prirucka sk final · 2 kinematika priemyselného robota voľba kinematiky robota je závislá...
TRANSCRIPT
VITRALAB
Leonardo da Vinci Programme
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
Result 5
Príručka Automatizačná a robotická technika
Košice, September 2011
Obsah 1 Automatizácia a robotizácia výrobného procesu .......................................................................... 1
1.1 Priemyselný robot ........................................................................................................................... 2
1.2 Funkcie priemyselného robota ................................................................................................... 2
1.3 Štruktúra priemyselného robota ............................................................................................... 3
2 Kinematika priemyselného robota ..................................................................................................... 7
2.1 Kinematické štruktúry podľa konštrukčného usporiadania ............................................. 7
3 Riadenie priemyselných robotov ....................................................................................................... 13
3.1 Riadenie pohybu priemyselných robotov ............................................................................. 15
3.2 Interpolácie ....................................................................................................................................... 2
4 Programovanie robotov .......................................................................................................................... 5
4.1 On-line programovanie ................................................................................................................. 5
Pohony VYP ......................................................................................................................................................... 7
Klávesa výberu okna ....................................................................................................................................... 7
4.1.1 Súradnicové systémy ................................................................................................................ 8
4.2 Off-line programovanie ............................................................................................................... 13
5 CNC stroje ................................................................................................................................................. 19
5.1 Definícia ............................................................................................................................................ 19
5.2 Schéma CNC obrábacieho stroja ............................................................................................. 19
5.3 Režimy práce CNC obrábacieho stroja .................................................................................. 21
5.4 Súradnicový systém stroja ........................................................................................................ 22
5.5 Nulové a vzťažné body na CNC strojoch .............................................................................. 25
5.6 Určenie nulového bodu obrobku W ........................................................................................ 28
5.7 Korekcie nástroja .......................................................................................................................... 29
5.7.1 Diaľkove korekcie ......................................................................................................................... 30
5.8 Priemerové (polomerové) korekcie ........................................................................................ 30
6 Systémy číslicového riadenia ............................................................................................................. 32
6.1 NC riadiace systémy .................................................................................................................... 32
6.2 CNC riadiace systémy ................................................................................................................. 33
6.3 Podľa riadenia dráhy nástroja voči obrobku ....................................................................... 34
6.3.1 Systémy s pretržitým riadením ........................................................................................... 34
6.3.2 Systémy so súvislým riadením ............................................................................................ 34
6.4 Podľa spôsobu programovania polohy nástroja voči obrobku ..................................... 35
6.4.1 Absolútne programovanie (G 90) ....................................................................................... 35
6.4.2 Prírastkové (ingrementálne) programovanie (G 91) .................................................. 36
6.5 Spracovanie informácií v riadiacom systéme ..................................................................... 36
6.5.1 Geometrické informácie ......................................................................................................... 36
6.5.2 Technologické a pomocné informácie ............................................................................... 38
7 Programovanie CNC strojov ............................................................................................................... 39
7.1 Štruktúra programu ..................................................................................................................... 39
7.2 Podprogramy .................................................................................................................................. 40
7.3 Cykly .................................................................................................................................................. 40
7.4 Formáty viet (bloku) „Bloky“ ................................................................................................. 41
8 Počítačom podporovaný návrh dráh nástroja – CAM ................................................................ 42
8.1 TECHNOLÓGIE ................................................................................................................................ 42
8.2 Postupy tvorby technológie ....................................................................................................... 43
9 CNC technika a jej technický rozvoj ............................................................................................... 44
9.1 CNC stroje, súčasný stav a trendy vývoja .......................................................................... 44
9.2 Obrábacie CNC centrá ................................................................................................................. 44
9.2.1 Požiadavky na moderné CNC stroje a výrobné centrá ............................................. 45
9.3 Ukážky moderní CNC techniky ................................................................................................. 46
10 Ukážka príkladu ................................................................................................................................. 47
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
1
1 Automatizácia a robotizácia výrobného procesu
Súčasné potreby vo výrobnom procese kladú požiadavky pre aplikáciu automatizácie a robotizácie do procesu výroby. Neustále sa zvyšuje náročnosť požiadaviek na kvantitu a kvalitu výrobkov, na nové zložité technologické postupy a na konštruovanie zložitých technických mechanizmov. Pre splnenie týchto požiadaviek je potrebné vypracovanie nových technologických postupov, návrh vývoj a konštruovanie nových automatizovaných a robotických zariadení ako aj ich modernizácia.
AUTOMATIZÁCIA:
Automatizácia je etapa rozvoja techniky, pre ktorú je charakteristické uskutočňovanie výrobných, riadiacich a iných procesov bez priameho zásahu človeka, spojená s objavom automatických výrobných liniek, automatických prevádzok a závodov, s využívaním modernej výpočtovej a riadiacej techniky.
Automatizácia nevylučuje úplne účasť človeka, ktorý kontroluje a všeobecne riadi prácu strojov (nastavovanie strojov, zadanie programu, zásobovanie materiálom, údržba), hoci s rozvojom automatiky stroje čoraz viac preberajú aj tieto funkcie. Integruje ich a vytvára efektívnejšie riadenie technologických postupov, viď. obr.1. Automatizácia vytvára možnosti rýchleho zvyšovania produktivity práce, rastu výroby, znižovania vlastných nákladov a zlepšovania kvality výrobkov, možnosti zvyšovania efektívnosti riadenia výroby. To všetko v konečnom dôsledku spôsobuje vyššiu produktivita práce a redukciu ľudskej práce (a tým aj vznikajúcich chýb) vo výrobe.
Obr. 1 Automatizovaná linka
ROBOTIZÁCIA:
Čiastočné resp. úplné zavádzanie robotov do výrobných aj nevýrobných procesov za účelom nahradenia manuálnej ľudskej sily robotom, podľa obr. 2. Napriek tomu, že sa využíva a do výrobných procesov zavádza čoraz viac robotov, je potrebné si uvedomiť, že žiadne technické zariadenie nenahradí kompletne ľudský faktor.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
2
Obr. 2 Robotizovaná linka pre kompletizáciu automobilov
1.1 Priemyselný robot
V literatúre sa pod pojmom priemyselný robot rozumejú zariadenia, ktoré majú schopnosť samostatne riešiť rôzne manipulačné úlohy. V súčasnosti aj keď je priemyselný robot definovaný podľa ISO existuje celý rad ďalších definícií s rôznymi interpretáciami avšak všetky majú tú istú podstatu.
V súčasnosti všeobecná klasifikácia robotov zahŕňa kategórie:
Manipulátor je zariadenie s dvojpolohovými pohybovými jednotkami s vlastným pohonom a riadením pre automatickú manipuláciu s obrobkami, podľa stanoveného programu a časového priebehu v súlade s činnosťou výrobných strojov a ostatných doplnkových zariadení.
Priemyselný robot je univerzálne využiteľný pohybový viacosový manipulátor, ktorý má voľne programovateľný spôsob pohybu. Roboty môžu byť vybavené chápadlami, nástrojmi alebo inými výrobnými prostriedkami a môžu vykonávať manipulačné, technologické alebo montážne úkony.
1.2 Funkcie priemyselného robota
K hlavným funkciám priemyselného robota patria:
Manipulačná schopnosť, t.j. schopnosť uchopovať objekty, prenášať , orientovať a polohovať ich vrátane technologických nástrojov.
Priemyselný robot“ je oficiálne definovaný podľa normy ISO 8373:1994 ako:
„Automaticky riadený, programovateľný, viacúčelový manipulátor pre činnosť v troch alebo viacerých osiach“
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
3
Univerzálnosť, to znamená, že robot neslúži iba k jednému účelu, ale po zmene programu, koncového efektora alebo nástroja, je ho možné použiť i pre iné účely pri iných podmienkach a iteračných vzťahoch aplikovaného prostredia.
Vnímanie, schopnosť vnímať pracovné a operačné prostredie z vnútorných a vonkajších snímačov pre riadenie funkcií cieľového programu.
Autonómnosť, schopnosť samostatne vykonávať požadovanú postupnosť úloh, podľa zadaného programu, resp. v kombinácii s určitým stupňom samo rozhodovania o výbere postupu pre realizáciu úlohy.
Integrovanosť, schopnosť softvérovo a hardvérovo sústrediť funkčné skupiny a hlavné subsystémy (aj riadiaceho subsystému) podľa možnosti do jedného kompaktného celku.
1.3 Štruktúra priemyselného robota
Štruktúru priemyselného robota možno rozdeliť na mechanickú, riadiacu a programovaciu časť, obr. 3.
Obr. 3 Štruktúra priemyselného robota
Mechanická časť
Mechanická časť priemyselného robota sa skladá z kĺbov a väzieb, pričom kĺby slúžia na realizáciu pohybu robota a väzby tvoria tuhé telesá medzi nimi. Každý kĺb poskytuje stupeň voľnosti. Väčšina robotov má 5 resp. 6 stupňov voľnosti. Mechanická časť robota sa skladá z podstavy, karuselu a ramien na obr. 4.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
4
Obr. 4 Popis robota a jeho časti
Koncový efektor je samostatná časť robota, ktorá slúži na uchytávanie manipulačného objektu – chápadlo alebo je to technologická hlavica napr. zvárací horák, obr. 5. Spolu s priemyselným robotom sa podieľa na realizácii polohovania a orientácie neseného predmetu. Podľa účelu použitia ich rozdeľujeme na chápadlá, hlavice, integrované efektory a nástroje.
Obr. 5 Koniec ramena robota
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
5
Riadiaci systém robota
Jeho úlohou je na základe informácií uložených v pamäti riadiaceho počítača a informácií získaných zo snímačov plánovať činnosť robota a rozhodovať o úkonoch, ktoré majú byť vykonávané. Bloková schéma riadenia priemyselného robota je na obr. 6.
Zahŕňa všetky funkcie riadenia polohovania a okrem toho ponúka možnosť súčasného riadenia periférnych zariadení. Riadenie robota predstavuje mikroprocesorový systém, ktorý pracuje podľa multitaskingovej metódy. Je možné simultánne spracovávať niekoľko sekvenčných riadiacich procesov.
Vstupná a výstupná úroveň riadenia je podľa výberu prevedenia prezentovaná buď ako technológia priemyselných zberníc alebo ako diskrétne vstupy a výstupy. Sériové rozhranie je možné konfigurovať a môže sa použiť aj na pripojenie inteligentných zariadení ako skeneru čiarového kódu, systémov pre spracovanie obrazu atď.
Riadiace systémy robotov sú postavené na báze PC s procesorom, vybavené cd rom mechanikou prípadne floppy diskom. Ako externá pamäťová jednotka sa využíva harddisk, na ktorej je uložený operačný systém a real-time modul pre prácu v reálnom čase. Riadiaci systém je možné vybaviť multifunkčnou kartou, ktorá tvorí rozhranie medzi programovacou jednotkou, PC a bezpečnostnou logikou.
Obr. 6 Bloková schéma riadenia priemyselného robota
Riadiaci systém umožňuje:
vytváranie programov, editovanie a ukladanie programov diagnostiku uvedenia do chodu plánovanie dráhy ovládanie výkonového servomodulu komunikácia s externými modulmi
Programovacia jednotka
Programovanie robota je realizované programovacím panelom tzv. pendant. Tento je vybavený veľkým zreteľným displejom, na ktorom je zobrazený priebeh programu či jeho aktuálny stavový riadok, prepínačom medzi ručnou a automatickou prevádzkou a voľbou viacerých zobrazovacích okien. Po bočných stranách disponuje funkčnými klávesmi pre rôzne nastavenia ako napr. rýchlosti, voľby súradnicového systému a ďalšie.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
6
Pendant obsahuje okrem iného aj 6D myš pre ovládanie robota v ručnom režime ako aj tlačidlá pre ovládanie robota samostatne v každej osi podľa obr. 7. Ako každé elektrické zariadenie je doplnený pendant o centrál stop pre zabezpečenie bezpečnosti. Na uľahčenie programovania a diagnostiky je použitý rad doplnkových programových funkcií.
Obr. 7 Popis funkcií pendantu
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
7
2 Kinematika priemyselného robota
Voľba kinematiky robota je závislá najmä na vzájomnom usporiadaní a počte kinematických dvojíc (zabezpečujú jednotlivé pohyby). Pohybové vlastnosti robota sú dané počtom rotačných a translačných osí a ich usporiadaním.
Kinematické dvojice (KD)
Definujeme ich ako dva členy akčného mechanizmu vzájomne pohyblivo spojené väzbou. Pohyblivosť jedného člena voči druhému je obmedzená, dvojica má obvykle jeden stupeň voľnosti (dvojice s viac stupňami voľnosti sa v konštrukcii robotov veľmi nevyužívajú). Z členov, vzájomne spojených posuvnými a rotačnými dynamickými dvojicami, je možné zostavovať ľubovoľné kinematické reťazce. Podstata rotačnej kinematickej dvojice (KD) (obr. 8) determinuje možnú krivku len ako kruhový oblúk so stredom v rotačnej KD telesa A a telesa B s polomerom daným dĺžkou ramien týchto telies od osi rotačnej KD.
Obr. 8 Rotačná kinematická dvojica
Podstata posuvnej kinematickej dvojice (KD) (obr. 9) sa vymedzuje sama o sebe na priamkovú dráhu resp. určitý úsek medzi pevným telesom A a pohyblivým telesom B.
Obr. 9 Translačná kinematická dvojica
2.1 Kinematické štruktúry podľa konštrukčného usporiadania
Usporiadanie kinematických dvojíc:
A) vytvorenie kinematického reťazca so sériovým (za sebou) zapojením kinematických dvojíc - robot na obr. 10 a) na princípe sériového mechanizmu
B) vytvorenie kinematického reťazca s paralelným (vedľa seba) zapojením kinematických dvojíc - robot
na obr. 10 b), princíp paralelného mechanizmu
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
8
a) b)
Obr. 10 Druhy kinematických reťazcov
Konštrukcia robotov je daná ich kinematickou štruktúrou, t. j. typom a postupnosťou usporiadania kinematických dvojíc v kinematickom reťazci podľa tab.1. Najrozšírenejšie sú koncepcie s otvoreným kinematickým reťazcom, ktoré obsahujú rotačné a translačné kinematické dvojice. Na základe štruktúry sériového kinematického reťazca hlavného pohybového systému môžeme existujúce roboty zaradiť do štyroch základných skupín:
kartézske (TTT),
cylindrické (RTT),
sférické (RRT),
angulárne (RRR),
Tab. 1 Prehľad priemyselných robotov podľa kinematickej štruktúry
Princíp
Schéma kinematickej
Štruktúry Pracovný priestor
Robot TTT
Kinematická štruktúra – TTT – kartézsky súradnicový systém /robot/portálový/ Kartézsky, Gantry robot
Kinematický reťazec zostavený z troch na seba vzájomne kolmých (pravouhlých) translačných kinematických dvojíc (posuvné pohybové jednotky). Používa pravouhlý súradnicový systém. Táto kinematická štruktúra je veľmi stabilná a z hľadiska kinematického rozboru sa jedná o najpresnejšiu kinematickú štruktúru. Má jednoduché riadenie. Nevýhodou je nižšia priestorová pohyblivosť. Používa sa predovšetkým pre veľké manipulačné priestory. Pracovný priestor robota je tvorený kubickým telesom, konkrétne hranolom alebo kockou.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
9
Robot RTT
Kinematická štruktúra – RTT – valcový súradnicový systém /robot/ Cylindrický
Kinematický reťazec zostavený z jednej rotačnej kinematickej dvojice (rotačná pohybová jednotka) a dvoch na seba vzájomne kolmých translačných kinematických dvojíc (posuvné pohybové jednotky). Je charakteristická svojou robustnosťou a jednoduchým riadením. Pracovný priestor robota je tvorený valcovým telesom, konkrétne valcom, alebo jeho časťou.
Robot RRT
Kinematická štruktúra – RRT – sférický súradnicový systém/robot/Sférický
Kinematický reťazec zostavený z dvoch rotačných kinematických dvojíc (rotačné pohybové jednotky) a jednej translačnej kinematickej dvojice (posuvná pohybová jednotka). Táto kinematická štruktúra bola navrhnutá ako jedna z prvých konfigurácií. Pracovný priestor je ohraničený guľovou plochou.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
10
Robot RRR
Kinematická štruktúra – RRR – angulárny súradnicový systém/robot/Angulárny
Kinematický reťazec zostavený z troch rotačných kinematických dvojíc (rotačné pohybové jednotky). Kinematická štruktúra sa vyznačuje dobrou manipulačnou schopnosťou a tým sa dobre vyhýba prekážkam. Táto štruktúra je v poslednej dobe v konštrukcii robotov najpoužívanejšia. Pracovný priestor robota je tvorený anguloidným resp. multiuhlovým telesom.
Robot typu SCARA
Kinematická štruktúra typu SCARA
Kinematický reťazec zostavený z dvoch rotačných kinematických dvojíc (rotačné pohybové jednotky) a jednej translačnej kinematickej dvojice (posuvná pohybová jednotka). Výhodou tohto typu kin. štruktúry je dobre umiestnená zóna obsluhy a vyššia pohyblivosť. Disponuje však menším pracovným priestorom a zložitejším riadením. Sú predurčené pre pracovné operácie vykonávané zvislo zhora a uplatňujú sa pri plošných montážach. Dosahujú vysoké rýchlosti pohybu a vysoké zrýchlenie. Pracovný priestor robota je tvorený prstencom.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
11
Robot s paralelnou kinematickou
štruktúrou
Paralelná kinematická štruktúra
Mechanizmy s paralelnou kinematickou štruktúrou (hexapody, 3-pody), majú tri až šesť paralelných členov(ramien), ktoré sú pripojené medzi ich základňu a ich plošinu, resp. výstupný člen. Paralelné mechanizmy obsahujú vo všeobecnosti dve platformy, z ktorých jedna je ovládaná dĺžkovo premenlivými ramenami, pracujúcimi paralelne. Výstupný čleň je definovaný ako pohyblivá plošina, ktorá má od troch do šiestich stupňov voľnosti voči druhej platforme – základni. Môže sa pohybovať jednotlivo v každej z troch lineárnych a troch uhlových smeroch alebo v ľubovoľnej kombinácii. Výsledný pohyb plošiny je daný súčasným pohybom a kontrolou týchto ramien. Pracovný priestor robota s paralelnou kinematickou štruktúrou nie je pevne daný a je treba ho vypočítať. Musí sa brať ohľad na dĺžku jednotlivých kĺbov a natočenia jednotlivých kĺbov.
Robot s dvomi ramenami
Kinematická štruktúra s dvomi ramenami
Priemyselný robot s dvomi ramenami je vybavený 13 –timi stupňami voľnosti pohybu, pričom každé rameno má 6 stupňov voľnosti a navyše je pridaná rotácia okolo vertikálnej osi základne robota. Jeho parametre ho predurčujú pre montážne resp. manipulačné aplikácie s vysokou mierou manipulatívnosti, podobne ako je to u človeka.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
12
Multi-kĺbový robot
Multi-kĺbová štruktúra
Kinematická štruktúra s multi-kĺbovým usporiadaním sa vyznačuje vynikajúcou flexibilitou. Líši sa predovšetkým tým, že neobsahuje klasické translačné alebo rotačné kinematické dvojice. Používa systém oceľových laniek ako prostriedok pre dokonalé ovládanie ramena, ktoré sú poprepletané cez sériu platní usporiadaných podľa štruktúry chrbtice človeka pre vytvorenie pracovného priestoru gule s plochým dnom. Pracovný priestor robota sa vyznačuje veľmi dobrou manipulačnou schopnosťou v ťažko prístupných oblastiach ako sú napr. uzatvorené priestory karosérií áut a pod.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
13
3 Riadenie priemyselných robotov
Riadenie robota sa realizuje prostredníctvom riadiaceho systému s využitím informácií získaných od snímačov. Riadiaci systém robota umožňuje navádzať robot do požadovaných polôh prostredníctvom programovacej jednotky (pendant). Cez vstupy/výstupy je možné na riadiacu jednotku robota pripájať rôzne zariadenia robotizovaného pracoviska (dopravník, polohovací stôl,...). Riadiaci systém má možnosť priamo riadiť tieto jednotky ako ďalšiu os. Moderné riadiace systémy sú vybavené možnosťou pripojenia na niektorú z množstva technologických zberníc (DeviceNet, ProfiBus, Interbus, Ethernet, ...) a tým pripojiť robot do vyššej štruktúry výrobného systému (CIM). Roboty sú vybavené priemyselnými aplikáciami, ktoré simulujú programovaciu jednotku na PC. Ovládanie robota, ako aj jeho programovanie sa dá takto realizovať priamo z PC. Štruktúra riadenia robota je na obr.11.
Obr.11 Štruktúra riadenia robota
Riadiaci systém zabezpečuje generovanie signálov pre jednotlivé osi robota. Aby sa zabezpečila požadovaná činnosť robota, musí riadiaci systém dostávať v spätnej väzbe informácie od snímačov (rýchlosti, momentu, polohy, ...). Bloková schéma riadenia pohonnej jednotky s elektrickým pohonom je znázornená na obr. 12.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
14
Obr.12 Schéma riadenia elektrických pohonových jednotiek na robote
Hlavnou úlohou riadiaceho systému robota je generovať signály pre servopohony robota podľa vytvoreného programu v automatickom režime, alebo generovať signály na základe funkcií pohybu na pendante. Riadiaci systém spracováva informácie z vnútorných snímačov o stave systému, ale aj informácie z vonkajších snímačov okolia. Za týmto účelom je riadiaci systém vybavený množstvom digitálnych vstupov/výstupov ako aj niekoľkými analógovými vstupmi/výstupmi. Vnútorná štruktúra riadiaceho systému robota je na obr.13.
Obr.13 Vnútorná štruktúra riadiaceho systému robota
Riadiaci systém môžeme rozdeliť na centrálnu riadiacu jednotku, ktorá spracováva a vykonáva program robota. Komunikačný modul pre prepojenie robota s okolím cez technologickú zbernicu a modul pohybu pre ovládanie a riadenie pohonných jednotiek.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
15
Medzi štandardné funkcie riadiacich systémov robotov patria : - Multitaskingový operačný systém - Integrované matematické funkcie - Spracovanie prerušení - Osová, lineárna a kruhová interpolácia - Sledovanie behu dopravníkového pásu - Možnosť pripojenia kamerových systémov - Možnosť vytvárania podprogramov a makier - Integrované funkcie paletizácie - Riadenie viacerých osí - Spolupráca viacerých robotov v spoločnom pracovnom priestore - Digitálne vstupy/výstupy
3.1 Riadenie pohybu priemyselných robotov
Podľa charakteru riadenia pohybu sa rozlišujú riadenia priemyselných robotov: - Bodové riadenie ( PTP - point to point) tento typ riadenia sa využíva v prípade, keď je potrebné v
pracovnom priestore robota dosiahnuť určité body, medzi ktorými nie je žiadna súvislosť. - Dráhové riadenie (CP - continuous path ) tento typ riadenia sa využíva v prípade, ak potrebujeme
riadiť robot v celej dráhe jeho pohybu. Bodové riadenie je sekvencia prechádzania diskrétnych bodov v priestore. Obr.14. znázorňuje možnú postupnosť pohybov P1-P2-P3 v jednotlivých bodoch s príkladom programu formulovanom v prirodzenom jazyku. Dráha pohybu medzi jednotlivými bodmi nie je definovaná, osi sa pohybujú bez funkčnej súvislosti. Bodové riadenie sa využíva predovšetkým na manipuláciu a na bodové zváranie.
Pi - poloha hlavice robota
Ai - činnosť robota v dosiahnutej polohe
Krok Činnosť
1 Štart v polohe P1
2 Choď do polohy P2
3 Keď dosiahneš polohu P2, vykonaj činnosť A2
4 Po ukončení činnosti A2, choď do polohy P3
5 Keď dosiahneš polohu P3, vykonaj činnosť A3
Obr. 14 Príklad bodového riadenia pohybu robota
Robot prechádza jednotlivými bodmi s polohovacou presnosťou. Po dosiahnutí presnej polohy sa vyvoláva príkaz na vykonanie činnosti A2-A3. Niekedy presnosť nie je nutná (napríklad – pri obchádzaní prekážok) a časová strata na polohovanie pôsobí skôr rušivo. Po dosiahnutí definovaného okolia pomocného bodu sa pritom pohyb neprerušuje, ale pokračuje sa zadanou rýchlosťou do nasledujúceho bodu. Ak napríklad na obr.4. je takým bodom P2 (A2 môže odpadnúť), nadobúda príkaz č. 2 tvar: 2. Choď cez pomocný bod P2. Riadenie s dráhovým správaním umožňuje programovanie a prechádzanie definovaných pohybových dráh s funkčnou súvislosťou pohybov v jednotlivých osiach. Pritom sú dve možnosti:
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
2
1. Mnohobodové riadenia (MP) obsahujú pohybový program vo forme hustej postupnosti bodov v priestore, ktoré sa zadávajú v rýchlom časovom slede (po 10 až 100 ms) z polohového regulátora osí. Tieto postupy znázorňuje obr.15. Činnosť A1 sa pritom vykoná, keď sa zadali hodnoty súradníc bodu P4 do polohového regulátora, a síce nezávisle od toho, či je už táto poloha dosiahnutá alebo nie je. Malá časová strata, ktorá sa pri tom vyskytuje, je spravidla prijateľná.
Pi - poloha hlavice robota
Ai - činnosť robota v dosiahnutej polohe
Krok Činnosť
1 Štart v polohe P1
2 Choď do polohy P2
3 choď do polohy P3
4 choď do polohy P4
5 vykonaj požadovanú činnosť A1 v polohe P4
6 choď do polohy P5
Obr. 15 Príklad mnohobodového riadenia pohybu robota Mnohobodové riadenia sa prevážne používajú u robotov na striekanie farieb, ale tiež pri bodovom zváraní a pri opracúvaní povrchov (brúsenie, leštenie). Programovanie sa robí prevažne metódou priameho učenia. 2. Dráhové riadenie (CP) umožňuje prechádzanie cez matematicky definované pohybové dráhy. Príklad je znázornený na obr.16. Programovanie sa uskutočňuje priamym „teach-in“ alebo prostredníctvom textu. Počítač (interpolátor) určuje pri vyhodnocovaní príslušného pohybového príkazu istý počet medzihodnôt na požadovanej dráhe určitej krivky a zadáva ich do polohových regulátorov v súlade s programovou rýchlosťou. Typickým príkladom použitia dráhového riadenia je tam, kde je treba oblúkové zváranie.
Pi - poloha hlavice robota
Ai - činnosť robota v dosiahnutej polohe
Krok Činnosť
1 Štart v polohe P1
2 choď do polohy P2 po priamke
3 vykonaj činnosť A1 v polohe P2
4 choď do polohy P4 cez polohu P3 po kružnici
5 pokračuj po kružnici do polohy P5
Obr. 16 Príklad dráhového riadenia pohybu robota
3.2 Interpolácie Interpolácia je proces definovania funkcie, ktorá podľa určitých hodnôt prechádza zadanými bodmi. V robotickej technike sa využíva interpolácia bodová, lineárna a kruhová.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
3
Pri pohybe PTP (point-to-point) pohyb začína a končí pre všetky osi súčasne. Režim PTP sa používa pre prípravné pohyby, kde sa vyžaduje čo najrýchlejšie premiestnenie robota do požadovanej pozície. Pri pohybe robota do požadovaných bodov je možné aplikovať aproximáciu, ktorá nám umožní plynulejší pohyb bez zbytočných spomalení. V prípade robota Kuka je aproximácia udávaná pri zváraní v percentách (0 - 100%). Pri hodnote 0% je robot navádzaný do zvoleného bodu v prípade inej hodnoty sa tento bod obchádza podľa nastavenej hodnoty aproximácie. Pri lineárnom pohybe a aproximácií 100% robot začne obchádzať požadovaný bod už v polovici dráhy medzi počiatočným a koncovým bodom. Obr.17 zobrazuje pohyb typu PTP bez aproximácie. Dráhu pohybu ramena robota v tomto prípade nie je možné dopredu určiť. Sú definované koncové body, do ktorých robot príde presne, alebo ich obchádza pri nastavení parametra aproximácie, obr.18.
Obr. 17 Pohyb PTP bez aproximácie
Obr. 18 Pohyb PTP s aproximáciou V prípade potreby vedenia dráhy požadovaným smerom je možné vykonávať pohyb ramena typu LIN (pohyb po priamke) a CIR (pohyb po kružnici). Pri pohybe typu LIN sa rameno robota pohybuje po priamke. Tento typ pohybu je pomalší ako PTP, nakoľko je tu potrebné vypočítavať jednotlivé body dráhy robota. Pohyb po priamke sa využíva pri potrebe presného navedenia koncového efektora do požadovanej pozície, napr. pri montáži, alebo pri obchádzaní prekážok v pracovnom priestore robota. Obr. 19 demonštruje pohyb po priamke bez nastavenia parametra aproximácie a obr. 20 s využitím aproximácie.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
4
Obr. 19 Pohyb LIN bez aproximácie
Obr. 20 Pohyb LIN s aproximáciou Posledný typ pohybu je pohyb po kružnici - CIR. Aby si riadiaci systém robota vedel tento typ pohybu zrealizovať je potrebné zadať okrem počiatočného a koncového bodu a tzv. pomocný bod, cez ktorý sa preloží kružnica. Opäť je možné využiť pohyb s a bez aproximácie. Aproximácia sa neaplikuje na pomocný bod, obr. 21 a obr. 22.
Obr. 21 Pohyb CIR bez aproximácie Obr. 22 Pohyb CIR s aproximáciou
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
5
4 Programovanie robotov
Robot svoju činnosť vykonáva podľa vopred pripraveného programu. Program je definovaný ako postupnosť príkazov, ktoré vedú k vykonaniu požadovanej. Programovanie robota definujeme ako zostavovanie a tvorbu programu na základe vytvoreného algoritmu. Podľa prístupu k tvorbe programu delíme programovanie na:
on-line programovanie (programovanie pri robote cez pendant)
off-line programovanie (programovanie mimo robota na PC)
4.1 On-line programovanie
On-line programovanie je vykonávané priamo navádzaním robota operátorom cez požadované manipulačné body. Robot je ručne riadený z programovacieho panelu, navádzaný do jednotlivých bodov, ktoré sú zapísané do pamäte riadiaceho systému. Ako druhý krok nasleduje programovanie logickej časti riadenia chápadla a periférnych zariadení. V tejto časti sa zadávajú aj rýchlosti pohybov jednotlivých dráh robota. Výhodou tohto programovania je práca v reálnom prostredí a súčasne môžeme s programovaním vykonávať aj test funkčnosti. Postup programovania on-line ilustruje obr. 23.
Obr. 23 Postup on-line programovania robotov
Súčasné moderné programovacie jednotky sú už postavené na báze PC. Ovládanie je nenáročné prostredníctvom funkčných kláves. Displej má možnosť zobrazenia niekoľkých okien pre vizuálne zobrazenie funkcií robota, alebo technologického programu a ich parametrov. Zabudovaný farebný displej umožňuje operátorovi priamo programovať cez I/O ich činnosť. Niektoré programovacie jednotky (Comau Robotics) sú schopné prenášať dáta do riadiaceho systému bezdrôtovou technológiou, obr.24.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
6
Obr. 24 Programovacie jednotky robotov OTC Daihen a Comau Robotics
Nevýhodou on-line programovania je pomerne dlhá doba programovania, fyzická náročnosť na programátora pri zložitých manipulačných pohyboch a dlhých cykloch. Ďalšou nevýhodou je, že celé pracovisko stráca na výrobe, len v ojedinelých prípadoch počas programovania robota niektoré zariadenia môžu pracovať resp. obmedzene pracovať.
Programovanie metódou Play-back
V prípade jednoduchých zariadení nenáročných na presnosť pohybu, napr., robotov pre striekanie, je najprv. celý technologický pohyb ramena robota vedený operátorom manuálne a riadiaca jednotka tento pohyb zaznamenáva t.j. zapisuje každých 20ms do pamäte údaje o pozícii a orientácii striekacej pištole. Pri spustení automatickej činnosti robot prehráva zaznamenanú činnosť. Opakovanie dráhy pohybu nie je celkom presné, pretože rameno robota je pri opakovaní pohybu zaťažované opačným smerom než pri vedení po požadovanej dráhe. Odchýlky vymedzené vôľami v uloženiach a pružnosti konštrukcie majú opačné orientácie. Ďalšou nevýhodou tejto metódy je prítomnosť obsluhy, čo môže v malých priestoroch robiť veľké problémy, avšak vytvorenie programu je rýchle.
Programovanie metódou Teach-in
Pri programovaní postupným učením je rameno robota postupne navádzané operátorom pomocou tlačidiel na pendante do jednotlivých polôh, (v ktorých má byť prevedená nejaká akcia, napr. uchopenie, alebo operácia nástrojom) a súradnice týchto presne vyladených polôh a orientácia nástroja sú ukladané do pamäte, obr. 25.
Obr. 25 Programovanie metódou Teach-in
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
7
Pri automatickej činnosti potom robot využíva údaje z pamäte. Polohy jednotlivých dôležitých bodov a orientácie nástroja v týchto bodoch sú pri metóde Teach-in automaticky zapísané podľa ručného nastavenia. Ostatné funkcie robota sú naprogramované pomocou PC, alebo priamo v editore programovacej jednotky. Popis funkcií vybranej programovacej jednotky- pendantu je na obr. 26.
Obr. 26 Programovacia jednotka - pendant pre programovanie robota
Popis vybraných funkcií je v tabuľke.
Tab2.Základné ovládacie prvky programovacej jednotky robota
Central stop Je najdôležitejším bezpečnostným zariadením. Červená klávesa sa stlačí v prípade nebezpečia, čím sa okamžite vypnú pohony robota.
Pohony ZAP Stlačením tejto klávesy sa zapnú pohony robota.
Pohony VYP Stlačením tejto klávesy sa vypnú pohony robota.
Ručné riadenie Robot pracuje len pokiaľ sa drží klávesa súhlasu
Externá automatika robot odpracuje program s programovacou rýchlosťou. Riadenie sa prevádza riadiacim počítačom alebo SPS (PLC).
Klávesa Escape Pomocou ESC môže byť začatá akcia kedykoľvek prerušená. Dáta, ktoré boli do tejto doby zadané do otvoreného formulára sa neuložia. Otvorené stavové okná sa zatvoria.
Klávesa výberu okna Slúži na prepínanie medzi oknami editora, stavovým oknom a oknom hlášok
Klávesa Stop Stlačením tejto klávesy sa zastaví program prebiehajúci v automatickej prevádzke
Klávesa štart vpred Stlačením tejto klávesy sa naštartuje vybraný prog. Štart je možný len keď sú zapnuté pohony a nie je situácia NÚDZOVÝ STOP.
Klávesa štart späť Pri stlačení tejto klávesy sa odpracovávajú pohybové bloky navoleného programu po jednotlivých krokoch v smere k začiatku programu. Robot sa bude pohybovať proti pôvodne naprogramovanej dráhe.
Klávesy menu Týmito klávesami otvoríme menu v lište menu (hore na displeji).
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
8
K postupnému zatvoreniu menu stlačíme vždy „Escape“ klávesu.
Stavové klávesy Stavové klávesy (vľavo a vpravo vedľa displeja) slúžia k výberu možností voľby prevádzky, k zapnutiu jednotlivých funkcií a k nastavovaniu hodnôt
Softkeys Týmito ovládacími prvkami sa vyberajú funkcie (dole na displeji) zobrazené v softkey-lište. Funkcie, ktoré sú k výberu sa dynamicky prispôsobujú daným požiadavkám, tzn. že softkey-lišta mení svoj vzhľad.
Programovacie jednotky umožňujú monitorovanie vstupov/výstupov a systémových informácií, písanie programov v editore, umožňujú prístup k výrobným dátam (priemerná doba cyklu, počet výrobných cyklov, atď.), nastavenie pracovných parametrov napr. pre zváranie priamo z pendantu . Modernejšie jednotky disponujú analytickými funkciami pre optimalizáciu práce robota.
4.1.1 Súradnicové systémy
Robot štandardne pracuje v kartézskom súradnicovom systéme World. V prípade potreby je možné navoliť pre navádzanie robota do požadovaných polôh nástrojový súradnicový systém, alebo externý súradnicový systém, ktorý je situovaný mimo robot. V prípade potreby navádzania robota po jednotlivých osiach je možné navoliť osovo orientovaný systém.
Osovo orientovaný súradnicový systém
Nástrojový súradnicový systém – TOOL
Externý súradnicový systém – BASE
Základný súradnicový systém - WORLD
K navádzaniu robota do požadovaných polôh v ručnom režime je potrebné nastaviť požadovaný súradnicový systém. Každá programovacia jednotka je vybavená tlačidlami pre manipuláciu s jednotlivými osami robota, ktorými potom rameno robot vieme posunúť do požadovanej polohy. Pri nastavovaní jednotlivých polôh robota môže programátor vybrať jednu z možností (obr. 27). Výber súradnicového systému sa vykonáva podľa vhodnosti nastavovania polôh robota vzhľadom k použitej technológií.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
9
Obr. 27 Súradnicové systémy robota Kuka
Osový súradnicový systém
V osovom súradnicovom systéme je možné každou osou robota jednotlivo pohybovať v kladnom alebo zápornom smere osi. Jednotlivé pohyby sa vykonávajú pomocou prevádzkových kláves. Pohyb osí robota v osovom súradnicovom systéme je zobrazený na obr.28.
Obr. 28 Osový súradnicový systém
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
10
Pri pohybe jednotlivých osí sú k dispozícií nasledujúce prevádzkové klávesy a pohybové smery 6D myši:
prevádzkové klávesy 6D myš
Súradnicový systém WORLD
Vzťažný súradnicový systém WORLD je absolútny, pravouhlý súradnicový systém, jeho začiatok spravidla leží vnútri karuselu robota, obr. 29. Nulový bod vzťažného systému zostáva pri pohyboch robota vo svojej polohe, t.j. nepohybuje sa zároveň s robotom.
Obr. 29 Súradnicový systém WORLD
Pri pohybe jednotlivých osí sú k dispozícií nasledujúce prevádzkové klávesy a pohybové smery 6D myši:
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
11
prevádzkové klávesy pre 6D myš
ručnú prevádzku
Súradnicový systém BASE
Vzťažný súradnicový systém BASE je pravouhlý (kartézsky) súradnicový systém, jeho začiatok leží v externom nástroji, obr. 30. Tým môžu byť napr. zváracie kliešte. Ak sa pracuje v tomto vzťažnom súradnicovom systéme, je smerodajný súradnicový systém externého nástroja, tzn. že sa pohybuje obrábaným dielom okolo alebo pozdĺž príslušných súradnicových osí.
externý nástroj robot s obrábaným dielom
Obr. 30 Súradnicový systém BASE
Pri pohybe jednotlivých osí sú k dispozícií nasledujúce prevádzkové klávesy, poprípade pohybové smery 6D myši:
Pri dodávke leží začiatok súradnicového systému WORLD v päte robota.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
12
prevádzkové klávesy pre 6D myš
ručnú prevádzku
Súradnicový systém TOOL
Súradnicový systém TOOL je pravouhlý, kartézsky súradnicový systém, jeho začiatok leží v nástroji, obr. 31. Orientácia tohto súradnicového systému je spravidla zvolená tak, že jeho os X je identická s pracovným smerom nástroja. Súradnicový systém TOOL stále sleduje pohyb nástroja.
Obr. 31 Súradnicový systém TOOL
Pri pohybe jednotlivých osí sú k dispozícií nasledujúce prevádzkové klávesy, poprípade pohybové smery 6D myši:
Pri dodávke leží začiatok súradnicového systému BASE v päte robota.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
13
prevádzkové klávesy pre 6D myš
ručnú prevádzku
4.2 Off-line programovanie
Paradigma technického vývoja výrobných systémov jednoznačne posúva činnosti prípravy a programovania NC strojov a robotov od reálnych pracovísk k práci s ich počítačovými modelmi na báze stále inteligentnejších softvérových balíkov. Dnes príprava programov pre NC stroje v prostredí CAD/CAM predstavuje už takmer 70% a tento trend zrejme v krátkej dobe dosiahnú aj roboty. Sledovanou výhodou off-line programovania je možnosť mimo reálneho pracoviska vytvoriť optimálny program bez časového stresu t.j. s dostatočným predstihom pred skutočným predzoradením resp. pred realizáciou určitého projektu. Off-line programovanie umožňuje popísať úlohu komplexne, experimentovať so štruktúrou pracoviska, eliminovať kolízne situácie, verifikovať program v 3D reprezentácii. Tým, že programovanie je mimo pracoviska, značne sa znižujú jeho prestoje v dôsledku prechodu na iný výrobný program.
Off-line programovanie je vykonávané v počítačovom modely reálnej robotizovanej bunky vrátane jej okolia v 3D prezentácii. Programovanie sa robí v predstihu, systém umožňuje import objektov priamo z rôznych CAD systémov. Nevýhodou je, že tento prístup vyžaduje ďalšie investície mimo robot, ale na druhej strane výsledky napr. či robot obsiahne všetky zariadenia a pod., sú známe pred fyzickou realizáciou. Off-line programovanie robotov, vychádza z počítačového modelu pracovnej bunky. Zvyčajne sa využívajú neštandardné programovacie jazyky čo si vyžaduje prekladač, ktorý vytvorí program pre konkrétny robot. Pri off-line programovaní je preferované 3D modelovanie.
Každý model virtuálneho robota má tri časti: model manipulátora, model riadiacej jednotky a program. Model manipulátora predstavuje 3D model, model riadiacej jednotky obsahuje skutočnú riadiacu jednotku robota a program špecifikuje úlohu, ktorú robot bude vykonávať. Pre ostatné zariadenia ako NC stroj, prípravok, dopravník atď. sa môže vytvoriť model ako pre robot. Komunikácia medzi prvkami sa modeluje odpovedajúcim spojením medzi modelmi. Výmena dát medzi modelmi výrobného systému a CAD/CAM je podporovaná štandardom STEP. Knižnica obsahuje modely robotov, NC strojov, periferných zariadení, ktoré sú potom importované do simulačného modelu. Simulácia môže prebiehať v reálnom čase v 3D simulácii. Vyhodnotenie modelu sa realizuje na základe simulačných výsledkov. Po dosiahnutí optimálneho variantu je program preložený do jazyka robota a importovaný do reálneho riadiacého systému robota, obr. 32.
Pri dodávke leží začiatok súradnicového systému TOOL v strede príruby robota.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
14
Obr. 32 Pracovné procedúry v off-line programovaní
Off-line programovanie umožňuje využívať interpolácie PTP, LIN, alebo CIRC. Off-line programovanie umožňuje 3D detailnú simuláciu pomocou ktorej možno detekovať kolízne situácie a overovať zmeny z budúcnosti, testovať dosiahnutelnosť manipulačných bodov. To dovoľuje užívateľovi hľadať nielen optimálne rozmiestnenie zariadení vo výrobnej bunke, ale aj optimálne manipulačné cykly ich obsluhy. Mnohé off-line programovacie systémy sledujú aj reálny časový priebeh činnosti robota, podporujú výber vhodných nástrojov, alebo parametrov technologického procesu. Prepojenie CAD systému s robotom pri off-line programovaní je on obr. 33.
Objekty pripravené v CAD systéme je možné preniesť (napr. vo formáte STEP) do prostredia off-line programovania robota (napr. KukaSim, RobCad, RobotStudio a pod.), kde sa namodeluje pracovné prostredie s vybraným robotom a importovanými objektami. vytvorí sa pracovný cyklus formou navedenia funkčných modelov do požadovaných polôh. Pracovný cyklus je možné priamo v prostredí off-line programovania odsimulovať. To nám umožní skontrolovať cyklus a odstrániť kolízne stavy medzi robotom a objektami. Posledným krokom je vygenerovanie programu pre riadiacu jednotku robota. Tento program po prenesení do robota je postupným krokovaním overený a v prípade potreby upravený do konečnej podobytak, aby sa dal aplikovať v prevádzke.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
15
Obr. 33 Prepojenie CAD systému s robotom pri off-line programovaní
Off-line prípravou programov sa ďalej dosahuje:
Minimalizácia času prezoradenia
Maximalizuje sa výrobnosť
Zjednodušenie a zefektívnenie programovania
Minimalizácia prestojov robotizovaného pracoviska
Simulácia kompletného procesu v počítači
Detekcia kolízie a možných problémov v pred výrobnej etape
Automatické vyhľadávanie trajektórie s vyhýbaním sa prekážkam
Otestovanie dosiahnuteľnosti jednotlivých bodov
Programovanie všetkých technologických parametrov
Eliminácia tvorby chýb v programe
Generovanie kódu pre riadiace systémy robotov
Priame prepojenie off-line programov na CAD systémy
Optimalizácia pracovného cyklu a zefektívnenie celého výrobného procesu
Programovanie nie je závislé na fyzickej dostupnosti reálneho pracoviska
Grafická prezentácia „reálneho“ programovacieho panelu, obr. 34 dáva možnosť programovania on-line , čo sa s výhodou využíva ako treningový nástroj vyuky on-line programovania učiacim sa spôsobom. Systémy
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
16
off-line programovania majú tabuľku udalosti, čo je ideálny nástroj pre overenie štruktúry programu, logických funkcií a stavov I/O, obr.35.
Obr. 34 Grafická prezentácia reálneho programovacieho panelu v PC
Obr. 35 Program RobCad pre off-line programovanie robotov
Počas vykonávania vytvorených programov v CAD systéme je možné všetky pohyby robota monitorovať a vizualizovať pomocou diagnostických funkcií obsiahnutých v systéme CAD. Je možné vytvoriť prepojenie on-line medzi robotom a CAD systémom. Každý pohyb robota v reálnom prostredí sa bude premietať do vizualizačného prostredia. Takto je možné overiť kvalitu navrhnutého programu a v prípade potreby hneď vykonať požadované úpravy.
V rámci programu Robot Studio je možné vykonávať simulácie kolíznych stavov, obr.36 a 37. Na obrázku sú zobrazené zváracie kliešte a zváraná zostava dielcov, pričom kliešte sa nachádzajú v bezpečnej vzdialenosti od prvkov prípravku takže nedochádza ku kolízii.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
17
Obr. 36 Simulácia priblíženia klieští k zváranému dielcu – predkolízny stav
Obr. 37 zobrazuje kolízny stav, kde narážajú kliešte do upínacích prvkov, čo sa nám zobrazuje zvýraznením červenou farbou.
Obr. 37 Simulácia priblíženia klieští k zváranému dielcu – kolízny stav
Jednou z výhod off-line programovania robotov a súčasného využitia simulačných programov je možnosť kontroly každého bodu programu v reálnom čase. V prípade zlej prístupnosti koncových efektorov – zváracích klieští, horákov a pod., je možne pristúpiť k zmene programu, pridaním alebo odobraním problematických bodov v programe. Je možné spätne meniť tvar jednotlivých častí prípravku vykonať jeho optimalizáciu, prípadne zmeniť typ zváracích elektród a to všetko v simulačnom prostredí nezávislom na reálnej výrobe, odpadajú prestoje. Ďalšou výhodou je možnosť využitia potenciálu robota jeho celkového pracovného priestoru, možnosti vyhnutia sa singulárnym bodom. V prípade nutnosti použitia dvoch a viacerých robotov pri zváraní v spoločnom pracovnom priestore je možnosť vytvorenia programov, ktoré budú obsahovať kolízne dráhy jednotlivých robotov. Je možné priradiť priority pohybov jednotlivých robotov
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
18
ako aj zistiť pozície robotov v akomkoľvek čase pracovného cyklu. Najväčšou výhodou je možnosť neustálej optimalizácie pohybov jednotlivých robotov, čo v nemalej miere prispieva k zníženiu pracovného času robota a tým súvisiacemu zvyšovaniu produktivity.
Testovanie prístupnosti klieští k zváraným dielcom je možné pomocou nastavenia funkcie kolíznych stavov, kde je možné zadať minimálnu vzdialenosť medzi jednotlivými prvkami, čo nám umožní zistiť miesta výskytu kolíznych stavov. Ako príklad je uvedené zisťovanie prístupnosti na obr. 38 kde v prvom obrázku je vzdialenosť klieští od pneumatického upínača dostatočná, v tomto prípade 10 mm.
Obr. 38 Testovaná prístupnosť je v požadovanom rozmedzí
Obr. 39 znázorňuje menšiu vzdialenosť medzi kliešťami a pneumatickým upínačom, čo je signalizované žltým sfarbením kolidujúcich prvkov.
Obr. 39 Testovaná prístupnosť prekročila požadované rozmedzie
Každá z metód programovania robotov (on-line a off-line) má svoje výhody aj nevýhody. Využitím výhod oboch týchto metód programovacích techník môžeme dosiahnuť optimálneho riešenia. Všeobecne je takéto programovanie označované ako hybridné. Program robota sa skladá hlavne z dvoch častí: lokalizácia ( poloha ), programová logika ( komunikácia výpočty ). Program logiky môže byť efektívne vyvíjaný off-line, pretože účinné odlaďovanie a stimulačné prostriedky sú prístupné tu. Väčšia časť pohybových príkazov môže byť vytváraná off-line so znova použitím dát z CAD-u s interakciou programátora. Pohybové príkazy k lokalizácii miesta obrobku v robotickej bunke môžu byť programované on-line, ak je to potrebné. Takýmto spôsobom môžu byť využité výhody oboch metód.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
19
5 CNC stroje
5.1 Definícia
Číslicovo riadené výrobné stroje (CNC) sú charakteristické tým, že ovládanie pracovných a pomocných funkcií stroja je vykonávané riadiacim systémom pomocou vytvoreného programu. Informácie sú v programe zapísané pomocou alfanumerických znakov. Vlastný program je daný postupnosťou oddelených skupín znakov, ktoré sa nazývajú bloky alebo vety. Program je určený pre riadenie silových prvkov stroja a zaručuje, aby prebehla výroba súčiastok.
Stroje sú „pružné“, je možné ich rýchle prispôsobiť inej (obdobnej) výrobe a pracujú v automatizovanom cykle, ktorý je zaistný číslicovým riadením. Stroje CNC sa uplatňujú vo všetkých oblastiach strojárenskej výroby (obrábanie, tvárenie, montáž) a ich typickými predstaviteľmi, ktorý sa používajú pre výcvik programátorov a obsluhy, sú sústruhy a frézky.
Informácie, ktoré program obsahuje, je možné rozdeliť na:
Geometrické – popisujú dráhy nástroja, ktoré sú dané rozmery obrábaných súčiastok, spôsobené ich obrábaním a popisujú príchod a odchod nástroja k obrobku a od neho. Ide o popis dráh nástroja v kartézskych súradniciach, kde pre tvorbu programu potrebujeme rozmery z výrobného výkresu. V programe je uvedený popis v osiach X,Z u sústruhu, v osiach X,Y,Z u frézky (a často i v ďalších osiach podľa konštrukcie stroja a náročnosti výrobku), danými funkciami, ktoré stanovuje norma ISO a tiež jednotliví výrobcovia riadiacich systémov.
Technologické – stanovujú technológiu obrábania z hľadiska rezných podmienok (sú to práve otáčky nebo rezná rýchlosť, posuv, prípadne hĺbka triesky).
Pomocné – sú to informácie, povely pre stroj pre určité pomocné funkcie (napr. zapnutie čerpadla chladiacej kvapaliny, smer otáčok vretena atď..)
5.2 Schéma CNC obrábacieho stroja
Počítač – Jedná sa o priemyslový počítač s nahraným riadiacim systémom, ktorý je súčasťou stroja. Je daný obrazovkou a ovládacím panelom. Pomocou panelu je možné prevádzať potrebné úkony pri ručnej obsluhe, pre zoraďovanie CNC obrábacieho a pre prácu v ďalších režimoch stroja. Tiež umožňuje pomocou príslušného softwaru riadiaceho systému vytvárať požadovaný CNC program.
Riadiace obvody – V týchto obvodoch sa logické signály prevádzajú na silnoprúdové elektrické signály, ktorými sa priamo ovládajú jednotlivé časti stroja – motory vretená a posuv, ventily atď..
Interpolátor – Rieši dráhu nástroja, ktorá je zadaná geometriou, a výpočtami diaľkových a rádiusových korekcií nástroja. Vypočítava teda ekvidištantu pohybu bodu nástroja, ktorá je vzdialená o vypočítané korekcie od požadovaného geometrického obrysu. Zaručuje geometrickou presnosť výrobku.
Porovnávací obvod – Stroj musím byť vybavený spätnou väzbou (až na výnimky u jednoduchých CNC strojov určených pre základný výcvik obsluhy), ktorá prenáša informácie o dosiahnutých
Pojem CNC (Computer Numerical Control) znamená: počítačom (číslicovo) riadený stroj.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
20
geometrických hodnotách suportov v súradnicových osiach, v jednotlivých bodoch dráhy pohybu. Tieto súradnice sa porovnávajú s hodnotami, ktoré sú zadané programom (a upravené v interpolátore). Pokiaľ je zistený rozdiel, pohony posuvov dostanú povel pre dosiahnutie požadovaných hodnôt súradníc. Stroj musí byť vybavený odmeriavaním, ktoré slúži na zistenie dosiahnutých súradníc.
Obr. 40 Blokové schéma CNC obrábacieho stroja – zjednodušene
Riadiaci panel (môže byť riešený ako na obrázku 41) sa delí na niekoľko častí, líšiacich sa svojim významom.
Vstup údajov – časť alfa numerická, pomocou ktorej sa ručne zapisuje napr. program, údaje o nástroji, o zoradení stroja, strojovej konštanty atď..;
Ovládanie stroja – časť špeciálna, pomocou ktorej sa pohybuje nástrojom alebo obrobkom, spúšťajú sa otáčky vretena, ovplyvňuje sa ručne veľkosť posuvov, otáčok apod.;
Voľba režimu práce – je možné zvoliť ručný režim, automatický režim, dielenské programovanie atď.,;
Aktivácia pamäti – vyvolanie jednotlivých druhov pamätí;
Aktivácia testov – vyvolanie testov programov a testu stroja, simulácia programov;
Obrazovka – slúži ku kontrole prevádzaných činností;
Prenosný panel – slúži k ovládaniu základných pohybových funkcií stroja tak, ako základná časť klávesnice. Umožňuje pri zoradení a ovládaní stroja obsluhe prejsť do miest, ktoré poskytujú presnejšie a dokonalejšie možnosti vizuálnej kontroly.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
21
Obr. 41 Riadiaci panel CNC stroja – ukážka jedného z mnohých prevedení
5.3 Režimy práce CNC obrábacieho stroja
Pri obsluhe stroje sa môžeme stretnúť s niekoľkými druhmi prevádzkových činností stroja alebo iba jeho riadiaceho systému. Je možné nastaviť na riadiacom panely príslušnými tlačítkami. Obvykle majú riadiace systémy nasledujúce režimy:
Režim MANUAL (ručná prevádzka) súži k prestaveniu nástroja alebo meracieho zariadenia do požadovanej polohy, k výmene nástroja, nájazdu na obrobok, rozbeh otáčok, apod.
Režim AUTO ( automatická prevádzka) - plynulé vykonanie programu. Stroj po spracovaní bloku číta a spracováva ďalší blok automaticky – plynulý proces obrábania.
Režim B – B ( Blok po Bloku) - stroj sa po spracovaní bloku zastaví a po opakovanom štarte číta a spracováva ďalší blok. Režim B-B súži ako jedna z možností kontroly, či bol správne tvorený CNC program.
Nastavenie (ovplyvnenie otáčok, pracovného posuvu, rýchlo posuvu) - veľkosť pohybu je možné ovplyvniť ručne potenciometrom, kde je možné nastaviť rozsah obvykle v rozmedzí 5 až 150% hodnoty nastavenej v ručnom alebo automatickom režime.
Režim TOOL MEMORY (pamäť nástrojových údajov) - umožňuje uložiť a vyvolať údaje o nástrojoch, vrátane korekcií.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
22
Režim TEACH IN („učení sa“, alebo tiež „najatie a uloženie“) - stroj má „schopnosť“ učiť sa. Obsluha prevádza ručne (pomocou klávesnice) požadovanú činnosť pre vyrobenie obrobku.
Režim EDITÁCIE programu - vlastný program pre obrábanie sa zapisuje priamo do editoru na stroji alebo je „nahraný“ do riadiaceho systému stroje externe. V editore stroja sa môže program podľa potreby opravovať.
Režim DIAGNOSTIKY - oznamuje, lokalizuje, diagnostikuje závady pre rýchle odstránenie. Umožňuje aj diaľkový servis.
5.4 Súradnicový systém stroja
Výrobné stroje používajú kartézský súradnicový systém. Systém je pravotočivý, pravouhlý s osami X, Y, Z, otáčavé pohyby, ktorých osi sú rovnobežné s osami X, Y, Z, sa označujú A, B, C - obr. 42. Platí že os Z je rovnobežná s osou pracovného vretena, pričom kladný zmysel prebieha od obrobku k nástroju. Hodnoty sa vyskytujú i v zápornom poli súradníc.
Obr. 42 Definovanie kartézskych súradníc – pravotočivá sústava
Kartézský systém súradníc je nutný pre riadenie stroja, nástroj sa v nom pohybuje podľa zadaných príkazov z riadiaceho panelu CNC stroja alebo príkazov uvedených v spustenom CNC programe. Je nutný pre meranie nástrojov. Podľa potreby je možné súradnicový systém posunovať a otáčať. V prípade merania nástrojov (zisťovania korekcií) je umiestený v bode výmeny nástroja alebo špičke nástroja.
Súradnicový systém sa na stroji umiestňuje podľa nasledujúcich pravidiel:
1) vychádza sa od nehybného obrobku
2) vždy musí byť definovaná os X
3) os X leží v upínacej rovine obrobku alebo je s ňou rovnobežná
4) os Z je totožná alebo rovnobežná s osou pracovného vretena, ktoré robí hlavný rezný pohyb
5) kladný zmysel osí je od obrobku k nástroju, v smere zväčšujúceho sa obrobku
6) Pokiaľ sú na stroji ďalšie doplnkové pohyby v osiach X,Y,Z, označujú sa U,V,W
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
23
7) Pokiaľ sa obrobok pohybuje proti nástroji, označujú sa tieto osy X´, Y´, a Z´.
Obr. 43 Súradnicový systém sústruhu ( jedno vreteno bez pohanených nástrojov)
Obr. 44 Viacosový sústruh
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
24
Obr. 45 Súradnicový systém CNC frézky a vŕtačky
Obr. 46 Súradnicový systém 5- osového centra
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
25
Obr. 47 Súradnicový systém viacprocesného obrábacieho centra
Okrem základného súradnicového systému je nutné definovať v pracovnom priestore na stroji vzťažné body, s ktorých pomocou sa definuje vzájomná poloha stroja, nástroja a obrobku.
5.5 Nulové a vzťažné body na CNC strojoch
riadiaci systém CNC stroja po zapnutí stroja aktivuje súradnicový systém v samotnom stroji. Súradnicový systém ma svoj počiatok – nulový bod, ktorý musí byť presne stanovený. Podľa požitia majú nulové body svoje názvy. Na CNC strojoch sú aj ďalšie dôležité body:
M – nulový bod stroja
Je počiatkom súradnicového systému pracovného priestoru stroja. Je pevne určený konštrukciou (obvykle priesečník osy hlavného vretena a upínacej roviny obrobku) a nie je možné ho meniť. Je to absolútny počiatok súradníc.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
26
W – nulový bod obrobku
Je počiatkom súradnicového systému obrobku. Polohu volí ľubovoľne programátor a je možné ju v priebehu programu meniť. U tvarovo súmerných súčiastok sa obvykle volí v osi súmernosti a na hornej ploche obrobku (polotovaru).
R – referenčný bod stroja
Je to výrobcom stroja zvolené miesto na stroji, obvykle v pracovnom priestore stroja maximálne možná vzdialenosť od nulového bodu stroja, daná koncovými spínačmi v jednotlivých osiach. Až po nábehu referenčného bodu vzhľadom k bodu M stroj „vie, kde je“. Vzdialenosť referenčný bod - nulové bod stroja je uložená v tabuľke strojných konštánt. Bez nábehuí referenčného bodu nemôže stroj v režime absolútneho zadania súradníc pracovať.
P – bod špičky nástroja
Je nutný pre stanovenie diaľkovej korekcie a následne rádiusovej korekcie (polomeru zaoblenia špičky nástroja). Bod ktorého pohyb sa teoreticky programuje (pokiaľ sa používajú rádiusové korekcie).
F – Vzťažný bod suportu alebo vretena
Je bod na upínacej (dosadacej) ploche nosiča nástroja (napríklad koniec vretena v osi vretena) . Tento bod vlastne riadi podľa programu riadiaci systém. V bode F má nástroj nulové rozmery, preto je nutné skutočnú dráhu nástroja korigovať. K tomuto bodu sa vzťahujú korekcie nástroja.
E – bod nastavenia stroja
Bod držiaka nástroja, ktorý sa pri upnutí stotožní s bodom F (je nutný pre zaistenie korekcií nástroja na prístroji mimo stroja).
Obr. 48 Vzťažné body sústruhu
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
27
Obr. 49 Vzťažné body frézky
Na začiatku obrábania (tvorby programu) je nutné posunúť súradnicový systém z nulového bodu stroja do nulového bodu obrobku.
Súčasne systému umožňujú dvojitý typ posunutí počiatku:
absolútne (nastavené) posunutie - v programe sa vyvolá prípravnou funkciou (G54 - G57) - jednotlivé posunutia sú absolútne - udávajú vzdialenosť bodu W od bodu M - každé nové posunutie ruší predchádzajúce.
programovateľné (aditivne) posunutie (G58 – G59) - je relatívne - udáva vzdialenosť od v tej dobe aktívneho bodu W - pripočíta sa k absolútnemu posunutiu – pôsobí iba vo vete, v ktorej bolo vyvolané.
Obr. 50 Posunutie nulového bodu obrobku – W
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
28
5.6 Určenie nulového bodu obrobku W
naškrabnutím nástroja – nie je najpresnejšie (ovalita, hádzanie polotovaru, zručnosť obsluhy), nevyžaduje ale náklady na zariadenie.
pomocou excentrického meracieho dotyku
pomocou sondy
optickým zariadením
Obr. 51 Náškrabnutím nástroja
Obr. 52 Excentrickým meracím dotykom
Excentrický dotyk má dve časti – upínaciu a dotykovú. Dotykovou časťou nabehne pri posuve suportu kalibrovaným priemerom na polotovar. Excentricita sa znižuje na nulu – v tomto okamžiku sa odčíta poloha, po malom prejdení sa dotyková časť znovu excentricky rozkmitá.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
29
Obr. 53 Meracia sonda – optické zariadenie
5.7 Korekcie nástroja
Poloha nosiča nástroje je v súradnicovom systéme stroja vzťahovaná k bodu F (nulovému bodu ná-strojového nosiča). Povrch obrobku je vytváraný špičkou nástroja, bod F musí teda opisovať ekvidištanty, preto musí byť aktivovaný korekciou, ktorú interpolátor automaticky spracováva.
Jedným z ďalších dôvodov pre použitia korekcií je to, že rôzne nástroje majú rôzne rozmery. Ak by to nebolo korekciami takto ošetrené, rôzne nástroje by pri rovnakej vete programu konali rôzne dráhy voči obrobku. Na nasledujúcom obrázku vytvorí čierny nástroj tvar obrobku daný čiernou farbou. Červený nástroj, ktorý má špičku po upnutí do upínača v inom mieste, by podľa rovnakého programu bez korekcie vytvoril tvar, ktorý je šrafovaný na červeno.
Obr. 54 Zmena tvaru súčiastky pri obrobení rôznymi nekorigovanými nástrojmi
Je síce v mnohých prípadoch možné nastaviť nástroje do modulových upínačov tak, aby brit každého nástroja bol nastavený na rovnaký bod, ale je to zdĺhavé alebo nemožné.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
30
Všetky korekcie sa ukladajú do pamäti korekcií.
Korekcie delíme na :
diaľkove
priemerové (polomerové)
Korekcie nástrojov sa zisťujú obvykle na špeciálnom pracovisku mimo stroj, aby bol maximálne využitý strojový čas. Používajú sa k tomu špeciálne zoraďovacie optické prístroje.
5.7.1 Diaľkove korekcie
Uplatňujú sa ako pri sústružení, tak pri frézovaní.
Pri sústružení nasleduje teoreticky požadovaný povrch teoretická špička nástroja (s nulovým polomerom), ale skutočná špička s polomerom určitej veľkosti. V dôsledku toho by dochádzalo v skoseniach a zaobleniach k odchýlkam teoretického a skutočného tvaru. Preto je nutné do pamäti korekcií zadať i polomer špičky nástroja a polohu nástroja vzhľadom k obrábanej ploche, aby mohol interpolátor dopočítať ekvidištantu dráhy.
Obr. 55 Chyba obrysu bez korekcie polomeru špičky
5.8 Priemerové (polomerové) korekcie
Pre aktivizáciu polomerovej korekcie sa používajú prípravné funkcie G41 alebo G42. Tieto funkcie sú takzvane modálne (platí do odvolania). Platnosť funkcií sa ukončuje pomocou prípravnej funkcie G40.
G 41 - KOREKCIA POLOMERU NÁSTROJA VĽAVO OD OBRYSU
G 42 - KOREKCIA POLOMERU NÁSTROJA V PRAVO OD OBRYSU
Hodnotenie či je nástroj vľavo alebo vpravo sa vykonáva z pohľadu v smere posuvu nástroja.
Keď nepoužijeme priemerové korekcie (G41, G42), potom systém riadi nulový bod nástrojového držiaku (F) ako os nástroja, a potom by pri použití nástrojov rôznych priemerov boli pri vykonaní daného programu vyrábané súčasti rôznych rozmerov. Napríklad pôdorysné rozmery frézovaných súčiastok pri použití rôznych priemerov nástroja ukazuje nasledujúci obrázok
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
31
Obr. 56 Rozmery obrobku bez použitia priemerových korekcií
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
32
6 Systémy číslicového riadenia
Číslicové riadiace systémy je možné rozdeliť do dvoch základných skupín:
NC CNC
pričom počítačom riadené systémy (CNC) sa pre svoje výhody úplne presadili a NC systémy sú ako technicky, tak morálne zastaralé a sú používané len do vyčerpania ich životnosti.
6.1 NC riadiace systémy
Do pamäti systému sa načíta len jedna veta, ktorá sa vykoná
po vykonaní vety, sa načíta nová
pri načítaní novej vety sa aktuálny obsah pamäti premaže
informácia je zadaná vo forme programu na diernej páske alebo ručne z klávesnice
program na diernej páske, sa znovu a znovu číta pri výrobe ďalších kusov
pre zhotovenie ďalšieho kusu sa musí páska pretočiť na začiatok
akákoľvek úprava programu je možná iba úpravou diernej pásky
v programe nie je možné používať parametre a užívateľské podprogramy program nevie vetviť
Obr. 57 Schéma NC riadiaceho systému
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
33
6.2 CNC riadiace systémy
Systém načíta do pamäti celý program buď z diskiet, alebo iných médií na uchovanie informácii, alebo pomocou LAN siete, buď kábelovej alebo bezdátovej. Na rozdiel od NC systémov je interpolátor nie hardwarovou ale softwarovou záležitosťou. Ku generovaniu dráhy je možné použiť priameho matematického popisu tvaru dráhy. Je teda možné generovať paraboly i krivky vyšších radov (spline), riadiacie systémy s vyšším výpočtovým výkonom realizujú i kruhovú interpoláciu v priestore, prakticky si ale vystačí s lineárnou a kruhovou interpoláciou.
Pre spracovanie technologických informácií sa u CNC systémov používa programovateľný automat (PLC - Programmable Logic Controler ).
U CNC systémov je možné:
jednoducho editovať program
vetviť program
používať parametre
pracovať s podprogramami
využívať grafickú simuláciu obrábania
používať diagnostické programy
kompenzovať nepresnosti systému a strojných častí
Obr. 58 Schéma CNC riadiaceho systému
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
34
6.3 Podľa riadenia dráhy nástroja voči obrobku
6.3.1 Systémy s pretržitým riadením
Systémy stavby súradníc
chýba interpolácia
nástroj sa pohybuje rýchlo posuvom na programovaný bod, nezáleží na vykonanej dráhe (do daného bodu sa pohybuje v rovine napríklad najprv príjazdom v jednej osi a potom v druhej)
po príchode do programovaného bodu sa prevedie pohyb v ďalšej osi
vhodné napríklad pre vŕtačky, tvárniace stroje
Pravouhlé riadenie
prestavovaní nástroja je prevádzané rovnobežné so súradnicovými osami
po dokončení pohybu v jednej súradnici nastáva pohyb v druhej
použitie u vŕtačiek, tvárniacich strojov a sústruhov
6.3.2 Systémy so súvislým riadením
Systémy umožňujú výpočet korekcií a geometrie
u sústruhov sa nástroj pohybuje v rovine X – Z ( 2D )
u frézky je možné prevádzať lineárne interpolácie buď v jednej rovine - X-Y , X–Z, Y–Z – (2,5D) alebo pri použití výkonného mikroprocesoru je možné vyrábať ľubovoľné obrysy a priestorové plochy 3D. Ak sú vedľa pohybov v osiach možné ešte ďalšie pohyby – napr. Rotácia okolo osi potom hovoríme o 4D a 5D riadení.
Obr. 59 - 2D riadenie Obr. 60 - 2,5 D riadenie
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
35
Obr. 61 - 2D riadenie Obr. 62 - 2D riadenie
6.4 Podľa spôsobu programovania polohy nástroja voči obrobku
6.4.1 Absolútne programovanie (G 90)
všetky programované body dráhy nástroja sú vzťahované k vopred zvolenému bodu – nulovému bodu programu (W), ktorého polohu volí programátor ľubovoľne
pre potreby absolútneho programovania je lepšie použiteľné kótovanie od základne (súradnicové kóty).
Obr. 63 Absolútne programovanie – kóty
!! Pri programovaní sa programuje poloha koncového bodu pohybu !!
Pri absolútnom programovaní základná otázka pri zadávaní rozmerových slov (X,Y,Z) znie:
Do akej vzdialenosti od nulového bodu programu má nástroj dôjsť (v jednotlivých osiach)?
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
36
6.4.2 Prírastkové (ingrementálne) programovanie (G 91)
Súradnice všetkých programovaných bodov sa udávajú vzhľadom k predchádzajúcemu bodu, ktorý je považovaný za východzí
pre potreby prírastkového programovania logicky odpovedá použitie reťazcových kót
Obr. 64 Prírastkové programovanie – kóty
6.5 Spracovanie informácií v riadiacom systéme
Informácie, ktoré riadiaci systém potrebuje ku správnej činnosti je možné rozdeliť na:
geometrické
technologické a pomocné
nutné k organizácii programu
6.5.1 Geometrické informácie
Informácie o dráhe nosiča nástroja sú spracovávané v interpolátore. Interpolátor je aritmetická jednotka, ktorá vypočítava elementy dráhy v jednotlivých súradnicových osiach tak, aby výsledný pohyb medzi dvoma zadanými bodmi bol:
Pri prírastkovom programovaní základná otázka pri zadávaní rozmerových slov (X,Y,Z) znie:
O koľko má nástroj od koncového bodu predchádzajúceho pohybu podísť (v jednotlivých osiach)?
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
37
priamkový - interpolácia lineárna
po kruhovom oblúku - interpolácia kruhová
parabole, alebo všeobecnej krivke
Interpolátor generuje signál zodpovedajúci požadovanej dráhe. Signál o skutočnej dráhe generuje odmeriavacie zariadenie. Oba signály sa porovnávajú v diferenčnom člene - ich rozdiel je regulačná odchýlka, ktorá po zosilnení a transformácii vytvára akčnú veličinu. Inými slovam – diferenčný člen posiela motoru impulzy do tej doby, než suport nedosiahne požadovanú polohu. Odmeriavacie zariadenie pracuje po určitých nenulových „skokoch“- inkrementoch. Inkrement je najmenší merateľná a teda programovateľná dráha. V súčasnej dobe sa všeobecne používa inkrement 0,001 mm.
Obr. 65 Kruhová interpolácia – funkcie interpolátora
Princíp činnosti interpolátora pri kruhovej interpolácii v smere hodinových ručičiek (G02) je na predchádzajúcom obrázku:
1. Zostavenie rovnice kružnice v rovine XY (X-0,026)2 + (Y-0,001)2 = 0,022
2. Vyšle jednotkový impulz v smere +X
3. Dosadí súradnice bodu 1 do rovnice kružnice a zistí, že ľavá strana rovnice je menšia než pravá. To znamená, že bod 1 leží vo vnútri oblúku.
4. Zmení smer pohybu a vysiela jednotkové pulzy tak dlho, až zistí, že bod leží vnútri oblúku viď. bod 2)
5. Predchádzajúci opakuje, až sa dostane do koncového bodu
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
38
6.5.2 Technologické a pomocné informácie
Riadiaci systém musí spracovávať nielen informácie o geometrii pohybu, ale aj o jeho rýchlostiach, teda posuvoch na otáčku alebo za časovú jednotku, chladenie a jeho typu, ofukovanie apod. Prispôsobovacia logika rieši i ďalšie pomocné informácie - logické vzťahy medzi ovládacími povelmi a signálmi zo stroja, ktoré hlásia stav jednotlivých mechanizmov – napríklad:
vreteno sa spustí len vtedy, keď je skľučovadlo upnuté a kryt stroja zakrytý
pracovné posuvy sa spustia pri roztočenom vretene
posuvy a otáčky vretena sa zastavia pri otvorení dverí pracovného priestoru
pri strate informácií o referenciách sa nespustí preklad programu, atď..
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
39
7 Programovanie CNC strojov
7.1 Štruktúra programu
Program je postupnosťou viet (blokov).
Každá veta (blok) je postupnosťou slov.
Program je ohraničený
na začiatku úvodnou vetou
na konci programu musí byť jedna z pomocných funkcií M02 nebo M30.
Každý blok je ohraničený dohovorenými znakmi:
začiatok bloku
koniec bloku
Začiatok bloku
znakom N
: (dvojbodka) - u niektorých systémov pre hlavnú vetu , čo je veta, ktorá obsahuje všetky potrebné údaje k tomu, aby v tomto mieste mohol pokračovať prerušený program. Tak zvaná vedľajšia veta uvozená znakom N obsahuje iba funkcie, ktoré sa zmenili oproti predošlej vete.
Koniec bloku
znakom LF alebo EOB
pred úvodným znakom vety sa môže vyskytovať znak /(lomítko), ktorý označuje vypustiteľnú vetu
Príklad:
Číslovanie viet je ľubovoľné, v programe sa nesmú vyskytovať dve vety rovnakého čísla. Niektoré systémy ignorujú postupnosť čísel viet a pracujú podľa poradia viet tak, ako sú za sebou zadávané, to znamená, že v nasledujúcej ukážke bude prv vykonaná veta 1000 než veta 5.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
40
_____________________________________________________________________________ Ukážka : . . N 200 G0 X0 LF N 1000 G1 X100 LF . . N 5 T1 D5 L96 LF .
.
______________________________________________________________________________________
7.2 Podprogramy
je určitá uzatvorená časť programu, ktorá sa v hlavnom programe môže niekoľkokrát opakovať, alebo sa môže použiť v inom programe,
vytvára ho programátor,
u niektorých systémov sa uvádza za hlavným programom, obvykle je to ale samostatne existujúca časť programového kódu, ktorý sa volá iným programom (hlavným alebo podprogramom),
má podobnú štruktúru ako hlavný program,
volanie sa prevádza pomocou slova (pre SINUMERIK) s adresou L <číslo podprogramu>
pri volaní je možné určiť počet opakovaní slovom (pre SINUMERIK) s adresou P <počet>,
podprogramy je možné vnorovať,
končí slovom M17 a navracia riadený do programu, z ktorého bol volaný na blok, ktorý je za blokom, z ktorého bol podprogram volaný
7.3 Cykly
Je podprogram dodaný a pevne stanovený výrobcom (dodávateľom) riadiaceho systému. Cykly sa používajú napríklad pri sústružení pre:
pozdĺžne a priečne hrubovanie
zapichovanie
vŕtanie dier
závitovanie
pri frézovaní pre:
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
41
vŕtanie
výrobu kapes
výrobu drážok
atď..
7.4 Formáty viet (bloku) „Bloky“
Formát bloku je možné podľa dĺžky rozdeliť na:
s pevnou (konštantnou) dĺžkou
s premennou dĺžkou
U formátu s pevnou dĺžkou bloku je nutné v každej vete programu použiť podľa typu použitých slov vždy syntakticky úplné ďalšie slová.
U formátu s premennou dĺžkou bloku to nutné nie je, systém načíta neuvedené slová z pamäti slov, kde preberie obsah pamäti a do prevádzanej vety (slova) ju dosadí. Inými slovami, pokiaľ nedochádza v jednotlivých slovách ku zmene, nie je nutné slovo do vety zapísať.
Každá veta (blok) obsahuje popri znakoch pre počiatok a koniec niekoľko skupín znakov, ktorým sa hovorí slová. Každé slovo sa skladá z dvoch čistí:
adresové
významové
Príklad:
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
42
8 Počítačom podporovaný návrh dráh nástroja – CAM
Počítačová podpora návrhu dráhy nástroja, súčasť integrovaného systému výroby, generuje nielen NC kód pre daný stroj (to je ale základným výstupom), ale výstupom môže byť (podľa aplikácie) i výkresová dokumentácia, údaje o využití materiálov, nástrojov a strojov a ďalších.
Pri práci so systémami CAM je treba ako vstupné informácie zadať (zvoliť) informácie o:
obrobku (geometrii, materiálu)
technológii (materiál, rezné podmienky)
stroji, na ktorom bude bežať výsledný riadiaci program
GEOMETRIA OBROBKU
CAM systém pracuje s geometriou v digitálnej podobe. Geometrické elementy, charakterizujúce tvar obrobku alebo polotovaru môžu predstavovať napr. kontúry, plochy, 3D modely.
Použiteľné digitálne údaje môžu vzniknúť:
V CAD časti CAM aplikácie
Načítaním z inej aplikácie
Digitalizáciou modelu
Možnosti získania geometrie je možné podrobnejšie znázorniť nasledujúcim obrázkom.
Obr. 66 Získanie geometrie obrobku pre CAM aplikáciu
8.1 Technológie
Najpoužívanejšie technológie nasadené v CAD/CAM systémoch sú znázornené v nasledujúcom diagrame.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
43
Obr. 67 Technológie podporované CAM systémami
8.2 Postupy tvorby technológie
Pred začiatkom tvorby technológie je potrebné poznať niekoľko základných údajov tykajúcich sa procesu obrábania. Medzi tieto hodnoty patria východiskové údaje pre tvorbu NC programu ako je napr.:
Definícia obrobku
materiál obrobku
východzí polotovar
Definícia nástroja
výber z knižnice nástrojov
tvorba nových nástrojov
Údaje o stroji a riadiacom systéme
postprocesor
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
44
9 CNC technika a jej technický rozvoj
9.1 CNC stroje, súčasný stav a trendy vývoja
Stav vývoja v modernizácii, automatizácii, v nasadení CNC techniky vo výrobnej sfére ukazuje nasledujúci obrázok. Náročnosť výroby a počet kusov na osiach grafu demonštruje, ako danému odpovedá nasadenie výrobnej techniky a druhu programovania. Konvenčná technika bude mať zrejme budúce uplatnenie iba v jednoduchej kusovej výrobe a opravárenstve.
Obr. 68 Nasadenie výrobných strojov – vybavenosť v podnikoch v závislosti od typu a náročnosti výroby
Neustály vývoj a modernizácia CNC strojov sa rychle uplatňuje v praxi. Napomáha tomu znižovanie cien riadiacej techniky I strojov vzhľadom ku stále zvyšujúcej sa ich úžitkovej hodnote. Stroje poskytujú viac komfortu pri programovaní, obsahujú viac funkcií, znižujú výrobné a vedľajšie časy. To vedie k znižovaniu tradičných konvenčných strojov nasadených vo výrobe.
9.2 Obrábacie CNC centrá
Schéma (obrázok 69) ukazuje triedenie obrábacích strojov, pôvodne jednoprofesných, triedených podľa technológie obrábania (obrázok nevystihuje všetky technológie a ich kombinácie). Existuje veľmi málo súčiastok, ktoré sú vyrobené iba jednou technológiou, napr. na sústruženie hriadeľa je potreba vyfrézovať drážku. Ekonomika prevádzky vedie k integrácii niekoľko spôsobov technológie obrábania do jedného obrábacieho stroja (centra). Dôvody sú v znížení (odstránení) vedľajších časov na ďalšej operácii, tiež sa zvyšuje presnosť výroby. Ďalšia integrácia technológii do stroja vedie až k univerzálnym obrábacím centrám. Toto znamená pre ekonomiku:
Skrátenie priebežnej doby a zvýšenie presnosti práce.
Znížení nákladov na výrobu (namiesto niekoľko strojov sa zaobstará jeden – úspora výrobných plôch, úspora odpisových nákladov).
Možnosť jednoduchšie automatizovať výrobu (stavba pružných výrobných liniek – CIM)
U strojov s technológiou HSC je zvýšenie produktivity uvádzané ako päťnásobné, v tomto pomere je možné očakávať ekonomické úspory
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
45
Obr. 69 Vývoj od jednoprofesných strojov po obrábacie centrá
9.2.1 Požiadavky na moderné CNC stroje a výrobné centrá
Schéma (na obr. 69) demonštruje požiadavky na súčasné vyvíjané a predávané CNC stroje (centra), ktoré sú ekonomicky úspešne. Už pri vývoji stroja sa berú do úvahy ekonomické požiadavky, ktoré vyvolávajú technologické požiadavky a vedú k konštrukcii, koncepcii stroja s progresívnou výrobnou technológiou HSC. Aby požiadavky stroj splnil, musí jeho konštrukcia obsahovať i ďalšie moderné prvky a príslušenstvo.
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
46
9.3 Ukážky moderní CNC techniky
LLP/LDV/TOI/2009/SK/93100530
47
10 Ukážka príkladu
Príklad 1 ( programovanie v riadiacom systému FANUC)
Kontúrovanie, kapsa