Transcript Osnove CNC u preradi drveta

Osnove CNC u preradi drveta
Osnove CNC u preradi drveta
•
•
•
•
Uvod
CNC tehnika u proizvodnim procesima
Podela CNC obradnih centara
Zaštita operatera
Uvod
• Sama ideja numeričkog upravljanja datira iz četrdesetih
godina prošlog veka, kada je inženjer John Parsons iz
američke korporacije “Parsons” počeo da razvija prve
numerički upravljane glodalice;
• Nešto brži razvoj NC tehnologije nastaje posle 1952.
godine, nakon što su NC sisteme počele da koriste prvo
vojna, a zatim i civilna avio industrija SAD.
Uvod
•
•
•
•
Savremena CNC mašina radi na principu očitavanja na
tisuće bitova informacija spremljenih u programu
memorije računala.
Razvoj računara omogućio je proizvođačima razvoj tzv.
"jezičnog programiranja" gdje su upute u obliku običnih
riječi. Ovaj tip programiranja omogućuje brži početak
rada i manje rada od strane programera.
Upravljački uređaj takoñer olakšava programeru da
ubrza rad mašine. Na nekim
strojevima, programer može jednostavno upisati mjesto,
promjer i dubinu obrade I računar će izabrati najbolju
metodu za proizvodnju određenog elementa.
Uvod
•
•
•
•
Savremena CNC mašina radi na principu očitavanja na
tisuće bitova informacija spremljenih u programu
memorije računala.
Razvoj računara omogućio je proizvođačima razvoj tzv.
"jezičnog programiranja" gdje su upute u obliku običnih
riječi. Ovaj tip programiranja omogućuje brži početak
rada i manje rada od strane programera.
Upravljački uređaj olakšava programeru da ubrza rad
mašine.
Na nekim mašinama, programer može jednostavno
upisati mjesto, promjer i dubinu obrade I računar će
izabrati najbolju metodu za proizvodnju određenog
elementa.
Uvod
• NC predstavlja stariji i originalni naziv za numerički
upravljanu tehnologiju, dok CNC označava računalom
upravljanu tehnologiju. Oba sistema obavljaju iste
zadatke, odnosno obradu podataka. U oba slučaja
sustav upravljanja sadrži logične upute za obradu
podataka, menutim,
• NC sustav (za razliku od CNC) koristi fiksne logičke
funkcije tj.one koje su trajno ugrađene u kontrolnu
jedinicu. Te funkcije ne mogu biti promijenjene od strane
programera ili operatera tj. sve potrebne promjene rade
se u kontroliranom okruženju. Sistem može interpretirati
dio programa, ali ne dopušta nikakve promjene u
programu koristeći kontrolne funkcije.
Uvod
• Moderni CNC sustavi (za razliku od NC sustava) koriste
interni mikro procesor (npr. računar). To znači da
programer ili računalni operater može promjeniti dio
programa na kontrolnoj jedinici koji daju trenutne
rezultate. Upravo ta fleksibilnost je najveća prednost
CNC sustava i vjerojatno ključni element koji su
pridonjeli širenju ovog sustava u modernoj proizvodnji.
• CNC sistemi koriste logičke operacije npr. ukoliko imamo
operaciju bušenja na drvenom elementu, radno svrdlo
sporije prilazi površini dok ne započne operaciju, zatim
ubrza i na kraju operacije opet uspori. Isto tako se
dešava i kod okrajćivanja ploče, gdje glodalo polako
prilazi rubu pa ubrza i na kraju opet uspori.
CNC tehnika u proizvodnom procesu
• Pod pojmom CNC tehnika podrazumijeva se način na
koji CNC mašina radi tj. što je sve potebno da bi mašina
u potpunosti zadovoljavala svoju ulogu u proizvodnom
procesu.
• Za razumijevanje rada CNC mašine potrebno je znati i
neke njegove glavne karakteristike, neophodne kako bi
se shvatio jedan CNC obradni centar:
– Izgled CNC mašine
– Prednosti CNC tehnike
– Upravljanje CNC mašinama
Izgled CNC mašine
Osnovno postolje
b) Monoblok koji se pomiče po osi X
c) Radna grupa koja je izvedena od glave
za bušenje na koju se mogu postavljati
razne druge opcijske grupe glodanja
d) Nosači radne grupe se pomiču po osi Y i
omogućavaju pomicanje po osi Z.
e) Radni stol sastavljen od aluminijskih
greda koje su postavljene na bazu stroja
pomoću kugličnih ležaja s pneumatskim
sistemom blokiranja (pomak se vrši po
osi X)
f) Usisne papuče postavljene na radni stol
koje služe za učvršćivanje obradka
pomoću vakuuma (pozicioniraju se
guranjem po radnom stolu po osi Y)
g) Kontrolna jedinica mašine
Prednosti CNC mašina
•
Današnju (savremenu) proizvodnju u drvnoj industriji je
teško zamisliti bez CNC mašina. Njihove osnovne
prednosti su:
• Fleksibilnost - CNC tehnologija obezbeđuje da se
različiti elementi (proizvodi) rade jedan za drugim, bez
posebne (dugotrajne) pripreme mašine.
• Automatizacija – Mašina obavlja proces po unapred
definisanim stupnjevima (operacijama), uz pomoć ili bez
pomoći čoveka, koristeći opremu i uređaje koji obavljaju
procese proizvodnje i kontrolišu njene parametre.
• Preciznost - CNC tehnogija obezbeđuje precizno
izrađene komade.
• Znanje - CNC mašina ne zahteva visoko obučenu radnu
snagu.
Upravljanje CNC mašinama
• Kod CNC mašina svaki pojedinačni radni korak se nalazi u
programu koji se sastoji od niza alfanumeričkih instrukcija.
Postoji više nivoa softvera potrebnog za pokretanje CNC
mašine:
• CAD –za projektovanje, razvoj i optimizaciju proizvoda;
• CAM – koristi CAD crteže i definišu alate, režime, putanje
(pomažu da se crteži prevedu u gotov komad);
• Nesting Software – omogućuje efikasniju proizvodnju
delova iz ploča uz minimalne gubitke, često je deo CAM
programa;
• Post Processors – program koji pretvara podatke iz CAMa u NC kod koji mašina koristi za izradu predmeta rada;
• G-Code – je jezik koji razumeju CNC mašine, standard za
sve numerički kontrolisane mašine koji je usvojen još ranih
četrdesetih godina.
Programiranje CNC mašina
• Programiranje predstavlja primenu i sastavljanje programa
upravljanja, koji se u obliku niza komandi nanosi na
nosioce informacija. Programiranje obuhvata dve osnovne
grupe podataka:
– Podaci o koordinatama onih pravih ili krivih linija
koje preslikavaju trajektorije
– Relativnog kretanja alata i obradka u procesu obrade.
To su tzv. geometrijske informacije.
– Podaci o brojevima obrtaja, koraku i dubini rezanja,
oznaci alata, itd. kojima se izvode elementarne
operacije. To su tzv. tehnološke informacije.
Programiranje CNC mašina
• Osnovna struktura programa za jednu proizvodnu NU
mašinu sastoji se iz:
– oznake za početak programa,
– niza rečenica kojima se opisuje tok izvođenja
programa i
– oznake za kraj programa.
• Posle ispisivanja oznaka za početak programa, u program
se upisuju pojedine njegove rečenice. Programska
rečenica sadrži sve potrebne informacije na osnovu kojih
upravljačka jedinica upravlja radnim hodom mašine ili
jednim određenim pokretom. Porgramska rečenica sadrži
pojedine informacije koje se nazivaju reči. Svaka reč sadrži
jednu, programom izvodljivu, geometrijsku ili tehnološku
informaciju.
Programiranje CNC mašina
• Programske rečenice se ispunjavaju odgovarajućim
rečima, koje se ispisuju, u rečenici, sledećim redosledom:
1. Reč za oznaku broja rečenice – N reč.
2. Reč za oznaku uslova puta i uslova njegovog izvođenja
– G reč.
3. Reč za oznaku koordinata pomoćnih kretanja –
koordinate X, Y, Z, A, B, C, U, V,W....reči.
4. Reči za oznaku interpolacionih parametara – I, J, K reči.
5. Reč za pomoćno kretanje – F, E reči.
6. Reč za broj obrtaja radnog vretena – S reč.
7. Reč za izbor alata i njegovu karakteristiku – T reč, ili za
korekturu alata – D reč.
8. Reč za funkciju mašine ili dopunske funkcije – M reč.
Programiranje CNC mašina
• Osnovne funkcije G – koda.
– G0- brzo kretanje,
– G1- radno kretanje po pravcu,
– G2- radno kretanje po luku u smeru kazaljke na satu,
– G3- radno kretanje po luku suprotno od smera kazaljke
na satu,
– G17, G18, G19- izbor ravni koordinatnog sistema,
– G41, G42, G43, G44- korektura alata,
– G40- završetak korekture alata,
– G54, G59- pomoćna kretanja,
– G90- dimenzije u apsolutnom sistemu,
– G91- dimenzije u inkrementalnom (relativnom) mernom
sistemu.
Programiranje CNC mašina
• M-kod
• M-kodovi su sastavni dio programakog jezika CNC
strojeva pa tako i svakog programa pojedinačno. To su
raznovrsne naredbe koje radom mašine. One aktiviraju i
deaktiviraju protok tečnosti za hlađenje, rotaciju vretena,
smer te rotacije i druge slične operacije.
• Kod Funkcija
• M00 Zaustavljanje programa
• M01 Opcijsko zaustavljanje
• M02 Završetak programa bez premotavanja na početak
• M03 Uključivanje vrtnje vretena u smjeru kazaljke sata
• M04 Uključivanje vrtnje vretena u smjeru suprotnom od
kazaljke sata...
Programiranje CNC mašina
• Programiranje u apsolutnom i slijednom sustavu
• Postoje dva mjerna koordinatna sustava koja se koriste za
utvrđivanje vrijednosti koje se unose u programski kod za
X, Y i/ili Z oznaku. Takođe se mogu koristiti u istom
značenju za rotirajuće osi A, B i/ili C:
• Apsolutno programiranje (G90) - Prilikom apsolutnog
programiranja sve vrijednosti kordinata vezane su za
ishodište koordinatnog sustava.
• Slijedno programiranje (G90)
• Kod slijednog programiranja svaka se mjera odnosi na
prethodno određenu dimenziju pozicije (točka do točke).
Slijedne dimenzije su udaljenosti između dvije točke u
obradi.
Izbor alata kod CNC mašine
• Kod planiranja proizvodnje na CNC mašinama važan
korak čini pravilan odabir reznog alata koji će se koristiti za
obradu.
• Za obradu drva nije odlučujuća samo geometrija obratka i
alata, već se uvažavaju još neki faktori koji utječu na
uspješnost obrade. Manji broj prilagodljivih i
visokokvalitetnih alata je uvijek bolji izbor od specijalnih
alata prilagonenih samo za pojedine faze obrade ukoliko to
omogućuje mašina. Ukoliko ne, spremnici alata mogu se
povećati do te mjere da vrijednost alata nerijetko
premašuje vrijednost stroja.
• Optimizacijom automaskog izbora alata kod CNC obradnih
centara smanjuje se vrijeme izmjene alata, a time se
skraćuje ukupno vrijeme obrade.
Podela CNC obradnih centara
 Na tržištu se nude razni tipovi mašina i svaki proizvođač
nastoji unaprijedit i proizvesti konkurentni CNC obradni
centar. Rezultat je veliki broj sličnih mašina koji se razlikuju
po nameni, konstrukcijskim detaljima i dizajnerskim
rješenjima pojedinog proizvođača.
 Moguća podela CNC obradnih centara je s obzirom na
opredjeljenje u proizvodnji. Tada bi ih mogli podijeliti na
univerzalne i specijalizirane CNC mašine.
Univerzalni CNC obradni centri
 Kao što sama riječ kaže, univerzalne CNC mašine u
kontekstu proizvodnje namještaja se koriste kod
proizvodnje gdje imamo više vrsta proizvoda. Takve
mašine trebaju osigurati da prebacivanje s jedne vrste
obrade na drugu bude jednostavno i brzo.
 Alati na takvim mašinama se obično mogu koristiti kod više
vrsta obrade, primjerice određeno glodalo se može koristiti
kod obrade noge stola kao i kod obrade naslona stolice.
 Univerzalne CNC mašine se mogu lako prilagoditi željenoj
obradi.
Specijalizovani CNC obradni centri
 Specijalizovane CNC mašine su okrenuti proizvodnji
obično s jednom vrstom proizvoda unutar koje može
proizvoditi različite tipove proizvoda.
 Takve mašine imaju specifične karakteristike, da li u
prihvatu obratka ili u vrsti alata kojeg koriste. Treba
napomenuti da se kod specijalizovanih CNC mašina koristi
ograničeni broj različitih vrsta obrade.
 Kao primjer specijalizovanih CNC obradnih centara mogu
se navesti oni za proizvodnju prozora, roletni i okvira za
vrata, mašina za oblaganje rubova i drugi.
Specijalizovani CNC obradni centri
CNC obradni centar za
proizvodnju okvirnica prozora i
vrata
 Kod ovih obradnih centara radna
glava s spremnikom i do 24 alata
može izvesti horizontalno i
vertikalno bušenje, glodanje sa b
obe strane na elementu kojeg
obrađujemo.
a) CNC stroj za proizvodnju okvira
prozora i vrata;
b) Prikaz horizotalnog bušenja;
c) Obrađeni element s obe strane;
d) Automatski uređaj za rotaciju
obratka
d
a
c
Specijalizovani CNC obradni centri
Obradni centar za
obradu rubova
 Kretanje jedinica za
bušenje i glodanje
izvedeno je pomoću
prizmatičnih vodilica i
zupčaste letve.
a) Postoji puno mogućih
oblika koje ovi obradni
centri mogu da izvedu.
b) Postupci obrade.
a
b
Specijalizovani CNC obradni centri
CNC obradni centri velikih
konstrukcija
 Ovi tipovi CNC obradnih centara
namijenjeni su isključivo za
obradu drvenih greda. Obrada
uključuje kombinaciju
konvencionalnih i naprednijih
metoda za transport elemenata.
 Raznovrsna i fleksibilna rješenja
nadmašuju ranije standarde u
području obrade greda te
otvaraju nove horizonte za
budućnost.
 Mašina ima 5 osnu glavu sa
mogućnošću zamene alata.
a) Izgled centra; b) Radna glava sa
kružnom pilom kao alatom
a
b
Podela CNC obradnih centara
 Druga podela CNC
mašina je moguće
napraviti prema
mogućnostima obrade
koje su određene
konstrukcijom i nekim
bitnim delovima CNC
mašine.
 Stepeni slobode
pokreta alata kod CNC
mašina mogu se
poistovjetiti s desnim
kordinatnim sistemom.
Podela CNC obradnih centara
 CNC mašine koriste najmanje 3 ose kod pokreta
alata, X, Y i Z osu. X osa je paralelna s najdužom
stranom radnog stola dok je Y osa paralelna s
najkraćom. Vertikalno kretanje alata je u smjeru Z
ose.
 CNC mašine postaju mnogo fleksibilniji ako imaju i 4
osu. Obično to bude rotirajuća osa A kod vertikalnih
tipova CNC mašina ili osa B kod horizotalnih.
 Još veća fleksibilnost je kod CNC mašina s 5 ili više
osa.
Podela CNC obradnih centara
S obzirom na broj osa CNC mašina se mogu
podijeliti na:
a) 3-osne CNC mašine – kretanje alata je u smjeru 3
osnovne ose, X,Y i Z;
b) 3.5-osne CNC mašine – osim osnovnih osa, alat
koristi dodatnu rotirajuću osu A, no alat se ne može
istovremeno rotirati i kretati po osnovnim osama.
c) 4-osne CNC mašine – alat koristi osnovne ose i
dodatnu rotirajuću osa A kada alat može istovremeno
rotirati i kretati po osnovnim osama.
d) 5-osne CNC mašine – alat koristi osnovne ose i
dodatne rotirajuće ose A i B.
Petoosni CNC obradni centar
• Kontinuirana rotacija okomite osi i
mogućnost 270º nagiba horizotalne
osi daju zvanrednu osobinu
svestranosti kod glave robota
• 5-osna robotska glava je najvažniji
dio ovog tipa mašine. Obično je
robotska glava tj. alat sa postoljem
spojena s dva ili više zglobna
mjesta te se preko njih mogu desiti
sitna odstupanja u prijenosu
pokreta što na koncu rezultira
netočnošću obrade alata.
5-osni CNC obradni centar
• Mogu se obrađivati:
• Elementi od masivnog drva kod
stilskog namještaja 3D
komponente kao što su modeli i
kalupi.
• Zakrivljeni dijelovi za interijerni
nameštaj kod brodova i aviona
itd.
Područje obrade
konvencionalana obrada
• Najčešće se drvno prerađivačkim pogonima CNC
mašine koriste za konvencionalnu obradu uglavnom
za obradu ploča
• Kod ovog načina obrade, ploča se, pre nego što
dođe na mašinu, kroji se na nekoj drzgoj mašine.
• Dakle, obično su operacije krojenja i obrada ploča
(bušenje, glodanje) odvojene, odnosno obavljaju se
na odvojenim mašinama.
Područje obrade
nesting obrada
• Karakterističan je po obradi elemenata većih
dimenzija, kao i da se celokupna obrada obavlja
u jednom prolazu i na jednoj mašini.
• To znači da se kod obrade ploče krojenje i
bušenje vertikalnih rupa radi u jednoj operaciji,
dok se bočne rupe buše zasebno.
Područje obrade
“nesting” obrada
• Najvažniji aspekt nesting obrade je fiksiranje i samo
držanje elementa kojeg obrađujemo: vakumom, pritisnim
klještima ili pritisnim valjcima.
Stezanje i rukovanje predmetom rada
 Najprimenjivaniji metod je svakako
stezanje obradka pomoću
konvencionalnog vakuuma koji
primenjuju vodeće firme u proizvodnji
CNC mašina za obradu drveta kao
što su Biesse, Homag, SCM,...
 Danas se najviše koriste vakuum
podizači
 Postoji i automatizovana oprema za
rukovanje materijalom koja se koristi
u velikim proizvodnim pogonimaveoma kompleksne robotizovane
ruke koje vrše najveći deo
opsluživanja CNC mašina.
Magacin alata
 Najjednostavnija forma automatskog magacina je
svakako bar style alatni šaržer
 Magacin alata je dizajniran tako da može da drži i do
pedeset alata.
 Alati mogu da budu raspoređeni na lancu ili
cirkularnom karuselu
Magacin alata
• Postoje dva načina nadgledanja trošenja i loma alata
• Direktno nadgledanje: nadgledanje stanja alata se vrši
direktno korišćenjem probe na dodir, proverom pozicije ivice
alata i proverom postojanosti ivice.
• Indirektno nadgledanje: stanje alata se proverava
indirektno i to praćenjem promena pojedinih parametara čije
vrednosti reflektuju stanje alata.
• Neki od parametara koji se koriste za nadgledanje alata su:
vek alata, sile tokom rezanja, emisiju zvuka tokom rezanja,
dimenzije radnog komada
Portalna konstrukcija CNC mašine
Konzolna konstrukcija CNC mašine
Zaštita operatera CNC mašine
• Kod načina izvođenja obrade podrazumeva se kako je obradak
učvršćen na radni stol te na koji način se izvodi sami pristup
obrade.
• Obradak je mjerilo za način izvođenja obrade pre svega zbog svojih
dimenziskih parametra.
• Prema načinu izvođenja obrade CNC strojeve možemo podeliti na:
– CNC strojevi s mirujućim obratkom
– CNC strojevi s pomičnim obratkom.
Zaštita operatera
•
•
•
Rukovanje bilo kojim strojem pa tako i CNC strojem
može biti opasno za osobu kojanadgleda odreneni
obradni proces odnosno operatera.
Proizvođači CNC mašina nastoje minimizirat rizike
opasnosti raznim konstrukcijskim rješenjima samog
stroja ili dodatnim nadogradnjama u blizini stroja (razne
pregrade, laserske zrake, kabine...).
Obzirom na položaj operatera CNC obradu možemo
podeliti na:
a) CNC obrada u otvorenom prostoru
b) CNC obrada u zatvorenom prostoru.
Zaštita operatera
• Kod CNC obrade na
otvorenom prostoru
operater može biti fizički
u doticaju sa samim
obratkom, no za vrijeme
rada stroja mora se
udaljiti na određenu
udaljenost.
• Najčešće se ispred
radnog stola nalazi
sigurnosni tepih osjetljiv
na dodir ili laserski zrak
koji onemogućavaju
približavanje mašini za
vrijeme obrade.
Zaštita operatera
• Kod CNC obrade u zatvorenom
prostoru, operater je fizički
odvojen za vrijeme rada stroja,
obično kliznim vratima s velikim
prozorom.
• Zatvoreni prostor bitno smanjuje
količinu prašine oko stroja što je
plod boljeg odsisa drvne prašine i
strugotine te se smanjuje razina
buke.
• CNC mašine su sigurnije nego
klasične mašine jer radnik
odnosno operater nije toliko u
doticaju s samom obradom.