranja po preporukama ISO/DIN standarda. 

Ručno programiranje je najstariji i tehnološki najniži nivo programiranja NC i CNC mašina. Primenjuje se u tehnološkoj razradi obrade delova jednostavne geometrije i u slučaju malog udela CNC mašina u mašinskom parku matičnog proizvodnog sistema.

Programer-tehnolog pisanjem izvornog programa izrade dela (pop. NC koda) vodi alat od tačke do tačke po konturi obrade, vodeći računa o tehnološkim parametrima: obradivosti materijala obratka, karakteristikama reznih alata, optimalnosti režima obrade, itd.

 Šema postupka ručnog programiranja data je na slici ispod.

Novi trendovi - GE Fanuc CNC Europe

EMO, Milano - oktobar 2009.god. 

Na poslednjem bijenalu "EMO" u Milanu, koji se održao od 05. do 10. oktobra, poznati svetski proizvođač CNC obradnih centara i mašina, FANUC (GE CNC Europe), prikazao je najnovije tredove. U pitanju su "alati" za značajno smanjenje potrošnje energije koji će pomoći proizvođačima da smanje troškove.

Potreba za ovakvim rešenjima, potekla je iz globalnih zahteva za energetskom

efikasnošću a pogotovu zbog velikih cena energije u Japanu, gde se nalazi centrala pomenute kompanjije a i najveća koncentracja proizvođača koji koriste CNC obradne centre i mašine. Inženjeri su prikazali rešenja na mašinama gde servomotori daju skoro 100% a drajveri između 98% i 99% stepena iskorišćenosti, što je i indeks efikasnosti. Pored ovoga, rešenja su koncipirana tako da viškove energije mašine "skladište" pa samim time se vrši "energetksa reciklaža".  Drajveri su kompaktni po gabaritima kako bi se smanjilo zagrevanje a time i potreba za hladnjacima, jer se na taj način gubi dragocena energija.

"Energy Monitoring Function" je novi alat u softverskom paketu, gde korisnik može svakog momenta da prati na ekranu CNC mašine, potrošnju energije pojedinačno po osama, ukupnu potrošnju i ukupnu recikliranu energiju. Na taj način se mogu vršiti korekcije i setovanja kako bi se mašina optimalizovala u smislu potrošnje energije. Na ovaj način se drastično smanjuju troškovi a ujedno se energetska efikasnost povećava.

Video igra "Naučite CNC"

Vankuver 2009. - Tim studenata na Univerzitetu Britanske Kolumbije, u okviru centra za obradu drveta, realizovala je projekat "video igre" na osnovama CNC tehnologije. Aplikacija omogućava korisnicima da istražuju virtuelnu radnju mašina i da nauče sve što se tiče električnih i mehaničkih komponenti, koje čine jednu CNC mašinu.

 Takođe, možete naučiti i sve o dizajnu alata, fizici i metalurgiji a što je važno za početnike. Ovakav pristup omogućava da se izbegnu poteškoće koje prate većinu sajtova i portala na internetu gde su tekstovi usko stručni i ponekad nerazumljivi  i teški za đake, studente, početnike, radnike i amatere. 

Igrica je na engleskom jeziku i ima dosta tekstova, fotografija, video zapisa i 2D i 3D animacija. Ova edukaciona igra je besplatna i kompatabilna sa "Windows"-om i možete je instalirati sa: http://www.learncnc.org