Univerzitet u Kragujevcu

CNC SISTEMIUradio:

Nenad

Sandi

VTNovi BeogradStrana 18

VISOKA TEHNIKA KOLA STRUKOVNIH STUDIJA NOVI BEOGRAD

Seminarski rad

- CNC SISTEMI -

Student:

Profesor:Sandi Nenad

Rakovi dr Aleksandar

br. indeksa: 210/2010Maj, 2014.SADRAJ

Strana

1.UVOD1

2.ISTORIJSKI RAZVOJ22.1.Istorijski razvoj NC maina2

2.2.Istorijski razvoj CNC maina33.NUMERIKO UPRAVLJANJE (NC)63.1.Princip rada NC sistema64CNC SISTEMI74.1.Numeriko upravljanje raunarom (CNC)74.2.Oblast primene CNC maina94.3.Delovi CNC sistema94.4.Izbor CNC maine104.5.Pouzdanost CNC maine10

4.6Industrijski dizajn i CNC maine115.PROGRAMIRANJE CNC MAINA135.1.Runo programiranje CNC maina135.2.Automatsko programiranje CNC maina primenom CAD/CAM koncepta146.ZAKLJUAK166.1.Novi trendovi177.LITERATURA181UVOD

CNC Computer Numerical Control maine su sofisticirani metalo-preraivaki alati koji mogu da naprave komlikovane delove koje zahteva moderna tehnologija. Sa veoma brzim razvojem kompjutera CNC maine se koriste kao: strugovi, glodalice, laserski sekai, abrazivni mlazni sekai, prese i kao druge industrijske maine. Termin CNC se odnosi na veliku grupu ovih maina koje koriste komjutere da bi kontrolisale obradu. Kao primer najee emo koristiti strugove i glodalice.

Slika 1.1 Prva NC maina

2ISTORIJSKI RAZVOJ

2.1.Istorijski razvoj NC maina

Mainska obrada metala postaje aktuelna u vreme industrijske revolucije.

U Engleskoj, 1775. godine, pojavljuje se prva maina koja se koristila za obradu cilindara parnih maina. Inovator je bio Don Vilkinson (John Wilikinson). Neto kasnije godine 1818. godine Eli Vitni (Eli Whitney) izrauje glodalicu u Americi. Inovacija je koriena za izradu puaka za potrebe drave.

Naknadno je osovina Vitnijeve maine od horizontalne postala vertikalna i tako je bilo mogue pomerati i obraivati materijal u X, Y i Z osama.

Zatim je Don Parson (John Parsons) upotrebom buene trake upravljao pozicijom alata pri izradi lopatica helikopterskog propelera i on je tako postavio osnove numerikog upravljanja. Troosna glodalica Cincinati Hydrotel predstavljena je 1952. godine, a imala je elektromehaniko upravljanje i koristila je buenu traku. Iste godine poinje se koristiti naziv numeriko upravljanje odnosno NC upravljanje.

Slika 2.1. Komponente CNC maine

Sa slike 1.1. uoavaju se osnovne komponente NC maine:

MCU - Jedinica koja kontrolie kretanje alata NC maine

DPU - Jedinica koja ita i tumai deo programa

CLU Jedinica koja ita poziciju izvrnog organa maine i alje komandu za upravljanje motorom

Veina NC maina su koristile kodiranu, buenu, papirnu traku kao prenosioca informacija odnosno programa. Pomou tih traka NC maine su bile sposobne da ponove proizvodnju jednog dijela onoliko puta koliko je bilo potrebno.

Slika 2.2. Izgled buene trake

NC maine namenjene su za podizanje maloproizvodnje na vii nivo. Njihove karakteristike su izraene kroz automatsko upravljanje geometrijskim i tehnolokim informacijama, krae vreme obrade, visok nivo dimenzionalne i povrinske tanosti kao i visok nivo ekonominosti i fleksibilnosti.

Razvoj tehnologije numerikog upravljanja je bila najvanija tehnoloka aktivnost tokom 50-ih godina devetnaestog veka.

Prema definiciji udruenja elektronskih industrija EIA (Electronic Industries Association), numeriko upravljanje je operacija nad alatnom mainom koja proizlazi iz niza kodiranih instrukcija koje se sastoje od brojeva, slova abecede, i simbola koji jedinica za kontrolu maina (MCU) moe razumeti.

Te instrukcije piu se logikim redosledom u unapred dogovorenu standardizovanom obliku. Skup svih instrukcija potrebnih da bi se izvrila odreena obrada naziva se CNC program.

2.2.Istorijski razvoj CNC maina

CNC maine su se razvile od NC maina (numeriki upravljanih maina) gde se informacije nisu uvale kao celokupni programi u kontroli maine, ve delimino uitavale sa buenih traka. Vreme razvoja CNC tehnologije poinje oko sredine 1970-ih. To je omoguavalo racionalizaciju u masovnoj i pojedinanoj proizvodnji kroz znaajno bre i vrlo preciznije kretanje osa i alata.

U dananje vreme mainska industrija je skoro nezamisliva bez savremenih CNC maina.

Svaka CNC maina ita program, napisan u G-kodu, koji kreira korisnik. Personalni kompjuteri se koriste za dizajn delova i pisanje programa. Programi se piu runim kucanjem G-koda putem tastature ili korienjem CAM softvera (Computer Aided Manufacturing).

Slika 2.3. Savremeni obradni centar

CNC je ustvari proces proizvodnje mainskih delova na mainama kod kojih raunar upravlja kretanjem radnih organa maine. Upravlja se pravcem, smerom, veliinom i brzinom pomeranja. Zatim pomou nekog odgovarajueg CNC programa, model koji elimo da izradimo prevodi se u mainski jezik razumljiv maini. Taj kod generie koordinate svake take preko koje no alata treba da pree, tako da po zavrenom kretanju alata dobijamo eljeni 3D oblik koji smo ranije kreirali.

Prije odreenog vremena ideja automatizacije proizvodnje je bila razvijena od strane industrijske revolucije, ali tada je runi rad bio dosta isplativiji od razvoja i upotrebe novih maina. Osim toga da bi se ostvarila ideja raunarski numerikih upravljanih maina bio je potreban odreeni tehnoloki nivo.

Tek za vreme Drugog svetskog rata stiu se uslovi koji su bili potrebni. Bilo je potrebno postii superioran kvalitet, ali i koliinu. Ameriko ratno vazduhoplovstvo trailo je nain da se rei ovaj problem. Za to su bili postavljeni odreeni ciljevi:

Poveanje proizvodnje;

Poboljanje kvaliteta i tanosti proizvodnih dijelova;

Stabilizacija cijena;

Mogunost izrade komplikovanijih dijelova

Daljim razvojem, a pre svega u oblasti kompjuterske tehnologije postignut je napredak i ubrzo je predstavljena nova generacija maina, a to su CNC maine.

CNC maine se dele na vie naina, obino ta podela zavisi od njihovih proizvoaa, ali generalno CNC maine obino delimo prema vrsti obrade koje obavljaju:

Struganje;

Glodanje

Buenje

Rendisanje i dr.

Slika 2.4. Ose kretanja kod CNC maine3.NUMERIKO UPRAVLJANJE (NC)Uvoenjem NC upravljanja omoguena je racionalna proizvodnja delova i u pojedinanoj i maloserijskoj proizvodnji (85%) to nije bilo mogue kod konvencionalnih naina upravljanja. NC sistem upravljanja alatnih maina sa fiksnom logikom omoguio je u kodiranom obliku spremanje (buene trake) geometrijskih, tehnolokih i drugih informacija za odvijanje procesa obrade.

3.1.Princip rada NC sistema

Podaci preko nosaa informacije (traka) u obliku signala ulaze u dekoder, gde se vri dekodiranje informacija koje se zatim alju preko memorije u interpolator. Tu se informacija predstavlja u vidu putanje alata. Preko povratne veze merni sistem obavlja identifikaciju poloaja alata i zajedno sa zadanim veliinama u interpolatoru vri se poreenjepoloaja i alje signal za korekciju (ako je potrebna).

Slika 3.1. Tok informacija kod NC upravljanja (M motor, D senzor)Celi ovaj proces se odvija po programskim blokovima (jedan po jedan) i brzina izvoenja programa zavisi iskljuivo od brzine itaa informacija. Zbog toga, a i radi nemogunosti aktivnog uea u izvrenju programa (korekcija), greke pri uitavanju programa, itd., dovele su do naputanja koncepcije NC upravljanja s fiksnom logikom.

4.CNC SISTEMI

CNC je skraenica na engleskom jeziku (Computer Numerical Control) koja je opte

prihvaena u mainstvu i oznaava maine kontrolisane od strane raunara odnosno

kompjutera. Raunar kontrolie i upravlja radom maine "itajui" instrukcije u obliku

kodova.

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

Slika 4.1. CNC glodalica

4.1.Numeriko upravljanje raunarom (CNC)

Nedostaci NC alatnih maina sa fiksnom logikom i stalni zahtev za veom fleksibilnou upravljanja potpomognut stalnim napretkom u elektronici dovelo je do razvoja raunarom numeriki upravljanih alatnih maina (Computer Numerical Control CNC).

NC + raunar = CNC (cca.20% cene maine) je mogla vredeti u samom poetku (prvi CNC sistemi) kada je uloga raunara bila samo u upisivanju podataka za mainu.

Razvojem softvera i hardvera dananji CNC sistemi upravljanja predstavljaju visok stepen automatizacije proizvodnih funkcija (programiranje na maini, upravljanje alatima, materijalom, merenja, sloene interpolacije, dijagnostikovanje stanja maine, video uputstva za odravanje sistema, grafika simulacija itd.).

Uticaj raunara na NC programiranje alatnih maina dovela je do znaajnog smanjenja utroenog vremena posebno kod vieosnog programiranja (vieosna obrada) konstrukcijskih zahtevnih delova (sloene geometrije).

Slika4.2. Upravljaka jedinica MAZATROL

Dananji standard kod CNC je softver na bazi Windows sistema, grafika i simulacija (3D) u boji to omoguava brzo programiranje i prilagoavanje (editovanje) programa na licu mesta ili prenos podataka sa raunara na upravljaku jedinicu alatne maine.

Slika 4.3. Blok ema CNC sistema

4.2.Oblast primene CNC maina

Tehnologija CNC maina, u dananjoj industriji, ima iroku primenu. Moglo bi se rei da se CNC maine danas koriste u svim proizvodnim delatnostima. Od HOBY maina pa do zahtevnih obradnih centara, CNC tehnologija je postala standardna i nezamenljiva zbog svoje pouzdanosti i preciznosti.

Najee oblasti primene CNC maina:

obrada drveta

obrada metala

obrada plastike

graviranje

izrada alata

modeliranje

hobi

nastavna sredstva

4.3.Delovi CNC sistema

CNC sistemi su se dramatino promenili u proteklih 10 - 15 godina. Od samostalnih (Black box) komponenti do potpuno integrisanih, PC voenih, ujedno umreenih radnih, elija.

Danas se CNC sistemi sastoje od maine (strug, glodalica, ruter...), step-motora, drajvera,

PC raunara i softverskog paketa odnosno softvera. Na slici 4.4. prikazana je osnovna ema CNC sistema.

Slika 4.4. ema CNC sistema

4.4.Izbor CNC maine

Izbor vrste CNC maine, za nabavku, vri se u odnosu na sledeih faktora:

1. Delatnost kojom se preduzee 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. Reili ste da unapredite proizvodnju vrata i da je automatizujete. Od banke moete raunati na finansijku podrku u vidu kredita za razvoj malih i srednjih preduzea. Ovime stiete prednost u odnosu na konkurenciju jer: proizvodite vie, imate tipske modele vrata sa aplikacijama, moete da radite po zahtevu kupca, smanjujete trokove proizvodnje...

U ovom sluaju nabaviete CNC ruter.

Slika 4.5. CNC ruter

4.5.Pouzdanost CNC maine

CNC tehnologija i maine su izuzetno pouzdane jer su smanjene mogunosti greaka prilikom rada. Ljudski faktor je prisutan ali je mogunost greke daleko manja nego kod manuelnog sistema kontrole maine.CNC maine omoguuju da Sistem kontrole kvaliteta podignete na najvii nivo.

U dananjim uslovima poslovanja, ovo je jako bitan faktor vae konkurentske sposobnosti i diversifikacije.

4.6.Industrijski dizajn i CNC maine

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

Dizajneri su kljuni deo lanca, jer oni vizualizuju i ovaplouju ideje po koracima: snimanje potreba, ideje, skica pa tehniki crte, izrada modela i alata, razrada proizvodnje, ambalaa.... pa sve do cilja, finalnog proizvoda (ovde smo nabrojali samo neke najvanije momente kreiranja). Iz ovoga se zakljuije da su dizajneri umeani u svaki deo porcesa projekta i da njihovo znanje ima veliki znaaj zbog sinergije koju nose u sebi. Nemogue je biti dizajner a ne biti upuen i ne pratiti sve korake u gore navedenim procesima. Ovo sve vai za ljude koji se bave industrijskim dizajnom.

Momenat gde se sreu CNC operateri i dizajneri je izrada prototipa. To je "trenutak koji dizajneri najvie vole" je se tada po prvi put sreu sa modelom pratei njegovu metamorfozu (od nematerijalne ka materijalnoj dimenziji). Ovaj momenat je kljuan i kritian. Svi lanovi jednog tima, u tom momentu, mogu da ocene ideju i da je testiraju.

Slika 4.6. CNC maine u industrijskom dizajnuNekadanja izrada modela i prototipova bila je mukotrpna a danas, zahvaljujuu CNC tehnologiji i mainama, ovaj proces se mnogo lake i bre kontrolie i realizuje. Dizjaneri modeluju u 3D softverskim reenjima a potom ga prosleuju operaterima ili majstorima na CNC mainama. Potom se modeli konvertuju u mainski razumljiv kod. Na kraju sledi zadata izrada modela, prototipova, proizvoda... Savremene maine imaju mogunosti rada u nekoliko osa (4, 5, 6...) pored osnovnih X,Y i Z.

Sve nas ovo upuuje na saradnju odnosno timski rad, koji je kljuan. Dobar dizajner nee moi da realizuje svoje ideje bez saradnje sa dobrim CNC operaterima a sa druge strane, CNC majstorima su potrebni dizajneri. Dakle, posledino-uzrona veza.

Izrada prototipa u procesu dizajna je jedan od kljunih koraka, sve dok ne napravite proizvod u pravoj veliini i ne ocenite njegovu funkcionalnost, estetsku i ergonomsku komponentu u stvarnom svetu, sve do tog trenutka on je bio samo idejno reenje i koncept.

Prelazak iz idejnog u materijalno stanje, je jedan od trenutaka koji industrijski dizajneri najvie vole, jer je to trenutak stvaranja neeg novog i opipljivog. Ovaj put vam predstavljamo 3D CNC mainu, kompjuterski kontrolisanu glodalicu koja iseca modele iz tvrdih ploastih materijala, kretanjem po 3 ose.

Slika 4.7. Proizvodnja mini CNC strugova5.PROGRAMIRANJE CNC MAINA5.1.Runo programiranje CNC maina

Program izrade dela na NC i CNC mainama alatkama predstavlja zapis naredbi koje ona treba da izvede da bi se dobio radni predmet definisane geometrije. Program (pop. NC kod) u odgovarajuem obliku sadri sve neophodne poloaje pokretnih elemenata maine sa pripadajuim brzinama kretanja, brojem obrtaja, uz definisane pomone funkcije poput naredbi ukljuivanja (iskljuivanja) sredstva za hlaenje i podmazivanje, naredbi promene smera obrtanja glavnog vretena sa precizno definisanim brojem obrtaja, naredbi promene alata, zaustavljanja programa, programske pauze i sl.

Slika 5.1. ema runog programiranja CNC maine

Postupak runog programiranja zavisi od karakteristika upravljake jedinice i karakteristika alatne maine. Tako se kod CNC maina alatki istih karakteristika sa upravljakom jedinicom i upravljakim programom razliitih proizvoaa ne moe oekivati isti oblik programa neophodnog za upravljanje tom mainom. Razlog lei u opredeljivanju proizvoaa sopstvenom obliku zapisa programa, koji ne mora da odgovara preporukama ISO/DIN standarda. Najee, proizvoai tih maina ostavljaju mogunost njihovog alternativnog programiranja po preporukama ISO/DIN standarda.

Runo programiranje je najstariji i tehnoloki najnii nivo programiranja NC i CNC maina. Primenjuje se u tehnolokoj razradi obrade delova jednostavne geometrije i u sluaju malog udela CNC maina u mainskom parku matinog proizvodnog sistema.Programer-tehnolog pisanjem izvornog programa izrade dela (pop. NC koda) vodi alat od take do take po konturi obrade, vodei rauna o tehnolokim parametrima: obradivosti materijala obratka, karakteristikama reznih alata, optimalnosti reima obrade, itd.

5.2.Automatsko programiranje CNC maina

primenom CAD/CAM konceptaOvaj nain programiranja se primenjuje za postupke tehnoloke razrade sloene geometrije poput sloenih 2D kontura i zapreminskih modela predmeta. Razvojem hardware-a i software-a omoguen je dalji razvoj automatskog upravljanja i razliitih izvedbi kompleksnih konstrukcija NC i CNC maina. 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: skrauje se vreme potrebno za izradu programa (pop. NC koda),

smanjuje se mogunost pojave greke pri definisanju geometrije (tehnolog programer ne definie geometriju, ve je preuzima u elektronskoj formi od konstruktora),

omoguuje se korienje baza podataka o alatima, preporuenim reimima obrade, kao i preuzimanje karakteristika materijala sadranih u bazama programskog paketa oni se po potrebi mogu menjati, a sam program moe da nam sugerie njihov izbor,

postoji mogunost verifikacije i simulacije programa na raunaru.

Nedostaci ovog vida programiranja su:

visoka cena hardware-a i software-a,

program ne generie uvek najkrau optimalnu putanju alata, pa samim tim je

glavno vreme izrade delova due,

velika duina programa.

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

maina alatki.

Slika 5.2. ema automatskog programiranja CNC maina6.ZAKLJUAK

Automatizacija maloserijske i serijske proizvodnje kao dominirajueg vida u metalopreradi, uspeno se izvodi primenom numeriki upravljanih maina alatki. One se odlikuju poveanom produktivnou i tanou. Njihova primena podie metalopreradu na vii nivo. Pri tome, treba sagledati prednosti i nedostatke primene numeriki upravljanih maina alatki.

Osnovne prednosti primene numeriki upravljanih u odnosu na konvencionalne maine alatke su:

poveanje produktivnosti smanjenjem ukupnog vremena, usled smanjenja glavnog i pomonog vremena,

visoka tanost obrade i neznatna kontrola obratka,

obrada delova loenijih profila koji se teko mogu da ostvare na konvencionalnim mainama,

poveanje vremenskog stepena iskorienja maine,

smanjenje broja i trajanja pripremnih operacija (obeleavanje, zabuivanje i sl.),

jednostavnije upravljanje procesom proizvodnje,

izbegnuta potreba za visokostrunim posluiocem maine alatke,

posluilac maine alatke ima vie slobodnog vremena i moe da prati rad druge maine i tako dalje.

Nedostaci primene su:

obavezno planiranje rada do detalja, kao kod svake automatizovane proizvodnje,

veliki investicioni trokovi poveavaju trokove mainskog sata,

potreba za visokostrunim programerima,

pouzdanost numeriki upravljane u odnosu na konvencionalnu mainu alatku moe biti nia,

vei efekti se ostvaruju u automatizaciji velikoserijske proizvodnje i tako dalje.

Uporedna analiza korienja maina pokazuje da jedna numeriki upravljana maina zamenjuje 3 do 8 konvencionalnih maina alatki, to omoguuje smanjenje opreme, proizvodnog prostora, radne snage i drugo. Produktivnost se poveava do 50%, tanost izrade delova poveava se 2 do 3 puta, a broj i cena naknadnih operacija smanjuje se 4 do 8 puta. Vremenski stepen iskorienja numeriki upravljane mapine treba da je veliki, jer se numeriki upravljana maina alatka ve posle 5 godina smatra zastarelom. Na skraivanje veka trajanja maine utie i stalna pojava novijih, savremenijih i produktivnijih tipova maina alatki.

6.1.Novi trendoviNa bijenalu EMO odranom u Milanu oktobra 2009. godine, poznati svetski proizvoa CNC obradnih centara i maina, FANUC (GE CNC Europe), prikazao je najnovije trendove. U pitanju su alati za znaajno smanjenje potronje energije koji e pomoi proizvoaima da smanje trokove.Potreba za ovakvim reenjima, potekla je iz globalnih zahteva za energetskom efikasnou a pogotovu zbog velikih cena energije u Japanu, gde se nalazi centrala pomenute kompanjije a i najvea koncentracja proizvoaa koji koriste CNC obradne centre i maine. Inenjeri su prikazali reenja na mainama gde servomotori daju skoro 100% a drajveri izmeu 98% i 99% stepena iskorienosti, to je i indeks efikasnosti.Pored ovoga, reenja su koncipirana tako da vikove energije maine skladite pa samim time se vri energetksa reciklaa. Drajveri su kompaktni po gabaritima kako bi se smanjilo zagrevanje a time i potreba za hladnjacima, jer se na taj nain gubi dragocena energija.Energy Monitoring Function je novi alat u softverskom paketu, gde korisnik moe svakog momenta da prati na ekranu CNC maine, potronju energije pojedinano po osama, ukupnu potronju i ukupnu recikliranu energiju. Na taj nain se mogu vriti korekcije i setovanja kako bi se maina optimalizovala u smislu potronje energije. Na ovaj nain se drastino smanjuju trokovi a ujedno se energetska efikasnost poveava.

Godine 2009. u Vankuveru, tim studenata na Univerzitetu Britanske Kolumbije, u okviru centra za obradu drveta, realizovao je projekat video igre na osnovama CNC tehnologije.

Aplikacija omoguava korisnicima da istrauju virtuelnu radnju maina i da naue sve to se tie elektrinih i mehanikih komponenti, koje ine jednu CNC mainu.

Takoe, moete nauiti i sve o dizajnu alata, fizici i metalurgiji a to je vano za poetnike.

Ovakav pristup omoguava da se izbegnu potekoe koje prate veinu sajtova i portala na internetu gde su tekstovi usko struni i ponekad nerazumljivi i teki za ake, studente, poetnike, 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 moete je instalirati sa: http://www.learncnc.org9.LITERATURA

[1]Dimitri M.,Tehnologije i programiranje CNC sistema,sveska sa predavanja,

Mainski fakultet, Beograd[2]Dimitri M.,Modeliranje alata i pribora za CNC sisteme,sveska sa predavanja Mainski fakultet, Beograd[3]Blaevi Z., Programiranje CNC tokarice i glodalice, skripta, Virovitica, 2004.[4]Kalajdi M.,Tehnologija obrade rezanjem prirunik,

Mainski Fakultet Beograd, 1998[5]Blaevi Z., Programiranje CNC glodalice [6]http://www.industrijski-dizajn.com/radionica/cnc-masine-u-industrijskom-dizajnu/[7] http://cadalati.blogspot.com/2010/12/cnc-numericko-upravljani-alatni.html