Visoka poslovno tehnička škola Užice

Dr Stjepan Panić

NUMERIČKI UPRAVLJANE MAŠINE

Pisana predavanja

Užice, 2009.

2

Nastavni predmet:

NUMERIČKI UPRAVLJANE (NU) MAŠINE

Fond časova 2+2

Broj bodova 6

Predavanja 2 časa

Vežbe:

- auditorne 1 čas;

- laboratorijske 1 čas

Predispitne obaveze:

- uredno pohađanje predavanja i vežbi,

- test iz laboratorijskih vežbi i

- izrada jednog seminarskog rada.

Najnužnija literatura:

1. Stjepan Panić, NU mašine-pisana predavanja;

2. Sreten Urošević, Proizvodno mašinstvo II – proizvodne mašine I

numeričko upravljanje mašinama, Naučna knjiga, Beograd 1992.

3. Miodrag Manić i Dušan Spasić, Numerički upravljane mašine, Mašinski fakultet i Viša tehnička škola, Niš 1998.

4. Vučko Mečanin, Programiranje obradnih procesa na CNC mašinama, Mašinski fakultet Kraljevo, 1997.

5. Peter Smid, CNC Programiming Handbook, Industrial Press, Inc.,New York, 10016-4078, 2003.

3

1. OSNOVE NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA

1.1. UVODNA RAZMATRANJA

Proizvodno mašinstvo proučava: - principe proizvodnih procesa tj. obrade ili teoriju obrade, - teoriju i principe konstruisanja obradnih sistema (mašina alatki), - teoriju i principe konstruisanja alata i pribora, - principe i projektovanje automatizacije procesa i sistema, - projektovanje proizvodnih i informacionih sistema, - metode meranja i upravljanje sistemom kvaliteta, - metode organizovanja rada. Principi proizvodnih procesa odnosno obrade ili teorija obrade se realizuju

korišćenjem širokog asortimana različitih proizvodnih, odnosno, tehnoloških mašina, alata i pribora, koji imaju zadatak da odgovarajućim tehnološkim procesima obrađuju materijal transformišući ga u brojne komponente različitih proizvoda, a kroz proces montaže u finalne proizvode. Pri tome se podrazumeva da proizvodni proces karakterišu tri međusobno, uzajamno povezana elementa. To su: energije materijal i informacija.

Proizvodno mašinstvo je grana mašinstva koja tretira problematiku izrade delova kako po obliku, veličini, vrsti obrade tako i po vrsti materijala. Pri izradi delova, čovek teži da razvija i usavršava nova sredstva. Razvoj novih sredstava i njihovo usavršavanje ima za cilj da se smanji direktno angažovanje čoveka u procesima rada. Primenom mehanizacije sredstava u procesu izrade delova oslobađa se ljudska snaga kao izvor energije i čovek kao izvršilac određenog rada. Pri tome ulogu izvora energije i neposrednog izvršioca rada preuzima mašina.

Čovek razvijajući sredstva mehanizacije, razvija i sisteme upravljanja. Sistemi upravljanja treba da ga zamene u upravljanju mehanizmima i mašinama. Mašine i proces izrade se tako automatizuju. Automatizacija menja ulogu čoveka . U procesu izrade delova, čovek od izvršioca postaje organizator i kontrolor radnog procesa. Sve ovo omogućuju određeni sistemi upravljanja mašinama. Time se ostvaruju procesi izrade delova sa unapred zadatim operacijama, bez učešća čoveka. Čovek ne upravlja svim pokretima, svim radnjama, nego kao organizator rada zadaje mašini određeni program rada koji ona samostalno obavlja. Mere koje omogućuju da se neki proces sa određenim operacijama realizuje samostalno, bez učešća čoveka a koji se može ponavljati i više puta, određuju stepen automatizovanosti mašina. Postoji mogućnost automatizacije pojedinih kretanja alata ili obratka, upravljanje i posluživanje jedne određene mašine i tada se govori o automatizovanoj mašini.Automatizovani proces podrazumeva automatizaciju celokupnog tehnološkog procesa, postavljanje materijala-obratka, stezanje, transport, kontrolu i montažu itd.

1.2. STEPEN AUTOMATIZACIJE MAŠINE

Ako se zna broj automatizovanih funkcija mašine i ukupan broj funkcija mašine, njihov odnos određuje stepen automatizovanosti mašine. Prema tome, vrši se gruba podela automatizovanosti mašine na dalje iskazan način.

4

Osnovni ili prvi nivo automatizovanosti mašine je izvršavanje zadatih informacija (mehanički automati, mašine sa kontaktnim ubadanjem kao i mašine sa kopirnim sistemom upravljanja);

Srednji ili drugi nivo je prenošenje i izvršavanje zadatih informacija (numerički upravljane mašine koje pored izvršavanja i prenose određene informacije);

Viši ili treći nivo je stvaranje, prenošenje i izvršavanje informacija (numerički upravljane mašine koje imaju potpuno ili delimično upravljanje u sprezi sa računarom).

Upravljanje mašnom alatkom pomoću unapred pripremljenog programa poznato je kao numeričko upravljanje ili NC (Numerical Control).

Klasične, standardne ili konvencionalne mašine alatke, koje su dopunjene specijalnim motorima, senzorima i upravljačkim jedinicama predstavljaju numerički upravljane mašine alatke (NUMA). Treba naglasiti da numeričko upravljanje, koje se javlja na drugom odnosno na trećem stepenu automatizovanosti mašina, ne predstavlja vrstu obrade već specijalni način upravljanja mašinom koji se upotrebljava radi boljeg iskorišćenja njenih osobina. Tako upravljačka jedinica numerički upravljane mašine alatke obrađuje informacije, a njeni izvršni organi vrše kretanja koja služe za oblikovanje obratka.

NUMA delimično ili u potpunosti isključuju uticaj čoveka- poslužioca mašine na izlazne karakteristike izratka. Izlazne karakteristike izratka kod konvencionalnih mašina u velikoj meri zavise od sposobnosti poslužioca mašine.

Razvojem koncepta numerički upravljanih mašina alatki formiraju se mašinski sistemi kod kojih se čovek oslobađa delimičnog trošenja energije, prostije aktivnosti upravljanja, pozicioniranja alata, ručnog vođenja alata po složenoj konturi, prelaza sa jedne na drugu nepravilnu konturu površine i drugih aktivnosti koje su automatizovane. Ima i aktivnosti na kojima čovek troši energiju kao kod postavljanja pripremka, pri kontroli obratka, oslobađanja izratka kao i transport izratka i alata na relaciji mašina-skladište. Može se reći da angažovanje čoveka zavisi od nivoa automatizovanosti mašine alatke, a dalji razvoj tehnike i tehnologije omogućiće njeno dalje usavršavanje.

1.3. MAŠINA-OBRADNI SISTEM

Proizvodno mašinstvo u svom okviru ima više sistema. Nije uvek lako definisati sistem. Može se reći da je sistem uređeni skup elemenata koji su međusobno u funkcionalnoj vezi, i koji ima određeni ulaz i izlaz. Na primer, ako se posmatra automobil kao sistem; skup autodelova smešten u veliki sanduk je skup lepo složenih na hiljade autodelova, ali ako se montažom dovedu međusobno u funkcionalnu vezu, na način koji je propisao konstruktor, tada je to automobil . To isto važi i za mašinu alatku- obradni sistem.

1.3.1.Pojam obradnog sistema

Na slici 1a prikazao je mesto obradnog sistema unutar poslovnog sistema. Obradni sistem je deo tehnološkog sistema i može biti samo jedna ili više mašina alatki

5

sa pripadajućim tehnološkim celinama, koje ostvaruju skup operacija radi oblikovanja obratka. Osnovni model obradnog sistema prikazan je na slici 1b.

U procesu obrade pripremak se preko obratka transformiše u izradak prema tehničko-tehnološkim zahtevima uz korišćenje pomoćnih procesa (pozicioniranje), stezanje, promena alata kontrola i drugo. Obradni proces povezan je sa mašinskim sistemom (mašina, alat, pribor, obradak) i čini sintezu obradnog sistema.

Slika 1. (a-položaj obradnog sistema u okviru poslovnog sistema i b- osnovni model obradnog sistema)

Mašinski sistem kao deo obradnog sistema sastoji se iz više podsistema:

- Podsistem mašina (jedna ili više mašina alatki) sa potrebnim instalacijama i pratećim agregatima;

- Podsistem alata (jedan ili više alata) za proces obrade obuhvata i sve elemente potrebne za stezanje, podešavanje i promenu alata;

- Podsistem pribora obuhvata sve standardne i specijalne pribore potrebne za pozicioniranje i stezanja alata i obratka;

Podsistem obratka čine jedan ili više obradaka.

Obadni proces sastoji se iz procesa obrade i pomoćnih procesa. Proces obrade omogućuje oblikovanje izratka, a pomoćni procesi obuhvataju sve aktivnosti, koje treba da omoguće proces obrade, pozicioniranje i stezanje obratka i alata, promena alata, kontrolu izvođenja procesa obrade i drugo.

Ulazne informacije su sadržane u tehničko-tehnološkoj dokumentaciji koja je potrebna za izvođenje jednog obradnog procesa. Ulazna energija omogućuje izvođenje korisnog rada i savlađivanje svih otpora pri ostvarivanju obradnog procesa. Pripremak

6

sa pomoćnim materijalom (SHP-sredstvo za hlađenje i podmazivanje) čini ulazni materijal. Izlazne informacije su kvalitet i tačnost izratka, kao i proizvodnost i ekonomičnost ostvarenja obradnog procesa. Izlazna energija je toplotna, izradak je transformisani ulazni materijal-obradak, a izlazni materijal je potrošeno sredstvo za hlađenje i podmazivanje kao i višak materijala u obliku strugotine ili otpadak (npr. kod operacije probijanja i sl.).

Mašinski sistem kao i obradni proces mogu sadržati i poremećajne faktore:promena sile oblikvovanja, stezanja, trenja, kao i deformacije elemenata sistema, vibracije,buka, habanje alata i drugo.

Bitno je istaći da se većina procesa obrade obavlja na mašinama koje se zovu mašine alatke. Prema vrsti obrade, one mogu biti:

Mašine alatke za obradu rezanjem,

Mašine alatke za obradu deformisanjem i

Mašine alatke za nekonvencionalnu obradu.

Osnovni princip rada bilo koje mašine je taj, da na obradak, koji je pomoću određenih pribora stegnut u željeni položaj, deluje radni alat koji svojim oblikom, pomeranjem i kinematskim karakteristikama kretanja,vrši promenu oblika, mera, kvaliteta ili nekih drugih karakteristika obratka, sa ciljem da se dobije izradak.

Postoje tri osnovna usliva koja svaka mašina alatka treba da ispuni, a to su:

tačnost mašine, koja je uslovljena kvalitetom i tačnošću izrade;

tačnost i funkcionalnost pojedinih sklopova i elemenata same mašine;

proizvodnost mašine alatke uslovljena je njenim kinematskim karakteristikama, ugrađenom snagom motora, krutošću i samim tehnološkim procesom obrade, a grubo se definiše kao količina proizvoda u jedinici vremena.

Vreme potrebno za izradu jedinice proizvoda sastoji se iz dva dela:

glavno ili tehnološko vreme, i to je vreme neposrednog kontakta alata i obratka i

pomoćno vreme, koje obuhvata pripremu mašine, postavljanje pripremka i alata, i dovođenje u međusobni položaj alata i pripremka, da bi obrada mogla da počne. Ovo vreme obuhvata i ostale aktivnosti koje su potrebne da se posle obavljene obrade stnje na mašini dovede u normalno za početak aktivnosti za sledeću obradu. Te aktivnosti su: isključenje mašine, sklanjanje alata, pomeranje obratka, nosača alata i slično.

Dužina ovog vremena zavisi od umešnosti poslužioca mašine ali i od kinematskih karakteristika mašine alatke (brzina nosača alata i slično).

Glavno vreme može biti uslovljeno i tehnološkim parametrima obrade i ne može se nekada bitno promeniti. Pomoćno vreme, naročito pri pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji, ima veliki procentualni udeo u ukupnom vremenu i njegovim smanjenjem znatno se povećava proizvodnost. Smanjenje vremena postiže se adekvatnom konstrukcijom ili automatizacijom pojedinih kretnja mašine alatke.

Ekonomičnost mašine alatke postiže se poboljšanjem njene konstrukcije (princip agregatnih jedinica i slično).

7

Kao generalni pravac ka povećanju tačnosti izrađenih delova i povećanju proizvodnosti mašine alatke može da se istakne: automatizacija određenih kinematskih kretanja mašine alatke koja ima cilj da smanji direktan uticaj poslužioca na tačnost i kvalitet obrade, a time da odstrani subjektivni uticaj koji može da zavisi i od njegovog trenutnog raspoloženja, obučenosti i sposobnosti.

1.3.2.SISTEM AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

Kako numerički upravljana mašina alatka predstavlja jedn sistem automatskog upravljanja, to će u ovom delu biti objašnjeni osnovni pojmovi automatskog upravljanja:

-Automatsko upravljanje je upravljanje objektom bez neposrednog učešća čoveka kao

Slika 2. Opšta strukturna šema sistema automatskog upravljanja

operatora u tom procesu. Uređaj automatskog upravljanja predstavlja skup odgovarajućih tehničkih sredstava koja ostvaruju automatsko upravljanje objektom upravljanja; zove se još upravljački sistem ili upravljčaka jedinica.

Objekat upravljanja i uređaj automatskog upravljanja čine sistem automatskog upravljanja.

Opšta struktura šema sistema automatskog upravljanja prikazana je na slici 2. Ulazna veličina sistema ja (X) i to je zadata veličina, a (Y) je željena vrednost izlazne veličine a zove se još i upravljana veličina.

Ulazna veličina-ulaz, zove se još i ulazni signal, i to je veličina koja se saopštava sistemu ili elementu kao ulazna informacija.

Izlazna veličina- izlaz, opisuje ponašanje sistema ili elementa kada na njega deluje ulazna veličina i posledica je te veličine i poremećaja.

Poremećaj je neželjena ulazna veličina u sistem koja izaziva neželjeno ponašanje sistema.

Objekat upravljanje je uređeni sistem, tehnički sistem ili mašina alatka.

8

Upravljački sistem (US) ima svoju upravljačku funkciju (U+f(X). Na objekat upravljanja (OU), to je upravljani sistem – mašina alatka, deluje upravljačka veličina preko izvršnog organa (IO). Trenutna vrednost upravljane veličine (Y) dobija se merenjem pomoću davača povratne sprege (DPS) i u nju su uključeni i uticaji poremećaja (Z) koji se mogu pojaviti u sistemu. Upravljačka veličina formira se na osnovu zadate vrednosti ulazne veličine, signala povratne sprege i poremećaja. U zavisnosti od načina formiranja upravljačke veličine U+f(X), postoje:

- otvoreni, zatvoreni i kombinovani sistemi automatskog upravljanja.

1.3.2.1. Otvoreni sistem automatskog upravljanja

Primenjuje se za upravljanje objektom kada se uticaj poremećaja na sistem može zanemariti, ili se na pogodan način može meriti. Izlazna veličina menja se prema unapred određenom zakonu, bez upoređenja sa ulaznom veličinom. Signal delovanja kreće se u jednom smeru, od ulaza ka izlazu. Ne postoji povratna sprega koja bi davala informaciju na ulaz o promeni izlazne veličine. Na primer, sistem upravljanja brzinom rotacije glavnog vretena kod mašine alatke (slika 3) je jedan od predstavnika otvorenog sistema automatskog upravljanja.

Željena brzina bira se na komandnoj tabli pomoću potenciometra, i to je ulazna veličina (X). Ulazna veličina se transformiše pomoću potenciometra u napon i pojačava u pojačavaču do potrebnog energetskog nivoa struje upravljanja (I). Izvršni organ sistema je elektromotor jednosmerne struje i konstruisan je tako da broj obrtaja izlaznog vratila bude proporcionalan struji upravljanja. Izlazna osovina elektromotora je spregnuta preko prenosnika snage, reduktora na glavno vreteno mašine alatke.

Slika 3. Otvoreni sistem automatskog upravljanja

Ako je sistem podešen a izvesni poremećaji mogu se javiti u okviru projektovanih granica, upravljana veličina (Y) odgovara zadatoj vrednosti ulazne veličine (X). Suštinski nedostatak otvorenih sistema automatskog upravljanja jeste nedostatak informacija o stvarnoj vrednosti upravljane veličine.

9

1.3.2.2. Zatvoreni sistem automatskog upravljanja

Zatvoreni sistem automatskog upravljanja ima povratnu spregu pomoću koje vrši upoređivanje izlazne sa ulaznom veličinom (slika 4a).

Slika 4. Zatvoreni sistem automatskog upravljanja

Upravljačka veličina zavisi od razlike između ulazne i izlazne, odnosno razlike između zadate i ostvarene veličine, U+f(X-Y).

Na primer, zatvoreni sistem automatskog upravljanja ima primenu kod upravljanja položajem radnog stola mašine alatke (slika 4b)

Željeni položaj radnog stola izražen u mm(X) bira se sa komandne table, ili se zadaje programski, i pomoću pretvarača se pretvara u određenu vrednost napona. Stvarni položaj radnog stola (Y) meri se davačem, mernim elementom pozicije i takođe pretvara u odgovarajući napon. Ta dva signala se stalno upoređuju. Razlika veličina U+f(X)-Y) predstavlja signal greške. Razlika napona pojačava se do potrebnog energetskog nivoa u struji upravljanja i vodi u elektromotor jednosmerne struje koji preko prenosnika snage, reduktora pomera radni sto. Kad se postignu veličine koje daju signal greške jednak nuli (X-Y=0), izvršeni organ, elektromotor se zaustavlja.

1.1.2.3. Kombinovani sistem automatskog upravljanja

Ima primenu kod mašina alatki na koje deluju slučajne poremećajne veličine a koje se menjaju tokom vremena na način koji se ne može predvideti, ne mogu se tačno i potpuno utvrditi tokom rada i poznati su kao adaptivni sistemi upravljanja. Upravljačka veličina (U) na osnovu razlike (X-Y) i merene vrednosti poremećaja (Z) formira se kao ulaz u objekat upravljanja (slik 5) i ostvaruje se istovremeno direktna i indirektna kompenzacija poremećaja.

10

Slika 5. Opšta strukturna šema kombinovanog sistema automatskog upravljanja

Zadaci sistema automatskog upravljanja kod mašina alatki su upravljanje određenim veličinama i mogu se odrediti unapred: redosled, dužina i brzina kretanja, vrste alata za pojedine zahvate odnosno operacije i drugo. Sve te veličine mogu se unapred odrediti propisanom tehnologijom obrade; rad mašine se može programirati i upravljanje se zove programsko. Željeno ponašanje objekta upravljanja zavisi samo od vremena i ta zavisnost je određena funkcijom vremena.

2. AUTOMATIZACIJA RADA MAŠINA ALATKI

Pod automatizacijom se podrazumevaju sve ekonomski i tehnički opravdane mere čiji je cilj ostvarivanje tehnoloških procesa i angažovanje tehnološke opreme i sredstava visoke proizvodnosti bez neposrednog učešća čoveka. Svrha i efikasnost automatizacije može se svesti na sledeće konstatacije:

- smanjenje psihofizičkih naprezanja,

- povećanje proizvodnosti,

- skraćenje proizvodnog ciklusa,

- povećanje kvaliteta proizvoda,

- sniženje troškova proizvodnje i

- povećanje ekonomske efikasnosti.

Automatizacija rada mašina alatki podrazumeva da se pojedine funkcije (ili sve) određene mašine alatke ili uređaji obavljaju na automatizovani način, bez direktnog učešća poslužioca u njihovom izvršavanju. Ovde se eliminiše ne samo fizičko učešće čoveka kao radnog organa već i kao operatora, sa svim njegovim umnim dejstvom. Funkciju upravljanja načinom i redosledom izvršavanja određenih radnji mašine preuzimaju odgovarajući uređaji koji omogućuju automatski rad u određenom vremenskom periodu. Ti uređaji se prethodno podešavaju, tako da ostvaruju željenu funkciju obrade.

11

Automatizacija zadire u sve faze tehnološkog procesa, počev od pojedinih operacija izraženih glavnim i pomoćnim kretanjima, od mašine kao proizvodnih jedinica, operativne organizacije radnih mesta, sa njegovim posluživanjem i kontrolom, pa do celokupnog proizvodnog ciklusa - od prijema sirovine-matrijala obratka do konačnog proizvoda. Efekat automatizacije u tehničkom smislu odražava se ne samo u važnom skraćenju ukupnog vremena izrade i izmeni njegove strukture, kvalitetu proizvoda i povećanoj proizvodnosti, već i u mogućnosti mnogostrukog ponavljanja tehnoloških operacija po unapred utvrđenom programu.

U automatizovanoj proizvodnji, mehanizovani ili ručni rad može da bude dopušten samo za one procese (operacije), čija automatizacija sa ekonomske tačke gledišta nije celishodna.

Automatizacija rada mašina alatki ima u osnovi sledeće pravce razvoja:

- automatizacija osnovnih elemenata ciklusa obrade (punjenje i stezanje materijala-obratka, primicanje i odmicanje nosača alata, skidanje strugotine i slično),

- potpuna automatizacija opreme specijalnih i univerzalnih mašina,

- automatizacija kontrolnih operacija,

- automatizacija među operacijskih transportnih operacija,

- automatizacija pojedinih delova proizvodnog procesa,

- kompleksna automatizacija masovnih proizvodnih procesa i

- lako preorijentisanje automatizacije u serijskoj a takođe i u individualnoj mašinogradnji.

2.1. ČVRSTA AUTOMATIZACIJA RAD AMAŠINA ALATKI

Kod ovog vida automatizacije rada mašina alatki automatizovano i programirano kretanje izvršnih organa mašine postiže se takozvanim čvrstim nosiocima programa. Program se zadaje najčešće pomoću kulisa, bregastih mehanizama ili šablona, a komande se dalje prenose do radnih organa mehaničkim vezama. Upravljačko kolo je u ovom slučaju otvoreno (otvoreni sistem automatskog upravljanja), jer komandni signali idu samo u jednom pravcu, i to ka izvršnim organima mašine i ciklusi se izvršavaju nezavisno od toga da li je na obradku koji se obrađuje postignut željeni kvalitet. Na slici 6 prikazana je opšta šema ovog upravljanja.

12

Slika 6. Opšta šema upravljanja čvrstom automatizacijom rada mašine alatke

Ovakve mašine se najčešće zovu automatske mašina ili automati i ne moraju sva kretanja da se obavljaju automatski. Prilikom promene oblika obradka potrebno je da se fizički promeni ili modifikuje nosilac informacije o karakteristikama dela (šablon, breg na primer): To vreme je nekada dosta dugo, a i samo podešavanje ovakvih mašina veoma dugo traje.

Tipični predstavnici ovakvih mašina su mašine za kopiranje i automati sa bregastim i kulisnim mehanizmima. Ove mašine se koriste najčešće u serijskoj i masovnoj proizvodnji.

2.1.1. Mašine za kopiranje

Kod ovih mašina željeni oblik izradka dobija se kopiranjem odgovarajućeg oblika sa šablona. Na slici 7 prikazana je principijelna šema mašine za kopiranje na primeru struga.

Na šablonu (3) formira se željeni oblik konture izratka (5). Šablon se učvršćuje u odgovarajući nosač i na njega se oslanja trn za kretanje po šablonu. Trn je preko odgovarajućih mehaničkih ili hidrauličkih elemenata (2) i (4) u čvrstoj vezi sa izvršnim organom mašine (1).

Relativno kretanje trna po šablonu se preko određenih uređaja, koji mogu da pojačaju silu kretanja ili da multipliciraju pomeranja, prenosi na izvršni organ mašine koji neposredno izvodi obradu. On u stvari u određenoj razmeri kopira konturu šablona.

Promena oblika obradka zahteva i promenu šablona. Ne postoji povratna informacija do šablona koja govori sa kolikom tačnošću je urađen predmet, već to zavisi isključivo od podešenosti i kinematske tačnosti mašine.

13

Slika 7. Opšta šema mašine za kopiranje na primeru struga

Slika 8. Opšta šema automata sa bregastim i kulisnim mehanizmom

2.1.2. Automati sa bregastim i kulisnim mehanizmima

Na slici 8. prikazana je principijelna šema ovakvih mehanizama.

Kod ovih mašina željenim kretanjima izvršnih organa mašine upravljaju adekvatni bregasti i kulisni mehanizmi. Kod ovih mehanizama postoji čvrsta veza između kulise ili trna koji se oslanja na breg i izvršnih organa mašine. Oblik i tačnost predmeta zavise isključivo od oblika brega i kulisa kao i od kinematske tačnosti prenosnog mehanizma.

14

Na zajedničkoj osovinovi (1) nalazi se i kulisni mehanizam (2) i bregasta ploča (3). Okretanjem bregaste ploče podiže se trn koji pomera nož u radijalnom pravcu. Okretanje kulise dovodi do pomeranja poluge, i prenosi se kretanje do mehanizma koji obezbeđuje aksijalno pomeranje obratka, koje omogućava uzdružnu obradu .Kombinacijom ova dva kretanja postiže se željeni oblik i tačnost izratka. Svaki novi oblik izratka zahteva novu konstrukciju brega i kulise, što znatno produžuje vreme potrebno za osvajanje proizvodnje novog dela.

Ovakve mašine su povoljne za masovnu proizvodnju delova, jer je cena nosioca informacija o delu, a i sama njegova izrada relativno mala po jedinici proizvoda, ukoliko je serija relativno velika.

2.2. FLEKSIBILNA AUTOMATIZACIJA RADA MAŠINA ALATKI

Od savremenih poslovnih sistema sve više se zahteva da proizvedu veliki broj raznovrsnih jedinica proizvoda. Takođe se zahteva da vreme do realizacije proizvoda bude što kraće, kao i da proizvodi imaju visoku tačnost i traženi kvalitet. To zahteva od poslovnih sistema povećani nivo automatizacije i fleksibilnosti. Automatizacija se zahteva zbog povećane tačnosti i kvaliteta, a fleksibilnost da tržištu može da pruži što raznovrsnije jedinice proizvoda.

Fleksibilna automatizacija predstavlja takav vid automatizacije procesa u industriji pri kojem se zadržava ili povećava postojeći nivo fleksibilnosti. Fleksibilnost kao reč i ima značenje: savitljivost, elastičnost, gipkost. Ima raznih definicija fleksibilnosti. Fleksibilnost sistema se najčešće definiše kao svojstvo da ima varijabilnu strukturu, pri čemu strukturu sistema čine podsistemi i relacije između njih.

Kod ovog vida automatizacije rada mašina alatki automatizovano i programirano kretanje izvršnih organa mašine postiže se takozvanim fleksibilnim nosiocima programa. Program se zadaje najčešće u numeričkom obliku na adekvatnom nosiocu informacija. Program se učitava u upravljačku jedinicu gde se memoriše. Upravljačka jedinica čita instrukcije iz programa i pretvara ih u upravljačke signale (najčešće električne) koji se šalju do izvršnih organa. Adekvatnom kombinacijom kretanja izvršnih organa mašine postiže se željeni oblik izradka. Upravljačko kolo u ovom slučaju može da bude otvoreno, zatvoreno ili kombinovano. Ovakve mašine alatke zovu se numerički upravljane mašine alatke. Opšta šema ovih mašina data je na slici 9.

Ovde nije čvrsti nosilac informacija o željenoj obradi (breg, kulisa) već se te informacije u obliku simbola tj. Upravljačkog programa unose u upravljačku jedinicu. Upravljačka jedinica predstavlja jedan programabilni računar sa određenim hardverom i softverom, koji obrađujući ulazne informacije generišu adekvatne izlazne signale za upravljanje obradom-procesom. Promena upravljačkog programa dovodi do drugačije obrade a time i oblika željenog izradka. Upravljački program može veoma

15

Slika 8a. Opšta šema numerički upravljane mašine

lako i brzo da se promeni u zavisnosti od promene karakteristika izradka, i time se postiže fleksibilnost obradnog sistema. Sama promena upravljačkog programa ne zahteva neke dodatne troškove i nekada traje par minuta.

Numerički upravljana mašina predstavlja osnovni modul (ćeliju) fleksibilnih obradnih sistema.

Hijerarhijski pristup u definisanju fleksibilnih obradnih sistema je sledeći:

Mašina alatka kao fleksibilna tehnološka jedinica sa automatskim izmenjivačem alata.

Fleksibilni tehnološki modul dobija se kada se fleksibilnoj tehnološkoj jedinici doda merno-kontrolni i manipulacioni sistem za predmete i alate i upravljanje je preko upravljačkog sistema.

Fleksibilna tehnološka ćelija obuhvata veći broj fleksibilno tehnoloških modula sa odgovarajućim transportnim i manipulacionim sistemom za predmete obrade i alate i zajedničkim merno-kontrolnim i upravljačkim sistemom.

Fleksibilni tehnološki sistem obuhvata kompletnu tehnologiju proizvoda i proizvodnje, a da to ostvari obuhvata uopšte tri podsistema koji su posebne celine i imaju svojstvo sistema i to: obradni sistemi, sistem toka materijala-obratka i upravljački sistem. Najčešće se realizuju četiri osnovna vida obrade: struganje, bušenje, glodanje i brušenje. Zato su u upotrebi mašine alatke, najčešće sa numeričkim upravljanjem kao i dodatne mašine za postavljanje, pranje, kontrolu i skidanje obratka preko automatizovanog sistema transporta, tako da je moguća istovremena obrada delova različitog oblika. Prema nekim iskustvima preporučuje se, da nijedna mašina alatka ne može se koristiti samo za jedan specijalni izradak. Svaka mašina alatka mora da ima mogućnost fleksibilnog korišćenja – sa izmenom alata i sa drugim programom.

Fleksibilni tehnološki sistem mora da ispunjava sledeće specijalne uslove da bi rentabilno funkcionisao:

da omogućuje automatsku i fleksibilnu proizvodnju više familija delova sličnog geometrijskog oblika i obrade;

da se jednostavno prilagođava promenama uslovljenim tržištem i procesom obrade i

da minimalnim ručnim zahvatima humanizuje radna mesta.

Konstrukcija treba da je podesna za servisiranje i održavanje.

Iz izloženog može se doći do zaključka da se ekonomična obrada postiže putem:

- iskorišćenja fleksibilnosti i produktivnosti numerički upravljanih mašina alatki za proizvodnju malih i srednjih serija,

16

- većeg vremenskog i tehničkog iskorišćenja proizvodnih sredstava smanjenjem vremena pripreme, i

- automatske izmene obratka i alata, kao i programa obrade u zavisnosti od proizvodnog programa.

3. OSNOVNI POJMOVI NUMERIČKOG UPRAVLJANJA MAŠINAMA ALATKAMA

Izlazne karakteristike kod standardnih, konvencionalnih mašina alatki usko su vezane za sposobnost poslužioca mašine koji ih ručno upravlja. Ručno upravljanje nije vrsta obrade, već skup akcija tokom vremena s namerom da se ostvare ciljevi procesa obrade.

Prema tome i numeričko upravljanje ne predstavlja vrstu obrade, već specijalni koncept upravljanja mašinom.Mašina alatka kao obradni sistem ostvaruje tok procesa obrade prema unapred pripremljenom programu. Program predstavlja skup radnih instrukcija (geometrijskih i tehnoloških), formira se najčešće van mašine alatke, a saopštava se upravljačkoj jedinici na pogodan način. Radne informacije predstavljene su brojnim vrednostima i to su instrukcije u obliku brojeva sa fiksnom logikom. U početku razvoja ovih mašina upravljačka jedinica je bila bazirana na hardveru, tj. Njene funkcije upravljanja bile su ugrađene u hardver upravljačke jedinice. Programi su kompletni učitavani u upravljačku jedinicu i izvršavani iz njene memorije. Fleksibilnost je bila ograničena i nije postojala mogućnost promene programa u toku same realizacije. Skraćenica za takve mašine alatke je NU (numeričko upravljanje) ili NC- (Numerical Control). CNC (Computer Numerical Control) sistemi su uvedeni početkom sedamdesetih godina i koriste mini i mikro računare za upravljanje mašinama, eliminišući hardverska kola u upavljačkom ormaru i baziraju se na ugrađenom softveru. Prelaskom od čvrsto ožičenih NC-sistema ka sistemima baziranim na softveru (CNC) povećava se fleksibilnost same mašine.

Podela obradnih sistema može se izvršiti na više načina, jedna od podela prihvata se i kao grupisanje mašina alatki (Slika 9):

Konvencionalne (standardne, klasične, univerzalne) mašine alatke imaju primenu u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Prilagođavaju se različitim zahtevima. Koriste standardne rezne alate i pribore . Izlazna karakteristika proizvoda zavisi od sposobnosti poslužioca.

Automati mogu biti sa jednim ili više vretena. Primena im je u serijskoj i velikoserijskoj proizvodnji za obradu diskastih i šipkastih komada. Operacije se izvode po ciklusu koji je unapred strogo utvrđen. Dovod i odvod materijala je automatizovan.

Mašine alatke sa automatskim transportom imaju primenu u serijskoj i velikoserijskoj proizvodnji.To su konvencionalne mašine, prilagođene određenim operacijama i automatskom transportu obratka, od mašine do mašine alatke. Popunjavaju prostor između konvencionalnih do specijalnih mašina alatki.

Specijalne mašine nalaze svoju primenu u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji za određene operacije.

17

Transfer linije su obradni sistemi sa najvišim stepenom automatizovanosti. Primena im je u masovnoj proizvodnji. Projektuju se i kao specijalne mašine, pri čemu svaka za sebe predstavlja jednu stanicu. Sve su povezane automatskim transportom, pripremak na ulazu, izradak na izlazu.

Numerički upravljane mašine alatke –NUMA imaju primenu u pojedinačnoj, maloserijskoj i serijskoj proizvodnji. U ovim serijama omogućuju racionalnu i automatizovanu proizvodnju. Podnose česte promene urpavljačkog programa obrade.

Obradni centri su numerički upravljane mašine alatke sa automatskom izmenom alata za kompletnu obradu složenijih izradaka u maloserijskoj i serijskoj proizvodnji.

Fleksibilni tehnološki sistemi su dve ili više numerički upravljane mašine alatke, odnosno dva ili više obradna centra sa automatskim transportom obratka, a upravljanje je brže preko računara.

Slika 9. Oblast primene obradnih sistema u funkciji proizvodne serije i cene obrade

Iz već rečenog dolazi se do zaključka: automatizovanje oblikovanja materijala u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji ostvaruje se specijalnim mašinama i transfer linijama. Za maloserijsku i serijsku proizvodnju u primeni su numerički upravljane mašine alatke, obradni centri i fleksibilni tehnološki sistemi.

3.1.RAZVOJ C- TEHNOLOGIJE

Razvoj C- tehnologije (Computer Technologies) direktno utiče na razvoj proizvodnih sredstava. Nivo tehnologije je u direktnoj korelaciji sa nivoom mašine alatke. Od ranije se zna, prisutno je i danas, čovek je nastojao da smanji udeo svoje energije u proizvodnji na račun drugog učesnika, na primer mašine alatke.

Razvoj mašina, naročito mašina alatki, može se podeliti u tri karakteristične faze (slika 10).

18

Prva faza pripada periodu kada su mašine alatke pokretane pomoću parne mašine i transmisije, peko zajedničkog pogonskog vratila.

Druga faza je period pojave elektromotora, i ona predstavlja nagli razvoj mašina alatki.

Treća faza pripada periodu razvoja informacione tehnologije i naročito pojava koračnih motora. Ona omogućuje fleksibilno i automatizovano upravljanje mašinama alatkama i podsistemima u okviru proizvodnog sistema.

Slika 10. Karakteristične faze razvoja proizvodnih tehnologija

Konvencionalne mašine alatke dopunjene su specijalnim motorima, senzorima, regulacionim sistemima, i tako 1950. godine pojavljuju se kao numeričke mašine pod nazivom NC- mašine alatke, a upravljanje se ostvaruje preko odgovarajućih programa sastavljenih od naredbi definisanih peko numeričkih veličina (0 i 1). Njihov razvojni put počinje daleke 1938. godine Claude E.Chanon je na institutu u Massashuetts-u, SAD došao do rezultata da je najbrže preračunavanje i prenos podataka moguće izvesti u binarnom obliku, primenom Boole-ove algebre. Tada su postavljeni temelji današnjim računarima, uključujući i numeričko upravljanje.

Dalji razvoj numeričkih sistema omogućujo je razvoj numerički upravljanih mašina alatki:

1958. godine razvijen je prvi programski jezik za mašinsko programiranje APT (Automaticly Programmed Tools)

1960. godine proizvedena je prva NC- mašina alatka sa tranzistorima.

1965. godine razvijen je automatski izmenjivač alata.

1969. godine pojavljuju se prva DNC- postrojenja u SAD, (Direct Numerical Control).

1970. godine uvodi se automatska izmena obradaka peko izmene paleta.

1972. godine proizvedeni su prvi CNC –sistemi sa mini – računarom.

19

1979.godine i kasnije razvijena su kola sa velikim i vrlo velikim stepenom integracije LSI, VLSI (Large Scale Inegration, Very Large Scale Integration) koje zamenjuje oko 500 (ranija rešenja bila su oko 250) normalno integrisanih kola.

I tako se dolazi do podataka da je razvoj C- tehnologije zasnivan na razvoju mikroelektronike, čipova malih dimenzija i odgovarajućih periferijskih sistema. U toku poslednjih dvadeset godina broj komponenti koji se mogu smestiti u jedan silicijumski čip udvostručavao se u proseku svakih 15 meseci. Do kraja ovog veka očekuje se izrada čipa sa 100 miliona komponenti. Pored znatnog povećanja brzine rada procesora, drugi značajan trend u oblasti C- tehnologije je rad većeg broja računarskih sistema u mreži. Time je obezbeđena dogradnja i razvoj proizvodnih i poslovnih sistema.

Početkom 90- tih godina,neki proizvođači uvode i 32- bitne RISC procesore izuzetno velikih brzina, koji bitno poboljšavaju rad numerički upravljanih mašina alatki. Najnovije generacije upravljačkih jedinica donose mogućnost obrade visokim brzinama, visoke preciznosti i tačnost obrade. To daje širok spektar novih i poboljšanih CNC funkcija, tako da im proizvođači daju atribut «upravljačke jedinice veštačke inteligencije».

Napred izloženi podaci definišu pojam C- tehnologije kao relativno novijeg datuma i naglašava se primena računar au raznim oblastima. Predstavnici u oblasti proizvodnih sistema C- tehnologije su:

NC - Numeričko upravljanje (Numerical Control)

CNC- Komjutersko numeričko upravljanje (Computer Numerical Control)

CAD –Konstruisanje uz pomoć računara (Computer Aided Desing)

CAM-Proizvodnja uz pomoć računara (Computer Aided Manufacturing)

PLC- Programabilni sistemi za direktno funkcijsko upravljanje mašinom (programabilno logičko upravljanje)- (Programmabile Logic Control)

AC – Adaptivno upravljanje (Adaptive Control)

DNC – Direktno numeričko upravljanje (Direct Numerical Control)

FMS- Fleksibilni proizvodni sistem (Flexibile Manufacturing System)

CIM- Kompjuterom integrisana proizvodnja (Computer Integrateg Manufacturing)

Mnoge od ovih skraćenica izvornih engleskih reči ušle su i u stručni jezik i ravnopravno se primenjuju sa njihovim prevodom ili opisom na našem jeziku.

3.2. PRIMENA NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA

Numerički upravljane mašine imaju primenu u svim granama industrije. Tekstilna industrija je prva prihvatila njihovu primenu. Kasnije se primenjuju u farmaceutskoj, procesnoj, elektroindustriji,zatim pri obradi drveta i u drugim granama. Numerički upravljane mašine su prisutne i u industriji prerade metala, i to u svim njenim oblastima:

- obrada metala rezanjem,

- obrada metala deformisanjem,

20

- nekonvencionalna obrada metala,

- termička obrada,

- obrada metala spajanjem,

- montaža i tako dalje.

3.3. KONSTRUKCIJSKE RAZULIKE IZMEĐU KONVENCIONALNIH I NUMERIČKI UPRALVJANIH MAŠINA ALATKI

Numerički upravljana mašina alatka –NUMA u odnosu na konvencionalnu, razlikuje se kako u osnovi mašinskog sistema tako i u osnovi upravljanja (slika 11).

Tako na primer, od numerički upravljane mašine alatke, alat se dovodi u poziciju obrade mnogo brže nego što je to slučaj kod klasičnih mašina. Znatno je skraćeno pripremno vreme i vreme potrebno za prelazak na drugi proizvodni zadataka, što za posledicu ima d se NUMA mnogo duže koristi za aktivan rad. Visok procentualni udeo glavnog vremena ima za posledicu brže trenje vođica, kliznih površina,zupčanika, vodećih vretena i tako dalje. Novi materijali za rezne alate, koji se odlikuju, s jedne strane, velikom tvrdoćom i otpornošću na habanje, a sa druge strane, i vrlo velikom krutošću, zahtevaju veće pogonske sile i veću krutost konstrukcija mašina. Pri projektovanju novih mapina potrebno je eliminisati sve izvore vibracija i zazora. Povećana brzina rezanja na NUMA zahteva brzo i efikasno odvođenje strugotine iz zone rezanja.

Napred izloženi elementi definišu specifičnost koje karakterišu konstrukcijske razlike. Numerički upravljana mašina alatka treba da ima sledeće konstruktivne karakteristike:

- velika statička i dinamička krutost svih elemenata noseće strukture,

- zavojno vreteno je zamenjeno vretenom sa recirkulacionom navrtkom, bez zazora, prethodno napregnuto, a trenje klizanja zamenjeno je trenjem kotrljanja,

- pravolinijske vođice, nehabajuće sa minimalnim trenjem, a i ovde trenje klizanja zamenjeno je trenjem kotrljanja primenom antifrikcionih kuglica i valjčastih ležišta,

- nema ručnog upravljanja, nema klasičnih poluga, ručica, točkova,

- dobra zaštita vođica od ostatka materijala, rashladnih sredstava i drugo,

- ugrađeni su magacini i automatski izmenjivači alata,

- velik opseg brojeva obrtaja radnog vretena pod uslovima mirnog rada,

- svaka osa, pravac pomoćnog kretanja ima sopstveni pogon,

- velika tačnost pozicioniranja

- potpuno je oklopljena da se obezbedi zaštita radnog mesta i drugo.

Pored navedenih razlika, treba imati u vidu i suštinske. Konvencionalna je orijentisana za direktnu obradu materijala, a kod numerički upravljane mašine alatke najpre se obrađuju informacije, a zatim odgovarajuće jedinice, na osnovu obrađenih informacija, vrše kretanja koja služe za neposrednu obradu materijala pripremka.

21

Kod NUMA moguće je kombinovati više različitih operacija brade na jednoj mašini, npr. moderni obradni centri.

Slika 11. Razlika između konvencionalne i numerički upravljane mašine alatke

3.4. PREDNOSTI I NEDOSTACI PRIMENE NUMERIČKI UPRAVLJANE MAŠINE ALATKE

Automatizacija maloserijske i serijske proizvodnje kao dominirajućeg vida u metalopreradi, uspešno se izvodi primenom numerički upravljane mašine alatke. One se odlikuju proizvodnošću i tačnošću. Njihova primena podiže metalopreradu na viši nivo zahvaljujući novim metodama upravljanja procesom obrade. Pri tome treba sagledati prednosti i nedostatke primene numerički upravljane mašine alatke.

22

Osnovne prednosti primene numerički upravljane u odnosu na konvencionalne mašine alatke su:

- povećanje proizvodnosti, smanjenjem ukupnog vremena, usled smanjenja glavnog i pomoćnog vremena,

- visoka tačnost obrade i neznatna kontrola obratka,

- obrada delova složenijih profila koja se teško može ostvariti na konvencionalnim mašinama alatkama,

- povećanje vremenskog stepena iskorišćenja mašine,

- smanjenje broja i trajanja pripremnih operacija, obeležavanje, zabušivanje, i sl.

- jednostavnije upravljanje procesom proizvodnje,

- izbegnuta potreba za visokostručnim poslužiocem mašine alatke,

- poslužilac mašine alatke ima više slobodnog vremena i može da prati rad druge mašine alatke i tako dalje.

Nedostaci primene su:

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

- veliki investicioni troškovi povećavaju troškove mašinskog sata,

- potreba za visokostručnim programerima,

- pouzdanost numerički upravljane u odnosu na konvencionalnu mašinu alatku može biti niža,

- veći efekti ostvaruju se u automatizaciji maloserijske proizvodnje i tako dalje.

Uporedna analiza korišćenja mašina pokazuje da jedna numerički upravljana mašina zamenjuje 3-8 konvencionalnih mašina alatki, što omogućuje smanjenje opreme, proizvodnog prostora, radne snage i drugo. Proizvodnost se povećava do 50%, tačnost izrade delova povećava se 2-3 puta, a broj i cena naknadnih operacija smanjuje se 4-8 puta. Vremenski stepen iskorišćenja treba da je veliki, jer se numerički upravljana mašina alatka već posle 5 godina smatra zastarelom.

Na skraćivanje veka trajanja mašine utiče i stalna pojava novijih, savremenijih i produktivnijih tipova mašina alatki.

4. STRUKTURA NUMERIČKI UPRAVLJANIH MAŠINA ALATKI

Numerički upravljani sistem je skup podsistema sa određenim konstruktivnim karakteristikama koji su međusobno funkcionalno povezani u celinu. Analiza sistema omogućava da se svaki podsistem može tretirati kao posebna celina sa potpunom strukturom sistema. S obzirom da se numerički upravljana mašina može smatrati kao

23

numerički upravljani obradni sistem, to je njena opšta strukturna šema prikazana na slici 12.

Programiranje obradnih procesa, na numerički upravljanim obradnim sistemima, obuhvata niz aktivnosti na sistematizaciji obradnih informacija, njihovom ispisivanju određenim redosledom i kodom prema pravilima programskog jezika u formi upravljačkog programa. Peko upravljačkog programa numerički upravljana mašna dobija, na određeni način kodirane, sve potrebne informacije za automatsku obradu nekog elementa. To su informacije o potrebnim kretanjima (glavnim i pomoćnim), informacije za uključivanje i isključivanje izvršenih organa mašine, početak i završetak programa, informacije za automatsku izmenu alata, podatke o režimima obrade i dr.

Slika 12. Opšta strukturna šema numerički upravljanog obradnog sistema

Upravljački programi unose se u alfa-numeričkom obliku u numerički upravljačka jedinica – NUJ. Upravljačka jedinica tako pripremljene informacije obrađuje i prema stepenu prioriteta saopštava izvršnim organima mašine.Na taj način se ostvaruje upravljanje procesom obrade radi ostvarenja potrebne konfiguracije izratka.

Pogonski sistemi –PS treba da realizuju naredbe dobijene od NUJ. Oni vrše pokretanje radnih organa mašine, brzinama i pomacima datim upravljačkim programom, vode ih po zadatim putanjama i dovode u zadate položaje.

Upravljani sistem –US čine mašine alatke. One treba da ostvare programom zadate naredbe. Na njih se postavljaju alati i pripremak koji vršenjem relativnih kretanja, formiraju konturu izratka.

Tačno vođenje i dovođenje radnih organa u zadate položaje značajno je za tačnost oblika i veličina izratka. Tu ulogu preuzimaju merni sistemi –MS i daju signal o položaju, poziciji ili stanju radnog organa mašine.

Numerički upravljani obradni sistemi poslednjih godina, a i u buduće, su osnova za automatizaciju maloserijske i serijske proizvodnje. Numerički upravljane mašine alatke sa ručnim zadavanjem programa, odnosno sa informacijama o koordinatama obrade i tehnološkim parametrima, ubrajaju se u mašine sa najnižim stepenom automatizovanosti. Daleko viši stepen automatizovanstti projektovanja procesa obrade i upravljanja mašinama alatkama je primena kompjutera koji vrši direktno upravljanje,

24

DNC- sistem, odnosno koji integriše procese projektovanja tehnologije, upravljanje radom mašine alatke i samu obradu proizvodne jedinice.

25

NUMERIČKO UPRAVLJANJE (NU) PROIZVODNIM MAŠINAMA (MA)

U v o d

Numerički upravljane alatne mašine su obezbedile dominantno mesto u automatizovanim proizvodnim pogonima malo i srednje serijske proizvodnje pa čak i pojedinačne proizvodnje.

Praktična iskustva su pokazala da NU (skraćena oznaka za numerički upravljane mašine alatke) mašine daju vrlo pozitivne rezultate u:

- opštoj mašinogradnji,

- industriji vozila,

- elektronskoj industriji i sredstvima informisanja,

- elektromašinskoj industriji,

- industriji opreme,

- vazduhoplovnoj industriji i dr.

Jedno ispitivanje u Nemačkoj je pokazalo da jedno rpeduzeće sa 40 radnika i 10 NU mašina ima proizvodne kapacitete (obim proizvodnje kao preduzeće sa 150 radnika i 100 konvencionalnih (klasičnih) alatnih mašina istog proizvodnog programa.

Razvoj sistema za programiranje numerički upravljanih mašina alatki (NU) počeo je 1949. godine u SAD na »Massachusetts Institute of Technologu«. Taj prvenac NU bio je izrađen po porudžbini američke vojske, i bio je predviđen za obrdu veoma komplikovanih porvšina avionske i raketne industrije.

Problematika daljeg razvoja ovog sistema bila je usmerena na iznalaženju najpogodnijeg načina zadavanja informacija. Već krajem 1956. izrađen je prvi programski jezik APT (Auutomatic Programkining Tools) koji se kasnije sve više usavršavao.

Razvoj ovih sistema u Evropi započeo je 1960. godine. U početku se NU-mašine prvenstveno koriste za automatizovanje maloserijske proizvodnje, a za njih se veoma dugo program izrađivao uglavnom ručno.

Kasnije, daljim razvojem NU-mašina, uvodi se u primenu elektronski računar čime se rasterećuje programer, a izrada programa postaje brža, ekonomičnija, a mogućnost eventualne greške svedena je na minimum. Tako se već 1964. godine u Nemačkoj pojavljuje prva NU-mašina sa performiranom trakom izrađenom pomoću el.računara.

Ubrzo se formira i jedisntven programski jezik za automatsku izradu performirane trake i postao je primenljiv na svim vrstama NU-mašina alatki nezavisno od korišćenog tipa računara. Tako je nastao postupak mašinskog automatskog programiranja pod nazivom EXAPT (Extended subset of APT), čime je naglašena njegova pripadnost širokoj porodici univerzalnog sistema programiranaj APT.

Logično je zaključiti da porast instaliranih NU-mašina ima eksponencijalni karakter, što još više ubrzava porast proizvodnje.

26

Pred današnji dalji razvoj NU-mašina postavljaju se kao važniji zadaci:

- dalji razvoj poznatih metoda obrade povećanjem brzine rezanja i poboljšanjem alata,

- poboljšanje statičke, dinamičke i termostabilnsoti mašina u cilju postizanja veće tačnosti obrade,

- razvojem fleksibilnih proizvodnih sistema automatizovanjem funkcija mašina, kretanja materijala i izbora optimalnih uslova rada, kao pretpostavka visokog iskorišćenja proizvodnih sredstava, visokog kvaliteta i skraćenja ciklusa izrade mašinskih delova,

- dalje automatizovanje proizvodnih funkcija primenom elektronskih računara i uključivanje svih proizvodnih funckija u jedan integralni proizvodni sistem.

Osnovni nivoi NU- procesa su:

- radionički crtež,

- izrada (pisanje programa),

- obrada podataka (kompjuterom ili ručno),

- traka sa programom,

- izrada radnog predmeta (RP) na NU-mašini,

- gotov predmet-izradak.

Svaka NU-mašina (sistem) se sastoji iz sledećih podsistema:

- upravljački,

- pogonski,

- mašina alatka,

- merna jedinica.

NU sistem mogu biti:

- zatvoreni,

- poluotvoreni,

- kvazi zatvoreni

- otvoreni.

Ako je ovde merna jedinica i njom se upravlja, to je onda zatvoren sistem.

Ovo je NUMA sistem u užem smislu, a pod NUMA- sistemima u širem smislu podrazumevamo:

kompjuter

1. NU- HARDWARE

NUMA sistem

27

programi

2. NU-SOFTWARE

upravljački elementi (mediji)

NU-HARDWER

– Čitači bušene trake (električni, optički, magnetnomehanički)

- Aktuatori i pogonski sistemi ( zupčanici, zupč.letva, zavojno vreteno, klipni cilnidri ili hidromotori)

- Displej jedinice ( Vizuelna jedinica) To su digitalni voltmetri i razne vrste elektronskih uređaja (ekrani), daju podatke o redosledu instrukcija ili pozicijama u obradi i sl. Omogućuju vezu radnika sa mašinom.

- Elektronika integrisana kola (To je minijaturna tehnologija) memorisanje stanja (0 ; 1) oscilatori, brojači, množitelji, integratori.

- Automatski i programski sistemi primaju signale iz upravljačke jedinice, pojačavaju ih i pokreću organ na izvršenje. Ovde se koriste pretvarači i senzori.

- Mašina alatka sa alatom, njena konstrukcija i ostvarenja.

Sa koračnim motorima se izbacuju grupe prenosnika. Dakle menja se i kosntrukcija mašine u svim novijim rešenjima.

NU SOFTWARE

Programska podrška se deli na:

- orijentisani prema tipu mašine i

- opšti programski jezik.

Prema izvođenju programiranja:

- ručno programiranje,

- automatsko programiranje (kompjutersko)...

2.2. KINEMATIKA NU MAŠINA (2.2. UROŠEVIĆ: KINEMATIKA NU-MAŠINA)

Zahvaljujući razvoju elektronike razvijene su specifične metode memorisanja programa rada proizvodnih mašin sa odgovarajućim tehničkim rešenjima. Memorije o programu rada mašina sadrže:

- podatke o relativnom kretanju alata i obratka,

28

- podatke o funkcijama sa redosledom njihovog izvođenja u toku realizacije planiranog programa rada mašine.

U primeni je tzv. “brojčano upravljanje” ili numeričko upravljanje (NU).

Niz tačaka koje definišu naznačenu putanju se definišu odgovarajućim koordinatama u izabranom koordinatnom sistemu.

U opštem slučaju kretanje tela u prostoru ima šest stepeni slobode (tri translacije i tri rotacije). Zato se numeričko upravljanje (NU) temelji na opisivanju relativnog puta alata i obratka u pravouglom koordinatnom sistemu prema sl.2.1.

x,y,z- pravci linijskog kretanja

A,B,C- koordinate kojima se označava okretanje ili uglovno pomeranje oko osa x,y,z.

Tehničko NU daje osnovu za automatizaciju rada praktično svih proizvodnih mašina.

2.3. Teorijska osnova numeričkog upravljanja NU

Numeričko upavljanje se temelji na podacima (informacijama) o radnom zadatku koji su dati u vidu brojeva. Prema tome, sistem za upravljanje mašinom ima u svom sastavu izvršne, odnosno kontrolne organe koji sadrže mogućnosti za “razumevanje” zadataka opisanih pomoću brojeva ili šifri.

Sistem NU- ima u osnovi binarni brojni sistem, a uspostavljanjem veza između numeričkih vrednosti prikazanih u binarnom i decimalnom sistemu se ostvaruje korišćenjem poznatih metoda za elektronsku obradu podataka (kompjuteri).

Osnovne oznake su “0” ili “1”. Poznato je da u ma kojem brojnom sistemu, proizvoljan prirodni broj N- se može prikazati:

- zbirom proizvoda faktora ai sa stepenovanim brojevima Ai - bazama brojnog sistema

oblika ai Ai, odnosno:

29

N=an An+an-1 A

n-1+ai Ai+...a1 A

1+aoAo, a-1 A-1...a -mA-m

ili u skrivenoj formi:

N= ∑ai Ai uz uslov: 0≤ ai<A

gde je: A-baza brojnog sistema, ai- eksponent koji na prvom mestu levo od zareza ima

vrednost nula, a zatim raste do vrednosti n, odnosno s desne strane zareza ima vrednosti –1 , a zatim opada do vrednosti “-m”.

U tabeli br.T.2.2. prikazan je uporedni način pisanja proizvoljnog broja N u izabranim brojnim sistemima. Mi ćemo korisiti binarni način pisanja brojeva , slika 2.2.

Pisanje brojeva i brojnim sistemima T.2.2.

Pošto se binarni broj sastoji od oznaka (faktora) ili bitova 1 i 0, to se on lako interpretira pomoću nekog fizičkog stanja koje ima dve faze (dva nivoa), npr.

pomoću električne struje: 1-( ima struje), 0- (nema struje);

pomoću izvora svetlosti: 1- (ima svetla), 0- (nama svetla), itd.

Za označavanje brojeva pomoću binarnog sistema data je grafička interpretacija na sl.2.2. pomoću koje se ukazuje na opšte pravilo za preslikvanje ovog sistema brojeva pomoću fizičkih veličina.

Npr. otvor u odgovarajućem kvadratu označava binarnu oznaku – cifru 1 (kroz otvor može da prođe svetlo), a kvadratić bez otvora označava binarnu oznaku 0.

Jednostvne mogućnosti za interpretaciju cifara binarnog brojnog sistema, pomoću poznatih fizičkih stanja nekog tehničkog sistema, su iskorišćene za konstrukciju mašina za obradu podataka, odnsono raznih informacija, pri čemu ove mašine primaju informacije u obliku šifrovanih (kodiranih) signala da bi ih zatim na određenom programu obradile i rezultat obrade dale takođe u obliku signala.

30

31

Binarni brojevi su jedini pomoću kojih može raditi elektronski računar, uspostavlja se veza između njih i decimalnih brojeva pomoću više standardnih šema- sistema. To su između ostalih:

BCD- Cod (Binary Coned Decimal Codu)

EBCDI- Cod i dr.

BCD-Cod koristi 64- kombinacije od cifara 1 i 0 šestocifrenog binarnog broja (26 = 64) te tako može da označi- kodira:

- brojeve od 0-9 = 10 kombinacija,

- slova latinice A,B,C...=26 kombinacija i

- raznih specijalnih znakova =28 kombinacija tj.: ukupno:10+26+28=64 oznaka ili cifara.

Uobičajeno je da se jedno cifarsko mesto u binarnom brojnom sistemu (cifre 1 i 0) naziva “bit”. Za oznaku broja 999999 u decimalnom sistemu, treba 6 mesta (šest

32

decimalnih jednocifrenih brojeva). Međutim, u binarnom brojnom sistemu za oznaku

ovog broja je potrebno 20 mesta (220 = 1048576, odnsono 219=524288), što znači da je za memorisanje broja 1048576 potrebno 20 – bita tj. 20 osnovnih memorija.

Tako se decimalni broj iz prethodnog primera tj. broj 999999 može u BCD sistemu napisati kao kompozicija od 6-binarnih brojeva od kojih svaki za sebe je obeležen sa 4- bita, tj. ukupno 24 bita, odnosno: 1001 1001 1001 1001 1001 1001. Za veće brojne sisteme se koristi i oktalni (8) i heksidecimalni (16) sistem. Brojevi iz ovih sistema se lako prevode u binarni brojni sistem, pri čemu se zadržava dobra preglednost.

Pisanje programa

Za ručno pisanje programa namenjenih numeričkom upravljanju proizvodnih mašina za obradu metala rezanjem (Mašine alatke za obradu rezanjem) najčešće se koriste 8- kanalne bušene trake kao nosioci informacija (NI). Mogu se koristiti još i magnetne trake i diskovi). Podaci koji se bušenjem trake prenose na nju kodiraju se korišćenjem standardnih tabela kodova među koje u prvom redu spada standard /ISO/R840 i DIN 66024.

Kodirani podaci o porgramu sa bušene trake učitavaju se u jedinicu za Nu-mašinu, slika 2.3.

Čitanje podataka sa trake prema sl.2.3. se ostvaruje indukovanjem foto struja u onim fotoćelijama naspram kojih je izbušen otvor na traci. Na traci se nalaze podaci o automatskom radu mašine (upravljanje alatom, režim rada, vremena uključivanja i isključivanja organa mašine).

Na sl.2.4. (a biće i dalje kasnije reči) T.13.2. dati su pregledi sistema kodiranja.

33

Upravljačka jedinica za numeričko upravljanje mašinom ima zadatak da prihvati program, umesti ga “korak po korak” i organizuje njegovo izvođenje na mašini.

2.4.Kinamatski sistem nuemričkog upravljanja

Na slikama 2.5. i 2.6. prikazane su osnovne blok sheme kojima se preslikavaju principi numeričkog upravljanja proizvodnim mašinama.

Kod otvorenog tipa (toka informacija) nema jedinice za slanje povratnih signala o pređenom putu, jer se ovde koriste koračni motori čije je okretanje tačno kontrolisano brojem impulsa (signala) od jedinice za upravljanje.

Kod proizvodnih mašina od kojih se zahteva visoka tačnost pomoćnih kretanja, primenjuju se najčešće sistemi Nu sa zatvorenim tokom podataka (signala).

34

Sl.2.5. Sistrem zatvorenog toka numeričkog upravljanja

Korekcija kretanja se vrši servo motorima.

Sl.2.6. Blok shema sistema NU otvorenog tipa

Ovi sistemi baziraju na kontinualnom merenju pređenog puta određenih organa mašine koji izvode pomoćna kretanja (preko merne jedinice).

Ovakva rešenja omogućavaju nova rešenja za kinematiku mašina. Ova kinematika se znatno razlikuje u odnosu na klasične kinematske sisteme koji se koriste pri oblikvoanju mehanizama raznih mašina.

2.4.1. Opšta podela (klasifikacija mernih sistema na NU-mašinam

Merenje pređenog puta može biti direktno ili indirektno.

Izmerene jedinice mogu biti u analognom ili digitalnom (brojnom) obliku.

Pređeni put se može očitavati-prikazivati u apsolutnoj veličini (od koordinatnog početka) ili kao inkrementalna (relativna) veličina. Što je ilustrovano na sl.2.7.

35

2.4.2. Direktno merenje pređenog puta

Na sl.2.8. je prikazan metod direktnog merenja pređenog puta.

(1-servomotor, 2-radni sto mašine,3-merna skala 4-senzor za uzdužno pomeranje).

Senzor registruje svako rtanslatorno pomeranje radnog stola (2) pri čemu se posebnom metodom daje i predznak ovom kretanju u smeru +x, odnosno –x.

Pošto nema između merne skale i senzora nikakvih posrednika, ova metoda se naziva direktnim merenjem. (Razmera pređenog puta i registracije kod senzora je 1:1).

2.4.3. Indirektno merenje pređenog puta

Sheme indirektnog merenja pređenog puta su prikazane na slici 2.9.

36

Na sl.2.9a. oznake imaju sledeće značenje: (1) servometar; (2) zavojno vratilo; (3) radni sto; (4) senzor za uglovno kretanje.

(Translatorno kretanje stola 3- prati uglovno pomeranje rotacija osovine senzora 4).

Dakle, registrovana uglovna pomeranja na senzoru (4) na indirektan način ukazuju na veličinu otvorenog pomrenja radnog stola (3) te se ovaj merni sistem naziva sistemom za indirektno merenje pređenog puta.

Na sl.2.9b. oznake imaju sledeće značenje: (1) radni sto; (2) zupčasta letva; (3) zupčanik; (4) senzor za uglovno kretanje.

I ovaj merni sistem se naziva sistemom za indirektno merenje pređenog puta jer se pravolinijsko kretanje stola (1), preko zupčaste letve (2) i zupčanika (3) pretvara u uglovno kretanje senzora (4).

Kod navedenih mernih sistema sl.2.8 i 2.9. izdvajaju se sledeće moguće greške:

37

- temperaturske dilatacije svih mehaničkih elemenata,

- tačnost izrade merne skale,

- netačnost izrade mehaničkih elemenata,

- pohabanost mehaničkih elemenata,

- elastične deformacije mehaničkih elemenata.

2.4.4.Analogni i digitalni merni sistemi

Na slikama 2.10-a i 2.10-b, data je ilustracija analognog i digitalnog postupka merenja.

Opšta karakteristika analognih merenih sistema slika 2.10-a je u mogućnosti

merenja ma koje vrednosti “x” u okviru date oblsti merenja “xo.

Analogna metoda merenja “x” prema ovoj slici se temelji na poznatom Omovom

zakonu po kome se za strujno kolo lako može uspostaviti odnos po vezi:

XXo

UoUxRbRaRu

uR

RbXoX =+=⋅= ;; 2.2

Znači merenjem napona u na potenciometru, posrednim putem određuje put x.

Umesto ovih mernih sistema (koji se sastoje od izolacionih materijala –telo, i precizna harmonijska savijena žica i preko klizača premazana tankoslojnim filmom

38

strujno provodljiva), danas se više koriste analogni merni sistemi čiji se rad temelji na korišćenju zakona elektromagnetne indukcije (idnuktosini, rizloveri i dr).

Na sl.10-b je predstavljen digitalni merni sistem koji ima za osnovu merne skale koje se preko specifičnih čitača (tasteri, foto ćelije) mogu pratiti i pređeni put iskazivati na odgovarajućem brojilu. Dakle, pređeni put se direktno očitava pomoću fotoćelije (čigtača), a očitane vrednosti se obrađuju uz pomoć digitalne elektronike pa se vrednosti praktično trenutno iskazuju na čitaču za razliku od analognih, digitalni merni sistmi su diskontinualni u pogledu praćenja (merenja) pređenog puta x.

2.4.5. Apsolutno i relativno merenje

- Apsolutno izmerene veličine su kad se put x uvek izračunava u odnosu na

neki početni položaj , sl.2.11-a. - Relativnim ili inkrementalnim postupkom merenja prikazivanje pređenog

puta se svodi na merenje ukupnog pređenog puta po nejgovim delovima (segmentima, sl.2.11-b.

U skladu sa razlikovanjem apsolutnog i inkrementalnog merenja, metoda digitalnog merenja može se razlikovati kao:

apsolutno digitalno (kodirano) merenje, odnosno prikazivanje izmerenih vrednosti, i

relativno ili inkrementalno digitalno prikazivanje izmerenih vrednosti.

Shema na sl.2.12. ulustruje ova dva postupka prikazivanja izmerenih vrednosti sa ukazaivanjem na komponente mernih sistema koje se pri tome koriste.

Apsolutno digitalno merenje prema sl.2.12-a iskazuje za svaku poziciju na podeonom lenjiru (razmerniku) predstavlja samo jednu moguću kombinaciju bitova na mašinski kodiranom podeonom lenjiru.

Inkrementalno digitalno merenje, sl.2.12-b, temelji se na obradi periodičnih signala koje čitač generiše zahvaljujući praćenju inkremetalnog podeonog lenjira.

39

2.5. Analogni merni sistemi

Kao što je već rečeno, prvu grupu ovih mernih sistema predstavljaju rešenja kojim se koristi Omov zakon, kojm se uspostavlja odnos između napona i otpora u strujnom kolu poznate jačine, pri čemu otpor ili napon srazmerno predstavlja pređeni put, sl.2.10-a.

Druga grupa se zasniva na zakonu elektromagnetne indukcije. Ova grupa mernih sistema se uglavnom i koristi kod proizvodnih mašina, obično su to: linearni induktosin i obrtni rizlaver.

Induktosin

Izvode se kao linearni (za merenje linearnih pomeranja) i kružni induktosini za merenje uglovnih pomeranja. (Direktno i indirektno merenje), sl.2.13 i 2.14.

40

41

Rizlaver

Po svom obliku rizlaver liči na mali elektromotor sa preciznim namotajima, sl.2.15. Slično kao i kod linearnog induktosina, uspostavljaju se korelacije između vrednosti indukovanih napona, e1 i e2 i ugla α. Ovako izračunate vrednosti ugla α pokazuju

veličinu i smer okretanja uglovnog pomeranja rotora rizlavera. Spoljni izgled je dat na sl.2.16.

2.5.2. Digitalni merni sistemi

Merenje pomoću digitalnih mernih sistema se zasniva najčešće na korišćenju fotoelektričnih efekata. Pri tome se koriste dva postupka.

- reflektovanje svetlosti od merne skale, - propuštanje svetlosti kroz mernu skalu.

Razlikujemo prema ovome: inkrementalne digitalne merne sisteme i apsolutne merne digitalne sisteme.

42

Inkrementalni digitalni merni sistemi

Na sl.2.17. je prikazana opšta šema digitalno mernog sistema koji radi na principu propuštanja svetlosti kroz mernu skalu.

Prema ovoj slici, merni sistem se sastoji od: 1. izvori svetlosti, 2. oštičkog dela 3. merne skale 4. rešetke –blende 5. fotoćelija 6. referentni-kontrolni podeoci

Pri relativnom kretanju merne skale (3) i rešetke (4) nastaje na izlaznoj strani rešetke merni signal koji se menja po zakonu sinusoide. S druge strane, fotoelementi (5) su raspoređeni u dva dela i to tako što su međusobno pomereni za vrednost (*) periode.

Ovakav raspored fotoelemenata omogućuje generisanje u njima signala fazno pomerenih za 90° što koristi upravljačkoj jedinici da ih prepozna i upotrebi pri određivanju veličine i smera kretanja.

Referentni podeoci (6) generišu referentni impuls. On nastaje uvek pri prelazu rešetke preko referentog podeoka i služi za određivanje koordinatnog početka koordinatnog sistema.

43

Merne signale koje daje napred opisani fotoelektrični merni sistem, pojačava i oblikuje poseban elektronski uređaj pri čemu se sinusni oblici impulsa prevode u njihov pravougaoni oblik, sl.2.17-b. (Izmereni koraci se znatno uvećavaju 5-20 puta na mernoj skali).

Na sl.2.18. prikazana je opšta šema inkrementalnog mernog sistema firme Filips.

Apsolutni digitalni merni sistemi

Za razliku od inkrementalnih, apsolutni digitalni merni sistemi su tako kodirani da je svakoj poziciji (lokaciji) na određenom putu dodeljena na mernoj skali odgovarajuća brojna vrednost. Na sl.2.19. je prikazana šema oblikovanja kodirane merne skale koja predstavlja apsolutni digitalni pokazivač.

Ova skala u stvari sadrži grafičku ilustraciju prirodnog broja N u binarnom brojnom sistemu. Ovakva skala se izrađuje na mernom lenjiru i to tako što se na njemu izrađuju linije (polja) za kodiranje binarnih pozicija (1) i (0) binarnih brojeva .

44

Broj linija zavisi od veličine broja N.

Liniji čitanja A-A odgovara decimalna vrednost broja 29, kojeg čine binarni

sabirci: 1⋅2o+0⋅21 + 1⋅ 23 +1 ⋅24+ 0⋅25=29

Prema šemi na slici 2.19. očitavanje, npr. pozicija A se ostvaruje pomoću izvora svetlosti i fotodiodu (prikazano na slici 2.3).

Mana ovih mernih sistema je što im je ograničena veličina –(treba velika merna skala), odnosno veliki broj linija n – za predstavljanje broja N.

)log2log

1

2log

1

x

x

x

xtgn

∆=

∆⋅= γ 2.6

x- dužina merne skale u (mm)

∆x- tačnost merenja u (mm).

Npr. za x=1000mm i ∆x=0,001mm biće n=20.

Digitalni merni sistemi za merenje uglovnih pomeranja

Inkrementalni ili apsolutni merni sistemi za merenje uglovnih (kružnih) pomeranja, u principu rade po istom metodu kao i odgovarajući merni sistemi za linearno pomeranje. Možemo zamisliti da se odgovarajuće merne skale, sl.2.17. i sl. 2.19. umesto linijski, postavljaju po kružnom rasporedu.

45

Za merenje uglovnih pomeranja koja su duža od jednog punog kruga, koristi se princip na sl.2.20.

(1) pogonska osovina,

(2) kružno kodirana ploča (izrađena od čvrstog plastičnog materijala).

Paralelno pored ove ploče postavljena je rešetka s čije se druge strane nalaze fotodiode. Crna i bela polja na kružnoj ploči (2) sadrže kodirane oznake koje se uz pomoć svetlosnog zraka i fotodioda čitaju i dalje obrađuju na sličan način kao i kod drugih mernih sistema ove grupe.

POGONSKI SISTEMI KOD NU MAŠINA

2.6. Elektrohidarulični koračni motori u kinematici pomoćnog kretanja kod NU-mašina

Elektro hidraulični koračni motori (ENKM) koriste se u kinematici pomoćnog kretanja kod NU-mašiona, sa otvorenim tokom mernih signala. Već je rečeno (sl.2.6) o ENKM, koji se sastoji iz dva posebna motora:

- elektrokoračnog motora i

- hidrauličnog motora.

Oni su spojeni u jednu pogonsku celinu sa ciljem da elektrokoračni motor (EKM) pretvara električne signale u koračno okretanje hidrauličnog motora (HM). S druge strane je hidraulični motor izvor snage kojom se mogu savladati veliki otpori na

46

pravcima pomoćnog kretanja alatnih (proizvodnih) mašina. Ovakvo konstrukcijsko rešenje predstavlja idealnu kombinaciju za pogon radnih organa mašina. Zbog toga sistemi numeričkog upravljanja mašinama pomouću ENKM, (i pored nekih njihovih mana), pružaju praktično neograničene mogućnosti za upravljanje radnim organima proizvodnih mašina u funkciji od pređenog puta, koji se meri koordinatama x,y,z. Pomoću slike 2.21 daje se kratak opis i način rada ENKM sa težištem na prikazu koračnog okretanja.

Prema slici 2.21- b i 2.21- c stator i rotor EKM se sastoji iz više delova segmenata. Ovakvi segmenti statori-rotori sadrže po n zuba. Prečnik otvora statora je nešto veći od spoljnih prečnika pojedinih segmenata rotora. Razlika (slobodni zazor) je sa 0,10-0,15 mm. Konstrukcijske veličine zuba statora i rotora zadovoljavaju uslov F=b=g tj. širina zuba statora su jednake širinama zuba rotora.

Zubi rotora i statora su istih dimenzija i kada se EKM uključi oni kretanjem rotora dolaze naizmenično po parovima jedan naspram drugog.

Prema sl.2.21-b stator ima tri segmenta (paketa) koji su aksijalno poređani u smeru obrtne ose i to tako da njihovi zubi leže na aksijalno paralelnim linijama.

Obim otvora rotora u razvijenom obliku je a=π⋅D; b- zubi statora (polova statora). c1;c2;c3; namotaji magneta statora; d1-d2-d3; segmenti rotora na osovini motora sa

uglovnim faznim pomeranjem za vrednsoti *f; e- jednosmerni napon namotaja statora; f- širina zuba statora; g- širina žljebova u statoru (g=f- mereno u osi zazora veličine b); h1-h2-h3- zubi na tri semgenta rotora; i- osa motora; k- paket magnetnih limova na zubu

statora, l-m-n, počeci namotaja

statora; 0-spojevi krajeva namotaja statora; p- korak polova statora (δp=t+g). δ- zazor između statora i rotora (približno 0,15 mm).

Na osnovu EKM ugrađena su tri segmenta rotora i to tako što su postavljeni jedan do drugog, pri čemu svaki segment prati u montažnom položaju svoj segment na statoru posmatrano u radijalnim ravnima – slika 2.21-b.

Kombinacija zuba rotora i statora praktično postavljaju relaicju da su pojedini zubi statora polovi, a razmak između žljebova δp- označava tada korak između dva pola.

Segmenti rotora se izvode bez namotaja.

47

Ako se namotaji magneta c na tri segmenta statora uključe u strujno kolo, prema šemi na slici 2.21-e i ako se pri tome spojna tačka 0- veže sa negativnim naponom jednosmerne struje (-pol), mogu nastati različite kombinacije. Suprotno se dobija kretanje ako se tačka 0 veže sa negativnim naponom. Takođe različite kombinacije nastaju različitim uključivanjem tačaka l,m,n.

Zatvaranjem i daljim uključivanjem strujnog kola nastaje okretanje rotora u odgovarajućem smeru uključivanjem sekvencijalno (pojedinačno) kontakatal-m-n; -l-m-n---, pri čemu će se za svako uključivanje (dobijeni impuls) rotor EKM okrenuti za novih 15°. U obrnutom smeru posle kontakta l će se uključiti kontakt n i zatim m i tako redom. l-n-m-ln-m---. Svaki put za 15°će se okrenuti rotor ali u suprotnom- desnom smeru.

48

Korak od 15° kod EKM po svakom uključivanju zavisi od broja polova na svim segmentima statora, odnosno rotora. Ovaj broj predstavlja konstrukcijsku konstantu EKM. Drugi uglovni korak po impulsu zahteva podelu rotora i statora na drugi broj polova.

Osnovna karakteristika EKM se sastoji u tome da je ukupno pređeni put meren uglovnim pomeranjima, zavisan od broja ostvarenih kontakata, tj. umpulsa, te zbir impulsa (ili uključivanja) određuje pređeni put meren u uglovnim koracima okretanja osovine EKM. Suma ostvarenih impulsa je srazmerna broju okretanja rotora EKM. Dakle, EKM zadate vrednsoti za put u digitalnom-numeričkom obliku transformiše u mehaničke pokrete.

EKM se koriste za pogon pomoćnog kretanja kod numerički upravljanih mašina. Njihova snaga se kreće od cca 0,35KW sa 2000-1000 impulsa/sec.

Ako su potrebne veće snage, onda se EKM dodaje hidraulični motor (HM). Tako je nastao elektrohidraulični koračni motor (EHKM). Izgled ovog motora je prikazan na slici 2.22.

49

EKN- elektro koračni motor,

RZ- regulaciona zavojnica,

RV- regulacioni ventil,

HM-hidromotor,

S- sto (radni stomašine),

(z1,z2) zupčasti par na izlaznom vratilu EKM.

Izlazna snaga EHKM na vratilu VHM je povećana do cc 10kw (i po potrebi više) spajanjem hidrauličnog motora (HM) sa EKM (slika 2.22).

50

U ovom slučaju EKM upravlja samo uglovnim okretanjem HM, dok se za pogon HM (aksijalno klipnog tipa) koristi poseban izvor radnog fluida. Tako se na izlaznom vratilu HM dobijaju obrtni momenti čiji intenzitet nije u vezi sa intenzitetom obrtnog momenta EKM. Međutim, broj obrtaja vratila HM (VHM) precizno prati broj obrtaja EKM. Prema slici 2.22 to je ostvareno na sledeći način:

Regulacioni ventil je spojen preko zupčastog prenosnika z1/z2 sa izlaznim vratilom

EKM sa jedne i pogonskim vratilom HM sa druge strane i obezbeđuje sinhrono kretanje vratila HM i vratila EKM.

Okretanjem RV se preko regulacionog zavoja RZ uvrće na svom desnom kraju u otvor na vratilu HM usled čega dolazi do aksijalnog pomeranja RV i time otvaranja odgovarajućih otvora u ventilu za prolaz hidrauličnog ulja prema HM.

Nakon svakog aksijalnog pomeranja RV dolazi hidraulično ulje u HM te nastaje njegovo okretanje. Sa okretanjem, međutim, HM deluje preko RZ na aksijalno pomeranje RV ali sada u suprotnom smeru, tj. pomera ga u smeru zatvaranja prolaza za hidraulično ulje, jer nakon zatvaranja ovog ventila prestaje HM, sa okretanjem.

Broj koraka koje napravi vratilo HM, jednak je broju koraka koji za isto vreme napravi EKM. Veličina prenosnog odnosa je vezana za odnos z1/z2.

Na slici 2.23. je data uprošćenija šema NU-otvorenog toka (prema sl.2.6).

Veličina pomeranja Sx, radnog stola mašine se može izraziti:

4

3

2

10360

.

z

z

z

znhS

f

x ⋅⋅⋅=α

gde je:

Sx – korak radnog stola (mm)

51

h – korak vučnog vretena (mm)

α - ugaoni korak EKM

nf - broj koraka-impulsa EKM

2

1

z

z- broj zupčanika na vratilu EKM

4

3

z

z- broj zupčanika na vratilu vučnog vretena

2.7. Vreste ili tipovi numeričkog upravljanja prema složenosti pomoćnih kretanja

Zahtevi za regulisanim (upravljanim) pomoćnim kretanjima kod pojedinih proizvodnih mašina mogu biti veoma različiti. Primeri za različite mašine i različiti postupci obrade.

Pored upravljanja pomoćnim kretanjima radi ostvarivanja relativnog kretanja između obratka i alata, kod proizvodnih mašina je potrebno ostvariti i projektovane režime obrade, npr. brzine pomoćnog kretanja kojima se reguliše veličina koraka rezanja i sl.

Prema složenosti kretanja NU- uupravljanje se deli na:

“NU- tačka po tačka” (kod bušenja, dva otvora i zauzimanje položaja od otvora p1 do p2)

“NU na putu” (Alat je od tačke p1 do p2 u zahvatu u procesu struganje glodanje i sl.) i

“Konturno NU” (kretanje po prostornoj krivoj- glodanje-kopiranje).

Za upravljanje pomoćnim kretanjem u pravcu svake ose (pravolinijsko ili obrtno kretanje) x,y,z, A,B,C, ugrađuje se u proizvodnu mašinu odgovarajući pogonsko upravljački sistem ( u skaldu sa blok šemama datim na sl.2.5. i 2.6.

U tabeli T 2.2. dati su osnovni kriterijumi sa ilustracijama za podelu numeričkog upravljanja na pomenute pojedine tipove.

52

53

2.8. Interpolacija konture obradaka

Kod NU mašina relativno kretanje ploča i obratka određuje rezultanta koju čine istovremene komponente kretanja u pravcu više osa koordinatnog sistema.

Prema sl.2.24. kretanje alata (glodala) u odnosu na obradak treba u idealnom slučaju da prati njegovu konturu čiji presek označava liniaj p1p2.

54

Teorijski to nije moguće već se preslikava između linija p1p2 i p1′ p2′ (komponente

x,y-kretanja).

Prema tome, stvarni put alata i time i stvarni oblik konture obrađene površine se zamenjuje približnom konturom poligonalnog oblika.

Interpoliranje stvanih pomoću približnih kontura ostvaruje Interpolator NU-mašine, koji ima zadatak da kordinira pomoćna kretanja u pravcu pojedinih osa i to tako da rezultujuće kretanje se poklapa sa pravcima tangenti povučenih u izabranim tačkama na konturi obratka.

Interpolatori se nalaze najčešće u sastavu upravljačke jedinice NU-mašine te se ovde radi o tzv. unutrašnjoj interpolaciji. Ako se NU-vrši direktno sa računarom, onda interpolacija se može vršiti preko računara i tada se radi o tzv. spoljnoj interpolaciji.

Razlikujemo:

- linearnu interpolaciju,

- kružnu interpolaciju i

- paraboličnu interpolaciju.

Kod linearne interpolacije putanja alata praktično između dve tačke je prva linija, kod kružne interpolacije je kružni luk, a kod parabolične je parabola. Tačnost interpolacije zavisi od broja konturnih tačaka koje se odrede na stvarnoj konturi obratka i kroz koje treba da prođu interpolacione linije.

Linearna interpolacija

Prema sl.2.25. objašnjava se proces linearne interpolacije. Kretanje alata iz tačke A u tačku E se vrši po prvoj liniji brzinom u. U definisanom vremenskom intervalu T=L/u, projektuje se ovo pomeranje u pravce osa x i y za

55

vrednosti (xE-xA) i (yE-yA). Koordinate alata se u ovom slučaju izračunavaju u funkciji vremena, tj. biće:

dtT

xxxdtxxtx

t

AEA

t

A ∫∫−

+=+=00

,)(

dtT

yyydtyyty

t

AEA

t

A ∫∫−

+=+=00

,)( (2.8)

Ako se vremenski interval T- podeli na veliki broj manjih intervala ∆t=T/N, veza (2.8) dobija oblik:

nN

xxxtnxtx AE

A

−+=∆= )()(

nN

yyytnyty AE

A

−+=∆= )()( (2.9)

gde je: n=1,2.........N

Prema tome, za svaki par elementarnih pomeranja u pravcima osa x-y, pomeri se alat za jedan elementarni korak. Tačnost interpolacije uslovljava maksimalnu veličinu ovih elementarnih pomeranja, te su njihove maksimalne vrednosti određene izrazom:

* fN

XX

N

YY AEAE ∆≤

−

−;max (2.10)

gde je ∆f- maksimalno odstupanje stvarne u odnosu na interpoliranu konturu obratka u inervalu jednog elementarnog koraka.

Na sl.2.26. je dat primer i proračun.

56

Kružna interpolacija

Interpolacija kružne putanje se ostvaruje tako što interpolator određuje koordinate pojedinih tačaka na krugu u zavisnosti od vremena pomoćnih kretanja (t).

PA- je startna a PE ciljna tačka, relativnog kretanja alata po kružnoj liniji, pri čemu je P- proizvoljno izabrana tačka na kružnom luku.

T- vreme potrebno za kretanje alata od tačke PA do tačke PE.

t- vreme kretanja alta od tačke PA do tačke P.

Na osnovu slike 2.27 slede relacije:

ϕcos0 Rxx +=

ϕsin0 Ryy +=

Kako je tT

πϕ

2= biće:

tT

Rxxπ2

cos0 +=

tT

Ryyπ2

sin0 += (2.11)

Komponente brzina u pravcima osa x i y su:

)(22

sin2

tyT

tTT

R

dt

dxvx

πππ−=−==

57

)(22

cos2

txT

tTT

R

dt

dyv y

πππ=== (2.12)

Ili na drugi način uz dovoljno tačnosti interpolacone koordinate izabranih tačaka na kružnom luku mogu se izračunati pomoću sledećih veza:

).(2

00 ∑

=

∆−+=n

i

PA tiyN

xxxπ

).(2

00 ∑

=

∆++=n

i

PA tixN

yyyπ

(2.13)

gde je n=To/t pri čemu je 1≤ n ≤N

2.9.Opšta šema kinematske strukture pomoćnih kretanja kod proizvodnih mašina sa NU

Sl.2.28. pokazuje da su instalisani pogonski motori i senzori za svako kretanje)

58

2.10. Tačnost pomoćnih kretanja kod mašina sa NU

Postizanje tačnosti pomoćnog kretanja kod NU-mašina koja se meri u µm je uslovljeno visokom tačnošću izrade komponenti mašine (klizni kinematski parovi – vođice ležišta, kinematski parovi, zavojnice.

13.PROGRAMIRANJE NU MAŠINA

Ovde se neće izlagati.

59

1.4. NUMERIČKI UPRAVLJAČKA JEDINICA

Numerički upravljačka jedinica - NUJ je posebna celina obradnog sistema i ima tri osnovna zadatka:

prijem,

obradu i

izdavanje podataka.

Osposobljena je da primi podatke u vidu gotovog programa, informacije od mašinskog sistema, kao i druge instrukcije. Program se može saopštiti na više načina preko posebnog njenog dela za prijem podataka, i to se čini:

ručno pomoću tastature,

pomoću bušene trake (ako postoji čitač trake),

pomoću magnetne trake (ako postoji kasetna jedinica),

pomoću diskete (ako postoji disketna jedinica) i

direktno kablom, vezanim direktno za neki kompjuter (DNC).

Upravljačkoj jedinici zadaje se program u simboličkom jeziku koji ona prevodi na "svoj"- mašinski jezik. Program se dekodira i obrađuje. Mašinski jezik je u vidu instrukcija, impulsa koji se prosleđuju izvršnim organima - pogonskim sistemima i drugim organima mašine.

Instrukcije mogu biti na primer:

pomeranje nosača alata ili obratka duž pojedinih osa,

uključenje i podešavanje broja obrtaja ili isključenje,

uključenje ili isključenje protoka sredstva za hlađenje alata ili obratka i slično.

Osim toga, upravljačka jedinica prikazuje poslužiocu mašine informacije o trenutnom položaju alata, broju obrtaja, eventualnoj grešci u programu, kvaru u nekom podsistemu i tako dalje. Upravljačka jedinica okrenuta je prema poslužiocu komandnom tablom i raznim priključcima a drugom stranom prema mašini. Postoje više tipova numerički upravljačkih jedinica kako po stepenu automatizovanosti ostalih funkcija tako i po konfiguraciji izratka. Njihova podela na tipove zasniva se prema:

1. vrsti upravljanja (koordinatno, linijsko i konturno),

1. vrsti obrade (bušenje, struganje, glodanje i drugo),

2. broju upravljanih osa i

3. stepenu automatizovnaosti ostalih funkcija

Napred navedena podela nametnula je potrebu razvijanja NUJ na modularnom principu. Praktično svi tipovi grade se iz istog fonda modula. Proizvođači imaju razvijene NUJ za sva upravljanja i sve vrste obrade. NUJ podržavaju ISO- sistem kodiranja, EIA- sistem, ili oba i moguća je primena ručnog i mašinskog programiranja. Sa aspekta razvoja elektronike NUJ razlikuju se sledeći sistemi:

60

NC—Sistem, to jest hardverski bazirane NUJ koje čitaju spolja sačinjene programe (eksterno).

CNC- Sistemi, softverski bazirane NUJ, raspolažu računarom koji omogućuje poslužiocu da startuje, menja i prekida program.

Jednom sačinjen upravljački program moguće je preneti i arhivirati pomoću različitih nosača podataka. Na primer: bušena traka, magnetna traka ili disketa. Da se sve to ostvari CNC- upravljačke jedinice mora da poseduju odgovarajuće priključke (interface) za prenos podataka. Za te priključke postoje standardi koji obezbeđuju da se razmena podataka, između upravljačke jedinice i eksternog uređaja, odvija besprekorno.

1.4.1 Način rada numeričke upravljačke jedinice

NUJ se sastoji iz niza konstruktivnih delova. Jezgro čini računar, koji obavlja sva izračunavanja i logička povezivanja. Kako je NUJ izgrađena na modularnom principu, moguće je da jedna upravljačka jedinica ima i više mikroprocesora čije su funkcije podeljene. Na primer NUJ može da sadrži tri mikroprocesora: centralni, drugi za izračunavanje konturnih problema i treći za interpolaciju. Sastavni delovi CNC-upravljačke jedinice prikazani su na slici 33. Na istoj slici vidi se veza poslužilaca i mašine alatke. NUJ okrenuta je poslužiocu komandnom tablom i raznim priključcima za štampač, bušač-čitač trake i drugu perifernu opremu. Drugim delom, NUJ je okrenuta mašini alatki delom za prilagođavanje i uključivanje osnih kretanja i delom za napajanje energijom.

Slika 33. Sastavni delovi CNC-upravljačke jedinice

Centralni mikroprocesor obrađuje programske podatke koji su na adekvatan način uneti u memoriji. Obrađeni podaci u vidu komandnih impulsa upućuju se mašini alatki. Komandni impulsi su u principu električni impulsi određenog nivoa i vremena trajanja.

Neprestano, u kratkim vremenskim intervalima proverava se da li su komandni impulsi stigli do izvršnih organa. Način rad upravljačke jedinice može biti objašnjen na primeru pozicioniranje ose na slici 34.

61

14.2. Komandna tabla

Komandna tabla NUJ može biti oblikovana na više načina. Njeni elementi mogu se grubo podeliti na sledeći način prema slici 35.

Slika 35. Komandna tabla (a), elementi komandne table upravljačke jedinice (b):1 elementi za pokazivanje i praćenje, 2 prekidači za izbor načina rada, 3 elementi za programiranje (tasteri), 4 tasteri za korekciju i skraćeni unos podataka, 5 pokazivač opterećenja motora, 6 elementi za upravljanje mašinom (taster-stop), 7 uključivači broja obrtaja i koraka, 8 tasteri za aktiviranje određenih funkcija mašina, 9 točkić za ručno aktiviranje pomoćnih kretanja mašine

62

A.Elementi za pokazivanje i praćenje. To su: ekran, digitalna polja ili razne signalne sijalice. NUJ novijeg datuma imaju i mogućnost simuliranja programa na ekranu. Tom prilikom na pogodan način prikazuju svako pomeranje alata.

B. Prekidač iz izbor načina rada: Način rada bira se u zavisnosti od rešenja komandne table okretanjem uključivača ili pritiskom odgovarajućeg tastera . Informacija o načinu rada dobija se preko određene signalne lampice ili po prikazanom tekstu i brojevima na ekranu odnosno digitalnom polju.

Način rada mašine grubo se može podeliti na sledeći način:

automatski rad, u kojem se realizuje napisani program za NU-mašinu alatku, najčešće aktiviranjem tastera za start programa,

ručni režim rada, koji je predviđen za konvencionalno upravljanje mašinom alatkom,

zadavanje mera reznih alata, u odnosu na jednu referentnu tačku nosača alata, kao i odstupanja mera reznih alata nastalih kao posledica habanja u procesu obrade, takozvane korekcije alata,

zadavanje podataka mašini alatki, u kojem se definiše referentna tačka obratka ili zadavanje parametara čija je uloga značajna pri realizaciji ciklusa obrade u parametarskom programiranju.

C. Elementi za programiranje. Tu spadaju tasteri pomoću kojih poslužilac mašine unosi i koriguje program i zadate podatke. Pomoću alfanumeričke tastature unosi se upravljački program (programiranje u pogonu), znak po znak. Neke upravljačke jedinice imaju takve komandne table gde se tasterima unosi skraćeno zadavanje programa ili važnijih instrukcija.

D. Elementi za upravljanje mašinom. Namenjem su za direktno aktiviranje određenih funkcija mašina alatki, na primer, uključivanje rashladnog sredstva. Za vreme obrade može se podesiti vrednost - promeniti broj obrtaja koji je dao programer, zatim korekcija programiranih vrednosti pomaka i slično.

14.3. Veza upravljačke jedinice i mašine alatke

Računar NUJ ne može na mašini alatki direktno da aktivira sve funkcije. Za to je potreban posrednik. Zadatak posrednika je da strujne impulse iz NUJ transformiše za potrebe mašine alatke, i to tako da ona reaguje na svaki strujni impuls koji joj zadaje program ili poslužilac. Primajući informacije, NUJ prima zadatak relativnog vođenja alata i obratka po zadatom programu radi ostvarenja potrebne konfiguracije izratka. Da se obavi ovaj odgovorni zadatak treba da postoje upoređivači, pojačivači i pretvarači. Na primer, nivo signala može biti nedovoljan za upravljanje motorima NU- masine alatke i signale treba pojačati, a neki signali se ne mogu uporediti i treba ih pretvoriti u pogodne za upoređenje.

Pojačavači impulsa imaju ulogu da strujne impulse niske snage pretvaraju u strujne impulse visoke snage. Pretvarači mogu biti tipa A/D ili D/A za pretvaranje analognih u digitalne veličine, i obratno. Upoređivači (diskriminatori) imaju ulogu poređenja zadatih i ostvarenih pozicija radnih organa radi formiranja upravljačkog signala.

Na primer, ako od NUJ stiže strujni impuls za pogon pomeranja duž X-ose, proverava se da li su ispunjeni i drugi uslovi za obavljanje kretanja kao što je odgovarajući položaj

63

štitnika radnog prostora, uključeno sredstvo za hlađenje, za podmazivanje i slično. Ako su uslovi ispunjeni, pogon za pomeranje startuje ali uslovno - da su uključene i druge mašinske funkcije, što se vidi preko odgovarajućih svetlosnih signalnih sijalica. Pri tome mora da se vodi računa da ne dođe do istovremenog izvršenja mašinskih funkcija koje isključuju jedna drugu. Na primer, stezači stezne glave kod strug a ne smeju se otvarati dok se glavno vreteno obrće.

14.4. Vrste upravljanja

Opšta podela sistema numeričkog upravljanja prikazana je na slici 36.

NUJ kao posebna celina NU- mašine alatke ima osnovni zadatak da upravlja putanjom bez obzira ko izvodi to kretanje, obradak ili alat, geometrijskim uslovima upravljanja, i da usaglašava međusobno razne i druge mašinske funkcije.

Proces obrade može da zahteva, a i ne mora, međusobno zavisna kretanja izvršnih organa mašine u koordinatnim pravcima. Prema tome, postoji:

upravljanje kretanjem bez funkcionalne zavisnosti i

upravljanje kretanjem sa funkcionalnom zavisnošću u pojedinim koordinatnim pravcima.

64

Slika 36.Opšta šema podele sistema numeričkog upravljanja