460020A Koneteknisen laskennan ja ohjelmoinnin perusteet (5,0 op) 2017 Tuotantotekniikka ja materiaalitekniikka Kurssin tarkoituksena on perehtyä tietokoneavusteisessa valmistuksessa käytettäviin ohjelmistoihin (CAD/CAM). Perinteistä tenttiä ei ole. Harjoitustyön hyväksytty palautus riittää. Palautuksen yhteydessä opiskelijan on osoitettava riittävää perehtyneisyyttä asiaan: * annetut tehtävät on tehty * opiskelija osaa vastata työstä esitettyihin kysymyksiin * todistettava henkilöllisyytensä Arvosana kurssista on hyväksytty / hylätty Tavoitteet: * perehtyä CAM ohjelmien toimintaan yleisesti * perehtyä Catian, Inventoryn ja NX:n CAM osioon * tutustua koneistuksen suunnitteluprosessiin Toteutus: * ohjattua opetusta 24 tuntia (luennot ja harjoitukset) * omatoimista työskentelyä * opiskelijat tekevät itse annettujen ohjeiden mukaan Ohjattu opetus maanantaisin klo 14.15-16.00, sali TF331 9.1. Johdanto 16.1. Konemäärittelyt, koordinaatistot. 23.1. Catia V5 R21 30.1. Autodesk Inventory HSM 6.2. Siemens NX 10 13.2. Jyrsintäoperaatiot; säteen kompensaatio 20.2. Jyrsintäoperaatiot; porausoperaatiot; piirteiden tunnistus 27.2. Koneistuskokoonpanon tekeminen 13.3. Sorvausprosessit 20.3. Harjoitustyön jako 27.3. Piirrepohjainen ohjelmointi 3.4. Kertausta, kysymyksiä, ohjattua harjoitustyön tekoa 10.4. Kertausta, kysymyksiä, ohjattua harjoitustyön tekoa 24.4. Harjoitustyön palautus https://noppa.oulu.fi/noppa/kurssi/460020a/materiaali-_ja_tuotantotekniikka 1
CAD/CAM- ohjelmistot: Laajat yleisohjelmat - monipuoliset toiminnot, suunnittelu, FEM, layout, ym. - CAM vain pieni osa - yhteensopivuus - raskaita - korkea hinta Erikoisohjelmat (CAM) - koneistuksen suunnitteluun - edullinen hinta - keveys - toiminnot suunniteltu koneistuksen ehdoilla - mahdolliset yhteensopivuusongelmat CAM- ohjelmat: Käytetään NC-ohjelmointiin - 5-akselinen koneistus - paljon laskettavia koordinaatteja - hankalia muotoja Simulointiin - törmäystarkastelut - koneistusaikojen laskentaan - kustannukset - tehokkuus - tarkistetaan saavutettu muoto 2
CAD/CAM Suunnittelun ja valmistuksen ohjelmoinnin yhdistäminen. (NX) (Catia) 3
CAM: Catia V5 R21: https://www.youtube.com/watch?v=ia6dr820ap8 NX 10: https://www.youtube.com/watch? v=_qfn_8jmh9y Autodesk Inventory HSM: https://www.youtube.com/watch?v=k_axf8kyzgk https://www.youtube.com/watch?v=rikkyvrd8gw https://youtu.be/qqhrbmj0vuu?t=82 4
Catia Catia on suunnittelussa käytettävä 3D-mallinnusohjelmisto. Ohjelmisto on laajalti käytössä erityisesti lentokone-, auto- ja matkapuhelinteollisuudessa. CATIA V5/V6 3D -suunnitteluympäristön tuoteperhe kattaa kaikki tuotekehitysprosessin työkalut konseptisuunnittelusta tuotannon toteutukseen. Windows-määritysten mukainen käyttöliittymä helpottaa oppimista ja järjestelmän uudet toiminnallisuudet parantavat tuottavuutta. Alun CAD-ohjelmasta CATIA on kehittynyt tuotteita kolmiulotteisesti mallintavaksi suunnittelujärjestelmäksi. Laajimmillaan ohjelmisto jäljittelee ympäristön ja tuotteiden toimintaa kattavilla virtuaalisilla simulaatioilla. Tuotteista voidaan rakentaa virtuaalisesti toimivia malleja, esimerkiksi tosiaikaisesti simuloitu lentokoneen ohjaamo toimintoineen. Muita vastaavan tyyppisiä suunnitteluohjelmistoja ovat muun muassa PTC Pro/Engineer, Autodesk Inventor, Dassault Systèmesin SolidWorks, Solid Edge, NX (Siemens), sekä lähinnä Suomessa tunnettu kotimainen Cadmatic ja Vertex. Catian yleisimpiä moduuleita: Moduli (workbench) Part Design Assembly Design Generative Shape Design Drafting Sketcher Sheet Metal Design Imagine & Shape Digital Mock-Up DMU: DMU Kinematics DMU Fittings Manufacturing Toiminnot osan perusmallinnus, ns. solidimallinnus kokoonpanot pinta- ja käyrätyökalut piirustukset piirteitä määrittävät tasopiirrokset ohutlevysuunnittelu plastinen muotoilu reaaliaikaiset 3D-simulaatiot kinematiikka (liikemekanismit) kokoonpanon asennuksen liikeradat työstön ohjelmointi 5
NX NX on 3D-suunnitteluohjelmisto tuotekehityksen, suunnittelun ja valmistuksen tarpeisiin. Se on kehitetty yhdistämällä I-DEAS ja Unigraphics-ohjelmistojen toiminnallisuuksia. NX sisältää valikoiman työkalumoduuleita, joita voidaan ottaa käyttöön tarpeen mukaan. Integroituun kokonaisuuteen voidaan liittää osioita tuotekehitys-, suunnittelu- tai valmistusprosessin tarpeisiin. Esimerkkejä moduuleista ovat: Muotoilu Visualisointi Simulointi, testaus (mm. liikeradat, elinikä) Analyysit (mm. lujuus, värähtely, melu, lämpö, toleranssit) 2D-piirtäminen ja työkuvat Valmistettavuuden analyysit Työkalusuunnittelu Valmistuksen ohjelmointi (NC/CAM) ja konesimulointi Erillisenä lisäosana Teamcenter -tiedonhallinta (EDM-PDM-PLM) Uusimmassa NX 10-versiossa on mukana myös Synchronous-teknologia, joka antaa mahdollisuuden yhdistää piirrepohjainen ja "historiaton" mallinnustekniikka ensimmäistä kertaa maailmassa. Autodesk Inventor 2017 HSM 6
Autodesk Inventor 2017 HSM HSM-tekniikka on nyt myös saatava Inventoriin. Käyttöliittymä on heti tuttu ja voivat muutamassa minuutissa voi tuottaa tuottaa korkealaatuisia työstöratoja. Uudet käyttäjät hyötyvät Inventorin 2D- ja 3D-ominaisuuksista ja voivat käyttää oppimaansa myös CAM-prosessissa. Tuloksena on parempi suunnittelun laatu ja nopeammin saatava lopputulos. HSM on suunniteltu tuottamaan mahdollisimman jouheat radat ja näin voidaan lyhentää työstöaikaa ja samalla säätää konetta sekä työkaluja. Lisäksi pinnanlaatu on parempi. HSM sisältää monia uudentyyppisiä työstöratatyyppejä, kuten adaptiivinen rouhinta, joka yleensä kykenee vähentämään rouhinta-ajan neljännekseen. Työkalun kestoikä saattaa kasvaa materiaalin kovuudesta riippuen jopa kymmenkertaiseksi. HSM sisältää kaikki tavanomaiset työstömenetelmät, kuten pintojen työstön yhdensuuntaiset, profiili-, tasku-, pinnankarheuden, säteittäiset, spraailimaiset ja piirtoviimeistelyn radat, jotka ovat tuttuja useimmille CAMkäyttäjille. HSMWorks tuo näihinkin menetelmiin uutta tehoa soveltamalla juohevien ratojen periaatetta. Koneistuskokoonpano Catia V5 7
Koneistuskokoonpano NX10 Koneistuksen suunnitteluprosessi: * kiinnitysten suunnittelu - kiinnitysten määrä - valitaan kiinnittimet kirjastoista - mallinnetaan erikoiskiinnittimet - hyödynnetään tuotemallia kiinnitinsuunnittelussa - muodostetaan koneistusradat kiinnittimen koneistukseen * koneistuskokoonpanon mallintaminen - valitaan kiinnityksen peruselementti (paletti, pylväs jne.) - liitetään malliin kiinnitinelementit, aihio(t) ja työkappale(et) - määritellään mikä on mitä (simuloinnin luotettavuus) 8
Koneistuksen suunnitteluprosessi: * konemäärittelyt - määritellään ja tarkistetaan työstökonetiedot - akselisuus - liikeradat - liikealueet, kierrosnopeudet, syötöt jne. - ohjaustiedot (postprosessori) - työkalun vaihtoasema - referenssikoordinaatisto * vaiheitus - etukäteen - työstöratoja määritettäessä - työkalut, työstöjärjestys, lastuamisarvot Koneistuksen suunnitteluprosessi: * työstöratojen määritys - koneistettavat piirteet ja rajapinnat - koneistusstrategiat - montako lastua, työvarat, laskentatarkkuus jne. - työkalut - mitat ja lastuavat särmät jne. - mallinnetaan tai valitaan kirjastoista - lastuamisarvot - määritellään tai ovat valmiina kirjastotyökaluilla - lähestymis / poistumisradat - kirjastoista valmiit mallit tai määritellään erikseen - kirjastomallit nopeasti valittavissa, ei aina tehokasta - valmiita ratoja voidaan muokata 9
Koneistuksen suunnitteluprosessi: * ratojen simulointi - tarkistetaan työstöradat - törmäykset - muotojen oikeellisuus - koneistusaika * ohjelman kääntö NC-koodiksi - CAM-ohjelman formaatti käännetään cl-tiedostoksi - pptable tiedoston oltava oikein (Catia) - postprosessointi; cl-file käännetään NC-koodiksi - konekohtainen postprosessoriohjelma Koneistuksen suunnitteluprosessi (Catia): Määritellyt työstöradat Pptable: Postprosessoritiedot määritellylle koneelle Cl-tiedosto Työkalun keskipisteen koordinaatit ym. Postprosessori-ohjelman ajo NC-ohjelma 10
NC-ohjelma (Mitsui Seiki / Fanuc) % O1234(14.3.2014 10:44) N5 G90 G10 L2 P1 X-93.14 Y-911.656 Z-735.711 (G54 B0) ( PARTNO : PART TO BE MACHINED ) ( TOOL : T5 Face Mill D 80 ) N10 T05 N15 G91 G30 Y0 Z0 M06 N20 B0 N25 T06 N30 G90 G54 G94 G00 X244.7 Y0. S199 M03 N35 G43 Z20. H05 N40 Z0. N45 G01 X184.7 F139.3 N50 X-57.5 N55 G00 Z100. ( TOOL : T6 Spot Drill D 10 ) N60 G91 G30 Y0 Z0 M06 N65 T07 %108 N10 (FILE:nestaus) N15 (MTR:Steel) N20 (THK:3.000) N25 (HPR:3800 BAR) N30 (ABR:GMA Garnet 80) N35 (ORF:0.25) N40 (TUB:0.76) N45 EXF1 = 0.390 (KERF FOR WATERJET) N50 EXF2 = 250 (High pressure ABG:250 G/MIN) N55 EXF3 = 150 (Low pressure ABG:150 G/MIN) N60 EXF4 = 3800 (High pressure:3800 BAR) N65 EXF5 = 800 (Low pressure:800 BAR) N70 EXF9 = 1 (NUMBER OF ACTIVE TOOLS) N75 G71 N80 G0 X0 Y0 N85 M8 (HIGH PRESSURE) N90 (C:A) N95 G0 X0.000 Y35.937 N100 M4 N105 M6 N110 G41 N115 G1 F162 X0.000 Y37.937 N120 G1 F162 X0.000 Y38.837 N125 G1 F211 X0.000 Y347.285 N130 G1 F162 X0.000 Y348.185 N135 G1 X0.900 Y348.185 N140 G1 F211 X21.149 Y348.185 N145 G1 F162 X22.049 Y348.185 N150 G03 X22.657 Y347.522 I50.000 J373.185 N155 G03 F211 X77.038 Y347.200 I50.000 J373.185 N160 G03 X23.593 Y399.811 I50.000 J373.185 N165 G03 F162 X22.962 Y399.170 I50.000 J373.185 N170 G03 X22.049 Y398.185 I50.004 J373.181 N175 G1 X21.149 Y398.185 N180 G1 F211 X0.900 Y398.185 N185 G1 F162 X0.000 Y398.185 N190 G1 X0.000 Y399.085 N195 G1 F211 X0.000 Y547.285 N200 G1 F162 X0.000 Y548.185 NC-ohjelma (vesileikkaus) N270 G1 F211 X499.100 Y673.185 N275 G1 F162 X500.000 Y673.185 N280 G1 X500.000 Y672.285 N285 G1 F211 X500.000 Y252.562 N290 G1 F177 X500.000 Y251.662 N295 G03 X500.900 Y250.762 I500.900 J251.662 N300 G1 X501.800 Y250.762 N305 G1 F211 X529.100 Y250.762 N310 G1 F162 X530.000 Y250.762 N315 G1 X530.000 Y249.862 N320 G1 F211 X530.000 Y152.662 N325 G1 F162 X530.000 Y151.762 N330 G1 X529.100 Y151.762 N335 G1 F211 X478.800 Y151.762 N340 G1 F177 X477.900 Y151.762 N345 G03 X477.000 Y150.862 I477.900 J150.862 N350 G1 X477.000 Y149.962 N355 G1 F211 X477.000 Y49.024 N360 G1 F162 X477.000 Y48.124 N365 G1 X476.111 Y47.983 N370 G1 F211 X283.579 Y17.533 N375 G03 X259.397 Y2.735 I289.371 J-19.088 N380 G03 F162 X258.876 Y2.001 I289.371 J-19.088 N385 G03 X257.994 Y2.180 I-158.085 J-2051.300 N390 G03 F211 X0.918 Y37.867 I-158.085 J-2051.300 N395 G03 F162 X0.020 Y37.935 I-158.085 J-2051.300 N400 G1 X0.000 Y37.937 N405 M7 N410 G4 0.5 N415 M5 N420 G4 1.0 N425 G40 G91 G0 X0.1 Y0.1 G90 N430 (C:G) N435 G0 X25.000 Y394.191 N440 M4 N445 M6 N450 G41 455 G1 F162 X25.000 Y392.191 N460 G1 F162 X25.000 Y391.291 N465 G1 F211 X25.000 Y387.191 N470 G03 X30.000 Y382.191 I30.000 J387.191 N475 G1 X65.000 Y382.191 N480 G02 X70.000 Y377.191 I65.000 J377.191 N485 G1 X70.000 Y357.191 N490 G02 X65.000 Y352.191 I65.000 J357.191 N495 G1 X5.000 Y352.191 N500 G02 X0.000 Y357.191 I5.000 J357.191 N505 G1 X0.000 Y391.291 N510 G1 F162 X0.000 Y392.191 N515 G1 X0.900 Y392.191 N520 G1 F211 X24.100 Y392.191 N525 G1 F162 X25.000 Y392.191 N530 M7 N535 G4 0.5 N540 M5 N545 G4 1.0 N550 G40 G91 G0 X0.1 Y0.1 G90 N555 (C:G) N560 G0 X25.000 Y594.191 N565 M4 N570 M6 N575 G41 N580 G1 F162 X25.000 Y592.191 N585 G1 F162 X25.000 Y591.291 N590 G1 F211 X25.000 Y587.191 N595 G03 X30.000 Y582.191 I30.000 J587.191 N600 G1 X65.000 Y582.191 N605 G02 X70.000 Y577.191 I65.000 J577.191 N610 G1 X70.000 Y557.191 N615 G02 X65.000 Y552.191 I65.000 J557.191 N620 G1 X5.000 Y552.191 N625 G02 X0.000 Y557.191 I5.000 J557.191 N630 G1 X0.000 Y591.291 11
TYÖKIERROT Ohjauksissa on vakiotyökiertoja tietyille koneistuksille. - poraukset, kierteitykset, avarrukset jne. Kyseessä on makroaliohjelmat, jotka on sidottu määrättyihin käskyihin. Kutsun yhteydessä siirretään tarvittava tieto aliohjelmaan. Ohjauksissa on eroja siinä, miten nämä toimenpiteet toteutetaan. Esim. Fanuc: G0 X50. Y.20. (paikoitus koordinaatteihin) G81 G99 R2. Z-15. (porauskierron määritys ja sen toteutus) Y60. (paikoitus ja poraus) X150. (paikoitus ja poraus) G80 (porauskierron peruminen) TYÖKIERROT Esimerkki Heidenhain: N125 G83 P01 0 P02-30. P03-10. P04 0 P05 0.15 P01 = taso, josta aloitetaan kierto poran asemaan nähden (0 tai -) P02 = kokonaissyvyys (-) P03 = iskun pituus P04 = viive P05 = syöttö Poraus N126 G79 M03 12
TYÖKIERROT Yleisimmät työkierrot: G73 G74 G76 G80 G81 G82 G83 G84 G85 G86 G87 G88 G89 poraus lastunkatkaisulla (drilling break chips) vasenkätinen kierteitys (reverse threading) avarrus karan pysäytyksellä ja väistöliikkeellä kierron peruutus poraus (drilling, spot drilling) poraus viiveellä (drilling dwell deley) pitkän reiän poraus (drilling deep hole) kierteitys (tapping) avarrus paluu syötöllä (boring, boring spindle stop, reaming, counter boring, counter sinking) avarrus paluu kara pysäytettynä takatasaus, sisään ja ulos kara pysäytettynä ja väistöllä (back boring) avarrus viiveellä, paluu käsisyötöllä avarrus viiveellä ja paluu syötöllä TYÖKIERROT: G99 TAI G98 z = 20 Esimerkki pitkän reiän porauksesta: G0 Z20. X10. Y10. G83 G98 R2. Z-50. Q20. z = 2 (R-taso) X80.Y53. G80 z = -18 z = -38 z = -50 13