1

Programowanie

CNC
Wstęp

              Ponieważ nie znalazłem w sieci żadnej polskojęzycznej strony poświęconej programowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie postanowiłem umieścić tu trochę podstawowych informacji na ten temat. Dopiero niedawno wyszło w Polsce kilka ciekawych książek o CNC. Np. Bronisław Stach "Podstawy programowania obrabiarek sterowanych numerycznie" wydane przez WSiP, czy wyd. REA seria "Podstawy obróbki CNC" która jest tłumaczeniem instrukcji do systemu MTS. Odsyłam tu do działu Literatura.

              Chociaż zdawać by się mogło, iż w dobie tak potężnych i rozpowszechnionych systemów CAD/CAM ręczne programowanie obrabiarek odchodzi w zapomnienie, to jednak jest to bardzo potrzebna i poszukiwana umiejętność. I to zarówno u technologów i inżynierów, jak i u operatorów obrabiarek. Bo co zrobić, kiedy okazuje się, a okazuje się tak prawie zawsze, że w ostatniej chwili trzeba dokonać drobnych korekt w programie NC? Albo że jeden z otworów trzeba przesunąć o milimetr? Już nie mówiąc o sytuacji kiedy złamiemy ostatni frez o średnicy 16mm, a na magazynie są same 14 mm?

Z doświadczenia wiem, że operatorzy potrafiący samodzielnie dokonywać poprawek w programie są bardzo cenieni przez pracodawców.

              Przy pisaniu stron dotyczących programowania CNC posiłkowałem się oryginalnymi instrukcjami programowania firm EMCO, FANUC, MTS, a także swoimi własnymi materiałami szkoleniowymi.

              Całość tekstu chroniona jest prawem autorskim i nie można jej publikować ani w żaden sposób wykorzystywać zarobkowo bez wiedzy i zgody autora. Proszę jej w żaden sposób nie traktować jako darmowe dobro wspólne tylko dlatego, że jest zamieszczona w Internecie.

              Grafiki zamieszczone w tekstach są częściowo dziełem moim, a częściowo są zapożyczone z instrukcji wymienionych powyżej.

              Nie miałem na celu napisania wielkiej encyklopedii systemów programowania obrabiarek. Zamieściłem tylko podstawowe informacje, aby dać pojęcie o co w tym wszystkim chodzi. Umiejętność programowania obrabiarek to wiedza przede wszystkim technologiczna i większości z niej nie da się nauczyć z książek, tak jak nie da się z książki nauczyć prowadzenia samochodu. To co przedstawiłem to tylko pewne ogólne zasady. Wiem jednak, że wielu studentów, uczniów, czy nawet operatorów obrabiarek chciało by się zapoznać z pewnymi podstawami programowania i to właśnie chciałem im umożliwić. Jeśli serwis spotka się z zainteresowaniem ze strony internautów, będzie w miarę możliwości rozwijany.

              Zapraszam też autorów do współpracy. Te trzy systemy programowania to zaledwie wierzchołek góry lodowej. Bardzo dobrze było by coś napisać o toczeniu i frezowaniu w systemie Heidenhain do którego instrukcji na razie nie dorwałem, oraz o paru innych. Póki co mamy nieograniczoną ilość miejsca na serwerze CKP we Wrocławiu.

Z poważaniem
Piotr Lecyk

Pisma i linki dotyczące tematyki CAD/CAM

Podstawowe zasady

Większość obrabiarek przemysłowych jest sterowanych w systemie CNC (skrót powstał od Computer Numerical Control - czyli po prostu sterowanie komputerowe). Praktycznie każdy producent ma swój dialekt programowania maszyn, jednak wszystkie one opierają się na pewnej ogólnej normie.
Najprościej rzecz biorąc, program maszynowy wygląda jak instrukcje dla pracownika - idioty:

1. weź narzędzie nr 1
2. dźwignię "kierunek obrotów" przestaw w położenie "w lewo"
3. dźwignię "posuw" ustaw na pozycji 0,15 mm/obrót
4. przestaw narzędzie na 2 mm nad przedmiot
5. skrawaj pionowo w dół, aż do osi przedmiotu itd itd.
Oczywiście obrabiarki programuje się specjalnym kodem i powyższy program może wyglądać np. tak:

N0000 G56 G53 T0000
N0010 G54 G57
N0020 T0101 G95 F150 G96 S150 M04
N0030 G92 S2500
N0040 G00 X32. Z0.
N0050 G01 X-0.5
itd. itd. ....

Przykład programu w systemie EMCOtronic

              Całe programowanie obrabiarek sprowadza się do wodzenia wierzchołkiem narzędzia w układzie współrzędnych. Jeśli ktoś zrozumie tą ideę, nie będzie miał problemu z pisaniem i czytaniem programów. Prześledźmy to na podstawie programowania toczenia.

Jeśli wydamy maszynie polecenie G00 X2. Z3. to narzędzie z punktu, w którym akurat stoi pojedzie po prostej do punktu o współrzędnych X=2 i Z=3.

Proszę zwrócić uwagę na dziwne na pierwszy rzut oka ustawienie osi współrzędnych. Wynika to z zasady, że w mechanice, robotyce itp. wszędzie tam, gdzie następuje obrót zwykło się umieszczać układ współrzędnych tak, by obrót następował wokół osi Z. W tokarce obraca się przedmiot, stąd takie a nie inne umieszczenie osi. Dodatkowo, oś X oznacza średnice a nie promienie, co jest ułatwieniem, ponieważ rysunki tokarskie zwymiarowane są średnicami. Jeśli należy stoczyć wałek na średnicę 30 mm pisze się po prostu X30.

Programy NC można tworzyć na dwa sposoby - pisać ręcznie - co w przypadku wielu detali wykonywanych w przemyśle jest nadal najprostszą i najczęściej stosowaną metodą, zwłaszcza w małych firmach, których nie stać na bardzo drogie oprogramowanie typu CAD/CAM, albo generować automatycznie na podstawie rysunku (to jest właśnie CAM). W tej drugiej metodzie technolog pokazuje komputerowi które krawędzie na przedmiocie ma obrobić jakim narzędziem, a sam program NC jest generowany automatycznie przez komputer. Jednak nawet ta druga metoda wymaga perfekcyjnej umiejętności czytanie programu NC, bo nie spotkałem jeszcze systemu CAD/CAM, który nie wymagał by dokonania pewnych drobnych korekt ręcznie, ja nie spotkałem jeszcze tak odważnego technologa, który zupełnie zaufał by maszynie i puścił taki wygenerowany automatycznie program na żywioł od razu na obrabiarce. Musiał by to być bardzo bogaty człowiek, bowiem nawet najdoskonalszy symulator obróbki nie jest w stanie przewidzieć wszystkich możliwych sytuacji kolizyjnych.

              Tak czy tak, trzeba umieć biegle czytać i pisać program NC. Na pocieszenie dodajmy, że jest to jeden z najprostszych języków programowania w przyrodzie, trochę podobny do starego dobrego BASICA. Dzięki Bogu, nie tworzyli go szaleni informatycy, tylko inżynierowie.

              Struktura programu

Zasadniczo każdy program NC składa się z trzech części:

Nagłówka – w którym znajduje się numer programu. Numery programów są zwykle czterocyfrowe i rozpoczynają się od litery "o" np.: o0001, o3513 , o2225. Ta sama litera o służy do wywoływania numeru programu z pamięci maszyny. Jednak w treści programu często zamiast litery o znajduje się znak % lub inne znaki sterujące np. !*

Treści programu – wszystko to co jest pomiędzy nagłówkiem a zakończeniem.

Zakończenia – Zwykle jest to funkcja M30.

Treść programu składa się z bloków czyli linijek programu. Chociaż używa się nazwy blok dlatego że np. w systemie EMCO jeden blok może mieć do czterech linijek na ekranie komputera. Bloki składają się ze słów. Pojedyncze słowo to kombinacja litery i od jednej do czterech cyfr. np. G01, T0232, M04, F100.

Każdy blok programu zaczyna się od numeru bloku oznaczanego literą N po której następują cztery cyfry. Po numerze bloku występuje funkcja G, po niej w zależności od potrzeb: współrzędne X, Y, Z, parametry i na końcu funkcje pomocnicze. Wyjątkami są bloki wywołania narzędzia rozpoczynane funkcją T oraz koniec programu - M30.

Blok może wyglądać tak:

N0010 G53

jak i tak:

N0030 G75 G83 X20.000 Y-20.000 Z-9.600 P3=-0.300 D3=3000 D5=80 D6=500 F80

lub tak

N0050 T0101 G95 F100 G96 S150 M04

W niektórych systemach (np. Sinumerik i Fanuc) numerowanie bloków jest nieobowiązkowe. Zawsze jednak istnieje ograniczenie co do długości pojedynczego bloku.

Obrabiarka sterowana w systemie CNC
Ta część składa się z następujących rozdziałów:

              Praktycznie rzecz biorąc do każdej maszyny przemysłowej można założyć, i zakłada się sterowanie komputerowe. I nie mam tu na myśli wyłącznie obrabiarek skrawających. Jeśli zaczniemy zwiedzać Targi Poznańskie, zobaczymy że jest tam ogromna ilość pras CNC, wtryskarek, elektrodrążarek itd. Komputer wsadza się wszędzie tam, gdzie operator jest w stanie coś spieprzyć, czyli właściwie wszędzie.

My zajmiemy się obrabiarkami skrawającymi, bo tylko z takimi miałem do czynienia. Może ktoś zachęcony tym serwisem napisze coś o innych typach.

              Konstrukcje.

Zasadniczo interesują mnie frezarki i tokarki, chociaż dzisiaj czasem naprawdę trudno zdecydować z jakim typem maszyny mamy do czynienia. Tokarki mają montowane tzw. napędzane narzędzie i pozycjonowanie wrzeciona, co pozwala im na wykonywanie pełnej gamy prac frezarskich, a frezarki mają stoły pozycjonowane w trzech osiach, a także napędzane (widziałem taką obrabiarkę w firmie Danfoss we Wrocławiu), mogą więc z powodzeniem wykonywać prace tokarskie. W takich przypadkach należy więc raczej mówić o centrach obróbczych niż o konkretnych typach maszyn.

Dla mniej zorientowanych w tematyce:

tokarka - to maszyna do obróbki przedmiotów obrotowych typu wałek. W tokarce obraca się przedmiot, a narzędzie - najczęściej tzw. nóż tokarski wykonując ruchy wzdłużne i poprzeczne skrawa materiał z jego obrzeża.

Obróbka tokarska - obraca się przedmiot, porusza narzędzie.                Przestrzeń robocza tokarki EMCOTurn 120

frezarka - to obrabiarka do obróbki przedmiotów typu płytka. W obróbce frezarskiej obraca się narzędzie, a materiał przesuwa się w poziomie i w pionie.

Obróbka frezarska - obraca się narzędzie, porusza przedmiot.

Układ współrzędnych.

Umieszczenie układu współrzędnych zależy od typu i konstrukcji maszyny i jest zawsze opisane w instrukcji obsługi konkretnej obrabiarki. Najbardziej typowe ustawienia zera układu współrzędnych dla tokarki i frezarki są następujące:

Tokarka.

Punkt zerowy maszynowy - M -początek układu współrzędnych - na czole wrzecionie w jego osi.

Punkt zerowy narzędziowy - N - na czole głowicy narzędziowej w osi otworu do mocowania wierteł.

Punkt zerowy przedmiotu - W - najwygodniej jest go umieścić na czole przedmiotu w jego osi.

Punkt referencyjny - R - punkt na który musi najechać głowica narzędziowa w celu synchronizacji układów pomiarowych - dla każdej maszyny indywidualnie - zwykle głowica narzędziowa porusza się maksymalnie w prawo i w górę.

Frezarka.

Punkt zerowy maszynowy - M - początek układu współrzędnych - zwykle w lewym górnym przednim rogu stołu frezarskiego.

Punkt zerowy narzędziowy - N - na czole i w osi narzędzia wzorcowego jeśli to jest w pozycji roboczej.

Punkt zerowy przedmiotu - W - Zależy od programisty. Należy go umieszczać tak, by łatwo było spozycjonować materiał obrabiany i jednocześnie by nie mieć zbyt dużo obliczeń.

Punkt referencyjny - R - punkt na który musi najechać stół frezarski i głowica narzędziowa w celu synchronizacji układów pomiarowych - dla każdej maszyny indywidualnie - zwykle głowica narzędziowa porusza się maksymalnie w górę a stół w któryś z rogów przestrzeni roboczej.

...