Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L IT E C H N IK I ŚLĄ SK IEJ Seria: A U T O M A T Y K A z. 125
________ (998 N r kol. 1391
Jan B A R C Z Y K
P o litech n ik a W arszaw sk a
K azim ierz D O G IE L , M arek K ŁO SO W 1A K , Jan SU C H A R E W IC Z O śro d e k B a d a w c z o -R o z w o jo w y U rządzeń S terow ania N apędów w T oruniu
O P R O G R A M O W A N IE I Z A S T O S O W A N IA
F R E Z A R K I S T E R O W A N E J N U M E R Y C Z N IE T Y PU M C P
S treszczen ie. W pracy przedstaw iono budow ę, o p ro g ram o w an ie i z a sto so w a n ia frezarki stero w an ej num erycznie typu M C P, zbudow anej w O śro d k u B ad aw czo -R o zw o jo w y m U rz ą d z e ń S tero w an ia N ap ęd ó w w Toruniu. K o n stru k cja frezarki w y k o n an a je s t z e lem en tó w system u M B. O program ow anie sterujące, zain stalo w an e na k o m p u te rz e klasy IB M P C 4 86 (pam ięć ram min. 4 M B) z kartam i sterującym i m aszynąj realizuje w szy stk ie funkcje obrabiarki i dialogu z użytkow nikiem . Język o p ro g ra m o w a n ia o b ra b ia rk o w e g o M C P je s t podobny do innych ję z y k ó w p ro g ram o w an ia o brabiarek ste ro w a n y c h num erycznie. F rezark a typu M C P je s t p rzezn aczo n a do o b róbki k ształto w ej ró żn y ch m ateriałó w i w zależności od w yposażenia m oże być sto so w a n a w o p eracjach frezo w an ia, cięcia lub gratow ania.
C O N T R O L A N D A P P L IC A T IO N O F M IL L IN G M A C H IN E M C P S E R IE S
S u m m a ry . S u p p o rtin g stru ctu re o f th e m achine tool is com p o sed o f alum inium profiles o f M B system . T h e m achine consists o f th ree perpendicularly com bined linear m ovem ent units. A ny u s e r determ ines the application o f th e m achine acco rd in g to a to o l m ounted on it. B e tw e e n o th ers it is w o rth to suggest that-it is very useful as a milling, c u ttin g and en g rav in g device. As th e milling m achine it is able to w o rk on such m aterials as: non- fe rro u s alloys, therm oplastics, therm osetting plastics and lam inated m aterials. A files for th e m achining can b e created by m eans o f any g raphic program such as C O R E L D R A W , o r any C A D p ro g ram th at g en erates files in H P G L form at. M C P co n tro l p ro g ra m can also a c c e p t C N C language p rogram s m ade w ith any CA M so ftw are co n tain in g suitable fo r M C P m achine p o st processor.
1. B u d o w a m a szy n w sy stem ie M B
S y stem M B (M aschinenbau, m achinę building) firmy ] T E M o p arty zo stał na n au k o w y ch p o d sta w a c h b u d o w y m aszyn i urządzeń [1]. P o d staw o w e elem enty k o n stru k cy jn e tw o rz o n e są p rz e z p ro jek tan ta z profili alum iniow ych o różnych p rzek ro jach i różnych
12 J. B arczyk. K .P o p iel. M .K łosow iak. J.S u ch arew icz
k ształtach , o d ługości do 6 m. Pow ierzchnie profili są galw anicznie a n o d o w a n e na k olor naturalny lub czarny, a w ięc nie w ym agają żadnej dodatkow ej obróbki pow ierzchniow ej, są o d p o rn e na ścieranie, nie p rzew o d zą prądu elektrycznego do 24V . System M B składa się z p onad 2 0 0 0 ró żn y ch elem entów .
P ro s te i zło żo n e zespoły konstrukcyjne uzyskuje się stosując b o g aty z estaw elem en tó w złącznych, um ożliw iający realizację połączeń stałych i ruchow ych. K ażdy rodzaj połączenia z ap ew n ia n ajw y ższą w ytrzym ałość, zdecydow ane połączenie siłow e i p raw id ło w e położenie profili. P o łącze n ia w system ie M B są łatw e w realizacji, gdyż w ym agane je s t tylko w yk o n an ie w ierceń i n ag w in to w an ie o tw o ró w . N ajistotniejszą zale tą budow y urząd zeń [2] z elem en tó w system u M B je s t elastyczność tw orzonych konstrukcji. K onstrukcję n o śn ą m aszyny stanow i ram a z profili, k tó rą uzupełnia się zgodnie z potrzebam i zespołam i napędow ym i, w spornikam i, osłonam i itp. Z elem en tó w system u M B b udow ane są m anipulatory p rzem ysłow e [3], System k o m p u te ro w e g o w sp o m ag an ia p rojektow ania z elem entów system u M B um ożliw ia tw o rzen ie k on stru k cji w przestrzen i trójw ym iarow ej o raz dokonyw anie oglądu k o n stru k cji z różnych k ą tó w w idzenia.
2. W ie lo o sio w e m aszyn y sterow an e num erycznie
S p ecjaln ą g ru p ą u rządzeń budow anych w system ie M B są m aszyny w ieloosiow e:
to k ark i, frezarki, p lo tery i inne maszyny serii M CP.
W ielo o sio w e m aszyny stero w an e num erycznie m ają b u d o w ę p o rtalo w ą, w y k o n a n ą z an o d o w an y ch profili alum iniow ych system u M B. W m aszynach tych sto so w a n e są serw o n ap ęd y prądu stałego, z których napęd przenoszony je s t przez śruby to c z n e (w M C P ) lub paskam i zębatym i (w P M C ). Pow ierzchnia ro bocza stołu m aszyn w ielo o sio w y ch dzięki sto so w an iu profili alum iniow ych m oże być w ykonyw ana na zam ów ienie w zależności od p o trzeb u ż y tk o w n ik a i m oże w ynosić do 2x3 nr. P lotery przeznaczone są do o b ró b k i płaskiej (z d w u stan o w y m przem ieszczeniem narzędzia - 2.5 D), natom iast m aszyny M C P p rzezn aczo n e są do o b ró b k i przestrzennej (3D , rys. 1). Frezarka typu M C P (rys. 2) m a ste ro w a n e napędy D C w trz e c h osiach (X i Y - przekładnie pasow e, Z - przekładnia śru b o w a) o ra z w y p o sażo n a je s t d o d a tk o w o w podciśnieniow y stół i m agazyn narzędzi. Z ałączen ie z aw o ru p o d ciśn ien io w eg o p o w o d u je uaktyw nienie jednej z sekcji stołu i o d p o w ied n ie u m o co w an ie o b rab ian eg o obiektu. L iczba narzędzi w m agazynie je s t d o sto so w y w an a do potrzeb u ży tk o w n ik a.
O p ro g ram o w an ie i zasto so w an ia 13
Rys. 1. Widok maszyny 3D Rys.2. Widok frezarki typu MCP
F ig.l. A scheme o f 3D machine Fig.2. Milling machine o f MCP series
3. S te r o w a n ie i o p ro g ra m o w a n ie frezarki
S te ro w a n ie fre z a rk ą realizow ane je s t z k om putera klasy P C w system ie on-line lub off
line. S ch em at połączeń frezarki ze sterow nikiem i kom puterem p rzed staw io n o na rysunku 3.
R ys.3. Schem at połączeń frezarki Fig. 3. A schem e o f control o f th e m achine
D la p o d staw o w ej konfiguracji system u sterow ania niezbędne są:
• k o m p u te r z trzem a w olnym i gniazdam i m agistrali rozszerzeń IS A (U C N C i U W E W Y ),
• układ stero w an ia (połączony z je d n o s tk ą zasilającą, p rzetw ornikam i często tliw o ści i stero w n ik am i silników D C ),
• fre z a rk a ty p u M C P z silnikami D C dla każdej osi X, Y i Z.
14 J. B arczyk. K .D ogiel. M .K łosow iak, J.S u ch arew icz
O p ro g ra m o w a n ie sterujące frezark ą w ym aga k o m p u tera typu IB M PC 4 86 z zegarem 50 M H z, z system em operacyjnym D O S w w ersji nie m łodszej niż 5.0. W p rzy p ad k u zło żo n y c h trajek to rii ru ch u niezbędna je s t pam ięć R A M min. 4M B .
P ro g ra m przyjm uje form aty plików źródłow ych: H P G L (stan d ard zapisu plików p lo tero w y ch przezn aczo n y ch dla p lo teró w H ew lett P ackard) i C N C (ję zy k obrab iark o w y , za p o m o c ą k tó re g o m o żn a zap ro g ram o w ać p ro ste trajektorie). P o uruchom ieniu p ro g ram u na ek ran ie m o n ito ra u k azu je się zestaw realizow anych funkcji, k tó re w yw ołuje się za p o śred n ictw em klaw iszy funkcyjnych.
O p ro g ram o w an ie steru jąc e składa się z szeregu plików zaw ierających w szystkie n iezbędne funkcje: stero w an ia całością, dialogu z użytkow nikiem , k o nfigurację obrabiarki i narzędzia. Plik konfiguracyjny n arzędzia zaw iera: średnicę narzędzia, pozycję m o co w an ia narzędzia, pozycję poło żen ia czujnika pom iaru długości narzędzia o raz w arto ści m aksym alnej, i m inim alnej d rogi w ykonyw anej przez narzędzie od pozycji górnej do zadziałania czujnika p o ło żen ia narzędzia.
Z e ro w spółrzędnych program u w prow adzane je s t p odczas operacji bazow ania, lecz je s t ta k ż e m o żliw e przesunięcie teg o zera w inny o b szar przestrzeni ro b o czej, np. d o p ro w a d z a ją c do żąd a n e g o p o ło żen ia po d czas ręcznego sterow ania. S terow anie tak ie realizo w an e je s t za p o m o c ą klaw iszy alfanum erycznych, przy czym 6 klaw iszy realizuje przem ieszczenia p o szczeg ó ln y ch je d n o s te k , 2 klaw isze służą d o zm iany prędkości i 2 klaw isze do urucham iania i zatrzy m y w an ia narzędzia.
P aram etry p racy frezarki m o g ą być ustaw iane z w y korzystaniem p ro g ram ó w p rzy g o to w an y ch w jęz y k u H P G L , przew ażnie są to pliki z ro zszerzeniem *.plt. U staw ianie p o leg a na przyjęciu o dpow iednich param etrów dla skali X i Y, głęb o k o ści frezow ania, p o zio m u ru c h ó w przestaw czy ch , prędkości roboczej, k ą ta w ejścia, ła g o d n eg o w ejścia w m ateriał, sk o k u w yjścia o raz optym alizacji ruchu.
F u n k cja sym ulacji p ro cesu m oże być realizow ana w trybie frezo w an ia (p o d czas po d g ląd u g raficzn eg o przedstaw iany je s t stan osi Z ) lub w trybie cięcia i ry so w an ia (w ó w czas p rzed staw ian y je s t graficznie kąt obro tu n oża tnącego). Podgląd graficzny p ro g ram u w y k o n a w c z e g o p o leg a na ukazaniu się na ekranie trajektorii obróbki na tle p o w ierzch n i stołu m aszyny i w y m iaró w obrabianego m ateriału.
O p ro g ra m o w a n ie i zasto so w an ia 15
4. O p is ję z y k a ob ra b ia rk o w eg o M C P
Języ k p ro g ram o w an ia frezarki je s t podobny do innych ję z y k ó w p ro g ram o w an ia o b rab iarek stero w an y ch num erycznie, np. obrabiarki U SN N U M S 331 FC. D la w iększej czytelności i p ro sto ty w p ro w ad zo n o szereg rozszerzeń, polegających m iędzy innym i na m ożliw ości zapisyw ania w jednej linii dow olnej liczby ro zk azó w logicznie u zasadnionych o ra z ich zap isy w an ie w dow olnej kolejności (a b ę d ą one realizow ane zg o d n ie z ich hierarchią).
Z b ió r zaw ierający program pracy obrabiarki pow inien zaw ierać w kolejności n a stęp u jące elem enty:
• k o m e n ta rz p o p rzed zający w łaściw y program pracy obrabiarki (n azw a p ro g ram u , data, n a z w a d etalu, u ży w an e narzędzia itp.),
• znaczniki p o c zątk u program u,
• linie p ro g ra m u tech n o lo g iczn eg o zaw ierające rozkazy dla obrabiarki (m aksym alna liczba linii p ro g ram u zależy od ilości w olnej pam ięci kom putera),
• funkcje k o ń c a p ro g ram u o raz znacznik k o ń ca program u,
• d o w o ln y k o m e n ta rz k o ńczący program .
P o za k o m en tarzem poprzedzającym i kończącym p ro g ram pracy ob rab iark i m ożliw e je s t u m ieszczanie kom en tarzy w dow olnym miejscu w ew n ątrz program u.
Je d n ą z funkcji prog ram u je st pobieranie narzędzia z m agazynu; p ro g ram um ożliw ia użycie dziesięciu narzędzi. D la każdego narzędzia przypisany je s t zb ió r w sp ó łrzęd n y ch X i Y.
Cykl w ym iany narzęd zia przebiega w następującej kolejności:
1 ) podniesienie w rzecio n a w osi Z do pozycji Z m„ ,
2 ) p rzem ieszczen ie w rzecio n a do pozycji zadanej w zbiorze p a ra m e tró w narzędzi X , Y, 3 ) d la o b rab iarek nie w y posażonych w m agazyn narzędzi w yśw ietlony z o staje k o m u n ik at o
w ym ianie n arzęd zia z podaniem je g o n um erów i p aram etró w - w ym iana d o k o n y w an a je s t ręcznie,
4 ) p o w ró t w rzecio n a do pozycji p o czątkow ej w płaszczyźnie X Y ,
5 ) o p u szczen ie w rzecio n a w osi Z do pozycji w yjściow ej.
Fu n k cja korekcji prom ienia narzędzia uniezależnia p ro g ram o w an ie od średnicy użytych narzędzi - m o że o n a być sto so w an a dla ruchów z interpolacją liniow ą i ru ch ó w przestaw czy ch . T o uniezależnienie p ro g ram o w an ia oznacza, że w czasie p ro g ram o w an ia n arzędzie tra k to w a n e je s t ja k o p u n k t, k tó re g o d ro g ę należy określić. R zeczyw isty to r zo stan ie obliczony z u w zględnieniem średnicy zad ek laro w an eg o narzędzia. P o d czas k orzystania z korekcji należy
I Ł J. B arczyk. K .D oeiel. M .K łosow iak. J.S u ch arew icz
być św iadom ym sp o so b u jej realizacji i w ynikających z niej pew nych ograniczeń, np.
niep o żą d an eg o obcięcia obrabianego przedm iotu przy zm ianach to ru ruchu.
D o definiow ania często w ystępujących w program ie operacji, takich ja k w iercenie lub frezo w an ie zagłębień, słu żą cykle obróbkow e. P odczas definiow ania stałeg o cyklu należy p o d a ć w szy stk ie w ym agane param etry, k tó re m uszą w ystąpić w tej samej linii co funkcja cykliczna. P aram etry te są interpretow ane indyw idualnie przez d an ą funkcję, z g o d n ie z ich definicjam i. P o zio m narzęd zia w osi Z, w m om encie w yw ołania cyklu, je s t tra k to w a n y ja k o pozio m w ycofania. P łaszczyzna musi być tak dobrana, aby leżała nad ew entualnym i p rzeszk o d am i, nad pow ierzchnią obrabianego przedm iotu. G łębokość frezo w an ia (w iercenia) obejm uje fa k ty czn ą głęb o k o ść obróbki plus dystans m iędzy p ow ierzchnią p rzed m io tu a płaszczy zn ą bezpieczeństw a.
5. Z a sto so w a n ia frezarki
O p raco w an ie konstrukcji i oprogram ow ania obrabiarek typu M C P stw orzyło m ożliw ość zasp o k ajan ia co ra z w iększych w ym agań użytkow ników . W ykorzystanie elem entów system u M B um ożliw ia realizow anie indyw idualnych zam ów ień u ży tk o w n ik ó w , dotyczących g łó w n ie w y m iaró w stołu rob o czeg o (np. dla frezarki M C P 2 0 2 1S przestrzeń ro b o c z a w ynosi 2 0 0 0 x 1 2 5 0 x 1 5 0 m m ), lecz tak że w yposażenia w m agazyn narzędzi, podciśnieniow e m o co w an ie itp. O p ro g ram o w an ie frezarki spełnia ró w n ież w ym agania u ży tk o w n ik ó w d o ty czą ce m ożliw ości korzystania z p ro g ram ó w kom puterow ych w pro cesach obróbczych o ra z w izualizacji przebiegu procesu.
O b rab iark a typu M C P, w zależności od w yposażenia tech n o lo g iczn eg o , m oże być p rz ezn aczo n a do frezow ania, w iercenia, graw erow ania, szlifow ania a ta k ż e cięcia. T a u n iw ersaln o ść spraw ia, że obrabiarki te sto so w an e są szczeg ó ln ie w małych p rzed sięb io rstw ach , w w arsztatach prototy p o w o -d o św iad czaln y ch i narzędziow niach.
M o żliw o ść aplikacji takich p ro g ram ó w , ja k C O R E L D RA W , S IG N U S czy C A D p o w o d u je, że obrabiarki ty p u M C P są idealnym narzędziem w ykorzystyw anym w p racow niach rek lam o w y ch i artystycznych.
O p ro g ra m o w a n ie i zasto so w an ia 17
R ys.4. W idok frezarki typ M C P 2 0 2 1 S Fig.4. M illing machinę M C P 2 0 2 1S
6. P o d s u m o w a n ie
S ystem M B je s t kom pletnym system em konstrukcyjnym , w ykorzystyw anym do b u d o w y m aszyn, zapew niającym lekkość i odpow iednią w ytrzym ałość konstrukcji.
K o n stru o w a n ie m aszyn w system ie M B dzięki k o m p u tero w em u w sp o m ag an iu um ożliw ia szybkie i oszczęd n e projektow anie przy minimalnym nakładzie pracy, a dzięki łatw em u m o n tażo w i p o zw ala na szybkie uruchom ienie m aszyn, zaw sze an g ażu jąc środki fin an so w e niższe niż przy tradycyjnych rozw iązaniach.
W ie lo o sio w e m aszyny sterow ane num erycznie znalazły z a sto so w an ie w produkcji m ałoseryjnej i je d n o stk o w e j, na przykład przy frezow aniu w m iękkich m etalach lub tw o rz y w a c h sztucznych, w ycinaniu k ształtó w w drew nie, gum ie, g ą b c e itp. P lotery w y k o rzy sty w an e są w pracow niach reklam , przy nacinaniu folii sam oprzylepnej, g raw ero w an iu napisów itp.
18 J. B arczyk. K .D ogiel. M .K łosow iak. J.S u ch arew icz
L IT E R A T U R A
1. P u fF T ., S ołtys W .: P o d staw y technologii m ontażu m aszyn i urządzeń. W N T , W arszaw a 1980.
2. B arczy k J., B o żen k o L., K unicki K.: W ybrane zagadnienia w p ro jek to w an iu i m ontażu m o d u ło w y ch m aszyn i urząd zeń w system ie M B. T echnologia i au to m aty zacja m ontażu, 1995, nr 4, s. 10-12.
3. B arczy k J., K unicki K .: A utom atyzacja obsługi w tryskarek z w ykorzystaniem m an ip u lato r
ó w Z E L M A N . Z eszyty N au k o w e Politechniki Śląskiej, seria A utom atyka, z. 119, G liw ice 1996, s. 151-159.
R ecenzent: D r inz. A lek san d er S taszu lo n ek
A b stra ct
S u p p o rtin g stru c tu re o f the m achine tool is com posed o f alum inium profiles o f MB system . T h e m achine consists o f three perpendicularly com bined linear m ovem ent units. X and Y m o v em en t unit are driven by D C m otor through timing belts and fo r Z axis th ro u g h coupling and ball sc re w gear. B ase configuration o f control system requires: co m p u te r w ith up to th ree e x ten sio n IS A bo ard s, control unit (case w ith p o w er unit, D C m o to r drives and frequency inverter) and M C P m achine w ith D C m otors in each m ovem ent axis. O ptionally m achine may be eq u ip p ed w ith co n tro l console, to o l m easuring sensor and suitable fo r u sed spindle speed ro tatio n regulator. A files fo r the m achining can be created by m eans o f any g rap h ic p ro g ram such as C O R E L D R A W , o r any C A D program that g en erates files in H P G L form at. M C P co n tro l p ro g ra m can also accept C N C language p rogram s m ade w ith any C A M so ftw are c o ntaining suitable fo r M C P m achine post processor. A ny u ser determ ines the app licatio n o f the m achine acco rd in g to a to o l m ounted on it. B etw een o th ers it is w o rth to su g g est th a t it is very useful as a milling, cutting and engraving device. As th e milling m achine it is able to w o rk on such m aterials as: non -ferro u s alloys, therm oplastics, th erm o settin g plastics and lam inated m aterials. M C P m achine can be applied in small craft w o rk sh o p , artistic and design m an u factu re (especially fo r letter cutting) and others. In applying m achines to le tte r cu ttin g o r for advertising, it is possible to use files prepared in C O R E L D R A W , S IG N U S , E asyS IG N , V e c to rC U T and o th e r similar.
