NC-koneiden rakenteista

1 NC-tekniikka NC-koneiden rakenteista NC-koneen käyttö ja ohjelmointi Tietokoneavusteinen NC-ohjelmointi (C)NC = (Computerized) Numerical Control NC-koneiden rakenteista

2 NC-käyttöjen komponentteja NC-sorvi

3 NC-koneen toimintakaavio S M-ohjaus Anturi Karamoottori Ohjelmoitava tietokone NC-ohjain Muisti Kommunikaatio Asetukset Editointi, animointi PLC Makasiini, ATC, APC, Ovi, Radan generointi, välipisteiden interpolointi S M-ohjaus Moottori Anturi S M-ohjaus Moottori Anturi Ohjauselektroniikkaa Työstökone NC-käyttöjen komponentteja Käyttöpaneeli Teholähde Prosessori ym. PLC Servovahvistimet I/O modulit Servomoottorit

4 NC-käyttöjen komponentteja Aseman mittaus voidaan toteuttaa suoraan lineaarianturilla tai epäsuorasti yleensä servomoottoriin sijoitetulla pyörivällä anturilla Anturit ovat yleensä valosähköisiä tai induktiivisia Anturit voivat olla joko absoluuttisia tai inkrementaalisia Karamoottori on useimmiten taajuusmuuttajalla käytettävä oikosulkumoottori (siis epätahtimoottori) tai kestomagneettiroottorilla varustettu tahtimoottori Servomoottorit ovat nykyisin useimmiten harjattomia kestomagneettiroottoreilla varustettuja tahtimoottoreita tai epätahtimoottoreita (vaihtoehtoja: tasavirtamoottori, askelmoottori, sähköhydraulinen askelmoottori) Liikeanturin lisäksi moottori voi sisältää takogeneraattorin tai magneettijarrun Lineaarimoottorit ovat yleisiä suurnopeuskoneistus- ja levytyökeskussovelluksissa Paikoituksen mittausperiaatteet Epäsuora Suora

5 Lineaarinen absoluuttianturi Pyörivä pulssianturi

6 Lineaarimoottorit Kuularuuvi/mutterirakenteen ongelmia ovat välykset, jotka vaikeuttavat nopeiden syöttöliikkeiden ohjausta varsinkin pitkien kuularuuvien värinät. Lineaarimoottoreissa ei ole em. ongelmia. Niissä: ei ole välyksiä eikä kuluvia osia lainkaan. Toisaalta niitä on vaikea jäähdyttää, ja ne ovat suoraan koneen rakenteissa kiinni eikä niihin voi rakentaa vaihdelaatikkoa, joten niiden kiihdytys- ja jarrutusvoimat ovat rajalliset. NC-koneen käyttö ja ohjelmointi

7 NC:n vaikutuksia verrattuna manuaalityöstöön Työstöajat lyhenevät Vaikeiden muotojen koneistus helpompaa Parempi ja tasaisempi tuotteiden laatu Asetuksia voidaan siirtää ulkoisiksi Minimikustannuksia vastaava tuotantovolyymi yleensä suurempi Koneistajan ja tukihenkilöiden työn sisältö erilainen NC-koneen liikkeet ja liikeakselit Ohjaustyypit Pisteohjaus Janaohjaus Rataohjaus Käytännössä vain viimemainittu enää nykyisin esiintyvä. Joskin varsinkin kiertoakselit usein ovat vain paikoittavia. Työkalu ja työkappale voidaan paikoittaa toisiinsa nähden mihin tahansa asentoon kuudella vapausasteella. Pyörivän työkalun kyseessä ollessa usein vain viisi vapausastetta ovat relevantteja, jos työkalun kulma-asento ei ole tärkeä. Liikeakseleita voi kuitenkin olla enemmän, jopa kymmeniä. Tällöin ohjataan useampia työkaluja tai osalla akseleita kasvatetaan liikealueita tai luoksepäästävyyttä.

8 NC-koneen liikkeet ja liikeakselit Liikeakselit on standardoitu, perustana oikeakätinen suorakulmainen koordinaatisto. Ohjelmoijan ei (periaatteessa) tarvitse tietää liikkuuko työkalu vai työkappale (suhteessa koneen runkoon). Hän voi aina olettaa työkalun liikkuvan koordinaatistossa, joka on kiinnitetty työkappaleeseen. Liikkeet voidaan käytännössä ilmoittaa myös inkrementaalisesti suhteessa edellisen liikkeen päätepisteeseen. Rataohjauksessa liikkeet ohjelmoidaan lineaarisina, ympyränkaarina tai ruuviviivoina. Uudemmissa ohjauksissa myös splinien suora ohjelmointi saattaa olla mahdollista erityisesti NURBS:ien (Non-Uniform Rational B-Spline). Liikekoordinaatisto Huom! Tässä X tarkoittaa työkalun liikettä, X pöydän liikettä.

9 Liikeakselien nimeäminen ISO 841-1974 Positiivinen lineaariakselisuunta on työkalun liike kappaleesta poispäin. Z-akseli on karan suuntainen. Jos kara kallistuu vapaasti tai karaa ei ole, on Z-akseli kohtisuorassa koneen pöytään (tai vastaavaan) nähden. Mikäli mahdollista, X-akseli on vaakasuorassa ja työkappaleen tai työkalun pääliikkeen suuntainen. Jos työkappale pyörii (esim. sorvi), X-akseli on sen säteen suuntainen. Sorvissa x-akselilla ilmaistaan halkaisijamittaa ei siis sädettä. Jos työkalu pyörii ja Z-akseli on vaakasuorassa, positiivinen X-akseli osoittaa oikealle karasta työkappaleeseen katsottaessa (positiivinen Y ei osoita alaspäin). Jos työkalu pyörii ja Z-akseli on pystysuorassa, positiivinen X-akseli osoittaa oikealle karasta (portaalin vasempaan) pylvääseen katsottaessa. Positiiviset kiertoliikkeet A, B ja C etenevät oikeakätistä ruuviviivaa pitkin positiivisiin X, Y ja Z-suuntiin Akselisuunnat: pystykarainen koneistuskeskus Axis Directions Z+ Y+ X + Y + X+ Z- P. Andersson

10 Akselisuunnat: vaakakarainen koneistuskeskus Horizontal Style X+ Y+ Z+ X + Huom! Tässä ( ja standardissa) B tarkoittaa pöydän pyörimistä, B:llä annettaisiin työkalun liikkeen positiivinen suunta kappaleen ympäri. Z + Y- B + P. Andersson Akselisuunnat: portaalityöstökone Gantry Style Z+ Y- X+ Y+ X- Z- P. Andersson

11 Akselisuunnat: Sorvi + - z + C -x P. Andersson Sorvin pyörivät työkalut, C- ja Y-akselit

12 Nolla- ym. erikoispisteet ja työkalukorjaimet Ohjelman nollapiste on työkappalekoordinaatiston nollapiste. Se määrätään suhteessa työkappaleeseen ohjelmointivaiheessa. Ohjelman nollapisteen paikka suhteessa koneen nollapisteeseen tai referenssipisteeseen syötetään koneen ohjaukseen asetusta tehtäessä. Ohjelman nollapisteitä voi olla useita, jolloin käytössä oleva valitaan ohjelmallisesti. Nollapistettä voidaan myös siirtää ohjelmallisesti. Nollapisteen valinta tulee kysymykseen erityisesti vaakakaraisella koneistuksella, kun paletilla on useita samanlaisia työkappaleita kiinnitettyinä, mahdollisesti eri suuntiin. Koneen referenssipiste on koneen mittausjärjestelmän nollapiste. Inkrementtiantureilla varustettu kone on yleensä ajettava tämän pisteen kautta käynnistyksen jälkeen. Koneen nollapiste, mikäli sellainen on määritelty, on mielellään jokin luonteva origon paikka koneen pöydällä, istukan etupinnassa tms. Nolla- ym. erikoispisteet ja työkalukorjaimet X-kompensointi Z-kompensointi

13 Nolla- ym. erikoispisteet ja työkalukorjaimet Työkalun nollapisteen suhteen ohjaukselle kerrotaan työkalujen asetusmitat eli työkalukorjaimet ( työkalun kompensointi ), jotta ohjaus osaa ohjata työkalun ohjelmointipistettä ohjelman mukaisesti siten, että haluttu muoto syntyy. Työkalukorjaimet voidaan ilmoittaa myös nollatyökalun, jonka työkalukorjaimet ovat nollia, suhteen. Työkalujen asetusmitat asetetaan ohjaukseen asetuksen teon yhteydessä. Näitä ovat pituus- ja halkaisijamitat sekä nirkonsäteen suuruus ja nirkon asema. Työkalun vaihtopisteessä tapahtuu työkalun vaihto. Tämä on yleensä myös ohjelman aloitus- ja lopetuspiste. Nirkonsäteen kompensointi

14 Työkalukorjaimien asettaminen Mittaaminen mittavälineillä Mittalastun koneistaminen ja kappaleen mittaaminen Esiasetus tai mittaaminen esiasetuslaitteella koneen ulkopuolella Mittaaminen koneessa NC-koneen käyttö NC-ohjauksen toiminnot Liikkeiden ohjaus Koneen aputoimintojen ohjaus Ohjelmien hallinta, editointi ja simulointi Tiedonsiirto ulkomaailmaan Vikadiagnostiikka

15 NC-koneen käyttö Ohjaustaulun käyttötoiminnot ja kytkimet Päävirtakytkin ja ohjauksen virtakytkin Käyttötapa: automaattikäyttö, käsikäyttö, Manual Data Input (MDI), ohjelmien hallinta, referenssipisteeseen ajo, nollapisteen asetus, työkalukorjaimien asetus Käsikäytön kytkimet luistien siirtämiseksi, karan, istukan, tukikärjen, työkalunvaihtajan, paletinvaihtajan, lastuamisnestepumpun yms. käyttämiseksi Automaatti- ja MDI (Manual Data Input) -käytön kytkimet: ohjelman ajon käynnistys ja pysäytys, syötön pysäytys, lauseen ohitus, valinnainen pysäytys, lauseittain ajo, kuiva-ajo, koneen lukitus Syötön ja karan pyörimisnopeuden %-korjaus Avainkytkimiä ohjelmien suojaamiseksi ja turvatoimintojen ohittamiseen Hätäpysäytys NC-koneen käyttö Aakkosnumeerinen näppäimistö ja näyttö Erilaisia tapoja työkalun aseman näyttämiseksi Suoritettavan ohjelman näyttö Työstönvalvonnan näytöt Työkalutietojen ja nollapisteen asetuksen näyttö ja asetus Työstön animaatio Ohjelmien hallinta Ohjauksen parametrien hallinta Diagnostiikka Yms.

16 NC-koneen käyttö Uuden kappaleen koneistuksen vaiheet Työkalujen asetus, ts. työkalujen kokoaminen, kiinnittäminen revolveriin tai lataaminen makasiiniin ja työkalukorjaimien syöttö Koneen ja kappaleen nollapisteen asetus Ohjelman syöttö Ohjelman testaus kone lukittuna ja ilman kappaletta lause kerrallaan Työkappaleen kiinnitys Ohjelman testaaminen lause kerrallaan kappaleen kanssa Erän valmistus NC-ohjelma NC-ohjelman sisältämä (ja laatimiseen tarvittava) informaatio: Suoraan piirustuksesta saatava geometriatieto, jonka perusteella työkalujen radat määritellään Lastuamisjärjestys, työkalut, syöttösuunnat Lastuamisarvot, jotka riippuvat vaaditusta pinnanlaadusta, toleransseista, työkaluista, työkappaleesta ja sen materiaalista Työstökonekohtainen tieto: ohjelman syntaksi, koneen tarkkuus ja muut ominaisuudet

17 NC-ohjelma: työstöradan ohjelmointi NC-ohjelma NC-ohjelma koostuu lauseista (riveistä), jotka suoritetaan pääsääntöisesti niiden esiintymisjärjestyksessä. Lauseet koostuvat sanoista, jotka koostuvat kirjaimesta ja numeroista. Esimerkki NC-lauseesta: N100 G01 X100 Y50 Z24 F100 // Lauseessa nro 100 siirrytään lineaariliikkeellä pisteeseen x=100, y=50, z=24 syötöllä 100 mm/min. Useimmat käskyt ovat ns. modaalisia, eli ne ovat voimassa, kunnes jokin muu käsky kumoaa ne. Tämä ns. G-koodi on standardoitu väljähkösti, ja ohjauskohtaisia eroja syntaksissa ja koodien merkityksissä esiintyy. Erityisesti ns. työkierrot ovat epästandardeja. Lisäksi NC-ohjausten valmistajilla on omia täysin poikkeavia formaattejaan. Yleensä nämäkin ohjaukset kuitenkin toimivat myös G-koodilla, kuten Suomessa yleiset Mazak ja Heidenhain.

18 NC-ohjelma NC-sanojen standardimerkityksiä: O ohjelman numero N rivinumero G akselien liikkeisiin vaikuttavat käskyt X, Y, Z, U, V, W, A, B, C paikoitukset I, J, K ympyränkaaren keskipisteen etäisyys (yleensä alkupisteestä) R ympyränkaaren säde F syöttö S karan- tai lastuamisnopeus T työkalu M koneen on/off-tyyppiset aputoiminnot (Fanuc: H, D työkalu-offset; P, Q, R parametreja; P aliohjelman numero; L aliohjelman toistokerrat) EOB End of Block. NC-ohjelma Yleisiä G-koodeja G00 Paikoitus pikaliikkeellä G01 Suoraviivainen syöttöliike G02 Ympyränkaari (tai ruuviviiva) myötäpäivään G03 Ympyränkaari (tai ruuviviiva) vastapäivään G04 Viive G33 Kierteitys G40 Työkalun halkaisijan tai nirkonsäteen kompensoinnin poisto G41 Työkalun halkaisijan kompensointi, työkappale oikealla G42 Työkalun halkaisijan kompensointi, työkappale vasemmalla G54 Oheisissa esimerkeissä työkoordinaatiston 1 valinta G90 Absoluuttinen ohjelmointi G91 Inkrementaalinen ohjelmointi G96 Vakiolastuamisnopeus G97 Vakiopyörimisnopeus

19 NC-ohjelma Yleisiä M-koodeja M00 Ohjelman pysäytys M01 Valinnainen pysäytys M02 Ohjelman loppu M03 Karan käynnistys myötäpäivään M04 Karan käynnistys vastapäivään M05 Karan pysäytys M06 Työkalun vaihto M08 Lastuamisneste päälle M09 Lastuamisneste pois M30 Ohjelman loppu ja paluu alkuun M41 - M42 Karan pyörimisnopeusalueita (vaihteita) M98 Aliohjelman kutsu M99 Aliohjelman loppu NC-ohjelma: jyrsintä

20 NC-ohjelma: sorvaus Huom! Tässä ohjelmassa vain viimeistely, ei rouhintaa. Fanucin poraustyökiertoja G98 G8_ G99 G8_ Z P Q G80 Paluu lähtöpisteeseen Paluu tasoon R Pohjan taso Viive pohjassa Kertasyötön syvyys Työkierron toiston lopetus

21 Asetuslehti Ohjelmoija dokumentoi asetuslehdelle asetuksen tekemisen ja koneistuksen suorittamisen edellyttämän koneistajan tarvitseman informaation, esim.: Kappaleen nimi ja piirustusnumero versiotietoineen Ohjelman nimi tai numero versiotietoineen Ohjelman tekijä, valmistumispäivä (ja hyväksyjä) Työstökone Koneistuskiertojen järjestys, kuvaukset työstöarvoineen ja vastaavien työkalujen työkalupaikan numerot, työkalujen numerot, terien numerot, työkalun kuva(us) ja kompensointitiedot Kiinnityksen kuva(us), kiinnitysmitat ja kiristysmomentti tai paine yms. Kappaleen nollapiste Koneaika Asetuslehti kulkee ohjelman mukana paperilla tai sähköisesti. Asetuslehti yhden työkalun osalta: Tietokoneavusteinen NC-ohjelmointi Voi tapahtua: Korkeantason ohjelmointikielellä, esim. APT, Automatically Programmed Tool CAD-ohjelman NC-ohjelmointimoduulilla Erillisellä graafisella NC-ohjelmointiohjelmalla, johon saatetaan lukea CADohjelmalla luotu kappalegeometria sopivassa standardimuodossa Verstaalla vuorovaikutteisesti NC-ohjauksen omalla graafisella ohjelmointiohjelmalla Enemmän tai vähemmän tietokoneavusteisesti muuttuja-aliohjelmointina Työkappaleperheelle kirjoitetulla täysin dedikoidulla tietokoneohjelmalla Tulevaisuudessa ehkä STEP-NC:llä, joka muistuttaa APT:ia. Näistä kolme ensimmäistä edellyttävät yleisjärjestelminä konekohtaisen sovitusosan, ns. postprosessorin, jolla ohjelmoinnin tulos muotoillaan kyseessä olevan työstökoneen lukemaan formaattiin. Postprosessorin lukema välitulos voi olla standardoitu ns. CL, Cutter Location, -tiedosto. Posprosessorin päätuloste on NC-ohjelma, useimmiten siis ns. G-koodi.

22 Tietokoneavusteinen CAD-malliin perustuva vuorovaikutteinen NC-ohjelmointi Apuna käytetään CAD-mallin geometriaa. Tämä ei sellaisenaan kuitenkaan usein kelpaa, koska: Geometrian on oltavaa jatkuvaa ja oikein CAD-malli on yleensä tehty nimellismitoille eikä esim. toleranssialueen keskelle Työvaroja on osattava jättää tarvittaessa esim. hiontaa varten Muotti, keerna ja elektrodi ovat eri kokoisia kuin lopullinen tuote Viisteet, pääteurat yms. std-muodot voivat olla mallintamatta Apugeometria aihiolle ja kiinnittimille voidaan joutua lisäämään Tietokoneavusteinen NC-ohjelmointi

23 Keskimääräiset konekustannukset Mazak FH 480 Vaakakarainen koneistuskeskus 2 työvuoroa, á 1500 tehtyä työtuntia Hankintahinta 250 000 euroa Kustannuslaji euro/h Työ 25,2 Poisto 8,3 Korko 2,5 Vuokra 3,2 Energia 0,7 Huolto 3,3 Työnjohto 1,7 NC-ohjelmointi 3,4 Työkalut 10,0 ATK, YK-aineet ym. 3,0 Yhteensä 61,3 =15*1,68 =250000/(10*1500*2) =250000/2*0,06/(1500*2) =8*100*12/(1500*2) =22 kw * 0,2 * 0,1 euro/kw / 0,6 =10000/(1500*2) =0,1*50000/(1500*2) =0,2*50000/(1500*2) =10 =3 =SUM()