S t r e d n á o d b o r n á š k o l a , L i p o v á 8 ,

H a n d l o v á

CNC PROGRAMOVANIE pre

4. ročník odboru mechatronika

Mariana Chalmovská

Obsah 1. Od automatizácie obrábania k CNC obrábacím strojom ....................................................................... 2

2. CNC obrábací stroj ( Computer Numerical Control) ............................................................................ 3

3. Schéma CNC obrábacieho stroja a jeho riadenia .................................................................................. 6

4. Štruktúra NC programu ....................................................................................................................... 8

5. Súradnicový systém ...........................................................................................................................12

6. Význačné body obrobku a stroja.........................................................................................................13

7. Spôsoby programovania .....................................................................................................................15

2

1. Od automatizácie obrábania k CNC obrábacím strojom

Automatizácia je jedna z ciest ako sa udržať na svetových trhoch v podmienkach ostrej

konkurencie, kde sa dá obstáť len vtedy, ak dokážeme vyrábať lacnejšie, kvalitnejšie a rýchlejšie

ako statní.

Druhy automatizácie:

a.) Tvrdá automatizácia – veľkosériová a hromadná výroba, použitie poloautomatov,

automatov, jednoúčelových a stavebnicových strojov, automatizácia pomocou narážok,

vačiek, dorazov, šablón, zoskupenie strojov s vyriešením medzioperačnej dopravy do

výrobných liniek

b.) Pružná automatizácia – malosériová a strednosériová výroba, stroje u ktorých je

postupnosť technologických operácií riadená číslicovo zadanými informáciami.

Súčasne s automatizáciou výrobných operácií je nutné, aby bola výpočtová a automatizačná

technika použitá aj v príprave výroby.

Technická príprava výroby

Kvalita

Marketing

Organizácia

plánovania Konštrukcia Technológia

CAPE CAD

CAP

CAPP CAQ

CAE

CIM

Organizácia

výroby Riadenie

akosti

CAM

3

Skratka Anglický ekvivalent Slovenský ekvivalent činnosti

CAA Computer Aided Assembly montáž podporovaná počítačom

CAD Computer Aided Design počítačová podpora konštrukcie, 2D a 3D návrh,

tvorba výkresovej dokumentácie

CAE Computer Aided Engineering počítačová podpora inžinierskych a projektových

činností, pevnostné výpočty, tepelné namáhanie,

technologické výpočty

CAM Computer Aided

Manufacturing

počítačová podpora návrhu dráh nástrojov pri

obrábaní

CAO Computer Aided Organisation počítačová podpora obchodných činností

CAP Computer Aided

Production

počítačová podpora technologické prípravy výroby,

tvorba technologických podkladov

CAPE Computer Aided Production

Engeneering

Tvorba a údržba informácií v technologickej

príprave výroby, tvorby technologických postupov,

plánovania výroby, spotreby náradia, projektovanie

výrobných prostriedkov

CAPP Computer Aided Process

Planing

počítačová podpora plánovacích funkcií

operatívneho riadenia výroby, plánovania procesov,

projektová analýza

CAQ Computer Aided Quality

Control

počítačová podpora plánovania a riadenia kvality

CAT Computer Aided Testing počítačová podpora a kontrola výroby, test

materiálov , polotovarov a výrobkov, rozmerová

kontrola, spätné inžinierstvo

CIM Computer Integra-ted

Manufacturing

integrovaný systém riadenia

2. CNC obrábací stroj ( Computer Numerical Control) Vývoj a aplikácie číslicovo riadených výrobných strojov je najväčšia kvalitatívna zmena

v oblasti strojárskej technológie v 20. storočí.

Systémovo zmenila:

- oblasť konštrukcie strojov ( odmeriavacie zariadenia, snímače, pohony....)

- oblasť konštrukcie prípravkov, nástrojov, zásobníkov a držiakov nástrojov

- oblasť technologickej prípravy výroby

- kultúru práce, presnosť a efektívnosť výroby

Definícia CNC stroja:

4

Číslicovo riadené výrobné stroje sú charakteristické tým, že ovládanie pracovných funkcií

stroja je vykonávané riadiacim systémom pomocou vytvoreného programu.

Stroje sú pružné, pracujú v automatizovanom cykle, ktorý je zaistený číslicovým riadením.

Informácie o požadovaných činnostiach sú zapísané v programe pomocou alfanumerických

znakov.

Vývojové stupne NC strojov:

1.stupeň: koncepcia vychádzajúca z konštrukcie konvenčných strojov, na báze relé a elektrónok,

s priradeným riadiacim systémom

2.stupeň: koncepcie prispôsobená číslicovému riadeniu, servosystémy, revolverové hlavy,

zásobníky nástrojov, tranzistorové a integrované obvody ( LSI- Large Scale Integration)

3.stupeň: konštrukcia zameraná na výrobné sústavy riadené s ohľadom na technologický

a výrobný proces, obvody vysokého stupňa integrácie (VLSI – Very Large Scale Integration)

4.stupeň: uplatnenie progresívnych metód v konštrukcii a kontrole ( použitie laseru v meraní ),

použitie PC s procesormi

Rozdelenie NC strojov:

a) jednoprofesné - CNC sústruhy, CNC frézky, CNC vŕtačky, vyvrtávačky

b) viacprofesné – obrábacie centrá ( pre rotačné obrobky, skriňové obrobky, nerotačné

súčiastky)

Obrázok 1: Vývojové stupne NC strojov

5

1. PTP – riadenie z bodu do bodu: je polohovanie obrobku vzhľadom k nástroju do jednotlivých

vopred stanovených bodov, spravidla súradníc dier. Naprogramovaná poloha sa nastavuje

v dobe, kedy nástroj nie je v styku s obrobkom. Uberanie materiálu sa vykoná pohybom v tretej

osi ( vŕtačky, vyvrtávačky, dierovacie lisy, bodové zváračky).Nastavenie x,y sa môže vykonať

postupne, alebo súčasne.

2. LP – pravouhlé riadenie: charakteristickým znakom pre ne je, že počas pohybu nástroja sa

obrába. Pohyb ale prebieha vždy len v smere jednej súradnice

( frézovanie pravouhlých drážok).

3. CP – riadenie po súvislej trajektórii: charakteristické je tým, že pohyb prebieha minimálne

v dvoch osiach súčasne a zároveň sa odoberá trieska. Tým je možné obrábať všeobecné

tvary.

Systém s nespojitým

riadením

LP

Rozdelenie NC systémov

podľa zložitosti dráhy

Systém so spojitým

riadením

PTP

CP

Obrázok 2: Rozdelenie NC systémov podľa zložitosti relatívnej dráhy nástroja a obrobku

6

3. Schéma CNC obrábacieho stroja a jeho riadenia

počítač

pamäť

Počítač – priemyslový počítač, ktorý je súčasťou stroja s nahratým riadiacim systémom.

Obsahuje obrazovku a ovládací panel. Ovládací panel umožňuje:

- zadávanie príkazov pri ručnej obsluhe

- pomocou príslušného softwaru vytvárať CNC program

- vyvolať program uložený v pamäti ( vytvorený mimo stroj a do stroja nahratý)

Riadiace obvody – v týchto obvodoch sa logické signály menia na silnoprúdové elektrické

signály, ktorými sa priamo ovládajú motory vretena a posuvov, ventily ...

riadiaci obvod interpolátor porovnávací obvod

polohovací

obvod

vretena

polohovací

obvod

zásobníka

riadiace

obvody

polohovací

obvod x

polohovací

obvod z

x

z

odmeriavanie

e odmeriavanie

e

pohony posuvov pohon vretena

pohyb

zásobníka

nástrojov

Obrázok 3: Schéma CNC obrábacieho stroja a jeho riadenia

7

Interpolátor – rieši dráhu nástroja, ktorá je zadaná geometriou výpočtami dĺžkových

a rádiusových korekcií nástroja. Vypočítava teda ekvidištantu pohybu nástroja, ktorá je vzdialená

od požadovaného povrchu o korekcie.

Porovnávací obvod – (spätná väzba) prenáša informácie o dosiahnutých geometrických

hodnotách suportov a porovnáva ich s programom. Ak je zistený rozdiel, pohony posuvov

dostanú povel na dosiahnutie požadovaných hodnôt. Stroj musí byť vybavený odmeriavaním.

Vertikálne obrábacie centrum

MCV 750 HSC

Heidenhein TNC 426

Číslicovo riadená nástrojárska frézka

FNG 40 CNCA

Riadiaci systém

Heidenhain TNC 426

Obrázok 4:

Obrázok 5:

8

4. Štruktúra NC programu

Pod pojmom NC program rozumieme taký sekvenčne usporiadaný súbor informácií, ktoré

v presne definovanej forme vyjadrujú jednotlivé kroky technologického postupu, ktoré sú

realizované činnosťou číslicovo riadeného stroja alebo zariadenia.

Druhy informácií:

a. Geometrické – ide o popis dráh nástroja v kartézskych súradniciach. V programe je

uvedený popis v osiach x,z pre sústruh, x,y,z pre frézku. Dráhy sú dané rozmermi

obrábanej súčiastky podľa strojníckeho výkresu.

b. Technologické – stanovujú technológiu obrábania z hľadiska rezných podmienok.

c. Pomocné – sú to informácie pre pomocné funkcie

( zapnutie čerpadla chladiacej kvapaliny, smer otáčok vretena...).

Základným prvkom NC programu je slovo ( funkcia ).

Definovaná postupnosť slov vytvára blok (vetu).

Sekvenčne usporiadaná postupnosť blokov potom tvorí NC program.

Štruktúra programového bloku:

BLOK

N140 G41 X+0230500 H01 F008 M09

slovo slovo slovo slovo slovo slovo

V rámci jedného bloku sa vykoná napríklad :

obrobenie určitého úseku

premiestnenie stola alebo suportu

výmena nástroja atď.

9

Slová predstavujú jednotlivé povely programu ako napríklad :

zaradenie príslušných otáčok, posuvov - bezrozmerné slová

hodnota dĺžky dráhy - rozmerové slova

Štruktúra programového slova:

slovo

F 120

adresa významová časť

Adresa – povelová časť (skladá sa z písmena a zo znaku * alebo . )

Číselný údaj – významová časť číselný údaj je tvorený jedným alebo viacerými dekadickými

číslicami a môže obsahovať znamienko.

Základný význam slova ako základného stavebného prvku štruktúry NC programu je určený jeho

adresou. Význam jednotlivých adries je popísaný v súlade s ON 200671.

Základné programové slová

Slová ( funkcie) rozdeľujeme do dvoch hlavných skupín:

- berozmerové ( určujú technologické a doplňujúce údaje )

- rozmerové ( určenie relatívnej dráhy nástroja voči obrobku).

Bezrozmerové slová:

písmeno význam

N ( Number ) číslo bloku

G ( Go ) prípravná funkcia

F ( Feed ) funkcia posuvu

S ( Speed ) funkcia otáčok vretena

T ( Tool ) funkcia nástroja

M ( Make ) pomocná funkcia

10

Romerové slová

Význam pomocných znakov

Znak Význam

+ Symbol pre kladný zmysel pohybu

- Symbol pre záporný zmysel pohybu

tab Tabulátor ( tento znak sa netlačí)

/ Voliteľné vynechanie bloku

% Začiatok programu

LF Koniec bloku – Line Feed

HT Koniec slova

( Začiatok poznámky ( riadenie vypnuté )

) Koniec poznámky ( riadenie zapnuté )

Druhy pohybu

označenie význam

G00 Rýchloposuv z bodu do bodu

G01 Posuv s lineárnou interpoláciou

G02 Kruhová interpolácia v smere hodinových ručičiek

G03 Kruhová interpolácia proti smeru hodinových ručičiek

G04 Výdrž

G33 Rezanie závitu

G40 Zrušenie korekcie nástroja

Znak Význam

A,B,C Uhlový rozmer pohybu okolo osi X,Y,Z

D Uhlový rozmer okolo špeciálnej osi,

alebo tretia posuvová funkcia,

alebo funkcia pre voľbu korekcie nástroja

E Uhlový rozmer okolo špeciálnej osi,

alebo druhá posuvová funkcia

H neurčené

I, J, K Interpolačné parametre

alebo stúpanie závitu rovnobežné s X,Y,Z

L Neurčené

O nepoužívať

P,Q,R Rozmer terciárneho pohybu rovnobežný s X,Y,Z

alebo parameter korekcie nástroja

U,V,W Rozmer sekundárneho pohybu rovnobežne so X, Y, Z

X,Y,Z Rozmer primárneho pohybu X, Y, Z

11

G41 Korekcia dráhy nástroja vľavo

G42 Korekcia dráhy nástroja vpravo

G43 Korekcia dráhy nástroja kladná

G44 Korekcia dráhy nástroja záporná

G90 Absolútne súradnice

G91 Relatívne súradnice

G92 Nastavenie pamäte

G94 Rýchloposuv v mm/min

G95 Posuv na jednu otáčku v mm

G96 Zadanie konštantnej reznej rýchlosti

G97 Zrušenie G96, zadanie otáčok v 1/min

Doplnkové prepínacie funkcie

označenie význam

M00 Naprogramované zastavenie

M02 Koniec programu

M03 Otáčanie vretena v smere hodinových ručičiek

M04 Otáčanie vretena proti smeru hodinových ručičiek

M05 Zastavenie vretena

M06 Výmena nástroja

M07 Prívod chladiacej zmesi

M08 Zastavenie prívodu chladiacej zmesi

M30 Koniec a reset programu

12

5. Súradnicový systém

Bežne sa používa pravouhlý súradnicový systém s osami X,Y,Z orientovanými podľa pravidla

pravej ruky.

„ Stojac pred obrábacím strojom, vystrieme na pravej ruke palec, ukazovák a prostredník.

Ak prostredník ukazuje do smeru + z, potom palec ukazuje do smeru +x a ukazovák do

smeru +y.“

Obrázok 6:

Pravidlo pravej ruky

Pravidlo pravej ruky

Súradnicový systém sa pri obrábaní vzťahuje k upnutému obrobku. Pre programátora CNC platí,

že obrobok je nehybný a nástroj sa pohybuje. Kladný smer je orientovaný od obrobku

k nástroju.

Obrázok 7: Orientácia osí a ohybov Orientácia osí a pohybov

pre horizontálny typ stroja pre vertikálny typ stroja

13

Osi sústruhu:

Pri NC sústruhoch je os Z totožná s osou vretena. Kladný smer je orientovaný od vretena do

pracovného priestoru. Os X je orientovaná kolmo na os vretena, kladným smerom k nástrojovej

hlave. V závislosti na konštrukčnom prevedení môže byť nástrojová hlava pred vretenom (

bližšie k obsluhe stroja) alebo nad vretenom.

Nástroj pred vretenom Nástroj nad vretenom

Obrázok 8: Osi sústruhu

Súradnicový systém sa pri obrábaní vzťahuje k upnutému obrobku. Pre programátora CNC platí,

že obrobok je nehybný a nástroj sa pohybuje. Kladný smer je orientovaný od obrobku

k nástroju.

Osi frézky:

Hlavné pracovné vreteno unáša nástroj. Os Z je rovnobežná s osou hlavného vretena. Os X je

kolmá k Z, je rovnobežná s upínacou doskou obrobku a je hlavnou osou obrobku.

Os Y je kolmá na X,Z a orientácia je daná osami X,Y

Viacosové frézky: U je rovnobežná s X, V je rovnobežná s Y a W je rovnobežná so Z. U strojov

s paralelnými suportmi je os saní označená U alebo P.

Obrázok 9: Osi frézky

14

6. Význačné body obrobku a stroja

M

Nulový bod stroja

W Nulový bod obrobku

PO

Nulový bod programu

R Referenčný bod stroja

A Bod dorazu

Ww Bod výmeny nástroja

E Bod nastavenia nástroja

N Bod upnutia nástroja

P Bod rezu nástroja

F

Referenčný bod suportu

T

referenčný bod držiaku nástroja

Vzťažné body frézovačky Vzťažné body sústruhu

V pracovnom priestore každého NC stroja sú definované tzv. vzťažné body, umožňujúce určiť vzájomnú

Polohu obrobku a nástroja vzhľadom k určeným prvkom stroja.

M – nulový bod stroja je počiatkom súradnicovej sústavy stroja a je určený výrobcom. (

sústruh – na osi rotácie a ploche čelného dorazu upínacej hlavy, frézka – najkrajnejšia ľavá

dolná poloha. Užívateľ ho nemôže meniť a je východiskom pre všetky ďalšie súradnicové

systémy.

E

Obrázok 10: Vzťažné body

15

R – referenčný bod stroja – je určený výrobcom a realizovaný koncovými spínačmi. Slúži

k nastaveniu odmeriavacieho systému stroja. Vzdialenosť R-M je konštantou stroja.

W nulový bod obrobku – definuje ho programátor na vhodnom mieste obrobku tak, aby sa

čo najviac zjednodušil výpočet vzdialenosti pri tvorbe programu a zohľadnili sa možnosti

riadiaceho systému i samotného stroja. Nulový bod obrobku je možné počas obrábania

programovo meniť.

E - bod nastavenia nástroja – je bod upínacej hlavy.

7. Spôsoby programovania

Podľa toho, ako zapíšeme želanú polohu nástroja v programe rozoznávame dva spôsoby

programovania:

absolútne programovanie

prírastkové ( inkrementálne ) programovanie

Absolútne programovanie – G90

Súradnice všetkých bodov sa zadávajú absolútne vzhľadom k počiatku súradnicového systému.

Absolútne zadávanie súradníc zrušíme funkciou G91.

Prírastkové programovanie - G91

Súradnice každého cieľového bodu sa zadávajú ako veľkosť prírastku od predchádzajúceho

bodu.

Príklad:

Urči súradnice bodov A,B absolútne aj inkrementálne

Y

70

60 B

50

40

30

20

10 A

10 20 30 40 50 60 70 x

16

Rádiusová korekcia

Pre správnu činnosť stroja je potrebné udať rádiusovú korekciu, ktorá určuje pohyb nástroja

vzhľadom k obrábanému obrysu.

a.) G41....... pohyb nástroja vľavo

b.) G42...... pohyb nástroja vpravo

Druhy interpolácie

Okrem informácie o spôsobe výpočtu súradníc ( G90 alebo G91) potrebuje riadiaci systém

informáciu týkajúcu sa tvaru dráhy. Dráha sa dá skladať z úsečiek a kruhových oblúkov, preto

poznáme:

a) lineárnu interpoláciu

b) kruhovú interpoláciu

Lineárna interpolácia : G01

dráha medzi dvoma bodmi, riadené sú jedna, dve alebo tri osi

Kruhová interpolácia: G02,G03

Na určenie parametrov kruhového oblúku potrebuje riadiaci systém tieto údaje:

smer otáčania po kruhovej dráhe udaný slovom G02( otáčanie v smere hodinových

ručičiek ) alebo G03 ( otáčanie proti smeru hodinových ručičiek )

súradnice koncového bodu oblúka

interpolačné parametre I,J,K . Sú to relatívne súradnice stredu kružnice, na ktorej leží

oblúk

17

8. Určenie nulového bodu obrobku a posuny súradnicovej sústavy

1. posun nulového bodu stroja pomocou funkcií G54 až G59 ( riadiaci systém Sinumerik )

G54 ( neuvádzajú sa súradnice) – posun súradnice z čela na

čeľusť skľučovadla. ( vzdialenosť 50 je uložená ako konštanta do riadiaceho systému a platí pre dané

skľučovadlo. Pre iné napr. G55 by bola hodnota napr. 60 )

G58 X0Z65 ( súradnice sa píšu prírastkovo do CNC programu

V prípade frézky prvý posun je na hranu pevnej čeľuste

a ďalší rieši výšku materiálu 2. Stanovenie nulového bodu obrobku dotykom

18

19

20

21

Korekcia podľa nástroja pri sústružení

1. Korekcia podľa dĺžky nástroja

V programoch pre sústruženie sa ore ukladanie korekcií používajú slová T. Každý nástroj má

svoju pamäť korekcie. Pri riadení pohybu nástroja sú k súradnici pripočítané korekcie použitého

nástroja.

2. Korekcia podľa polomeru nástroja

a.) slová G41 alebo G42 pri inštrukcii pre posuv

Nástroj za osou rotácie

Nástroj pred osou rotácie

22

23

N1 absolútne programovanie, voľba nástroja , výmena nástroja

N2 korekcia na polomer vľavo, voľba pamäte korekcií N3 posuv 150 mm/min, otáčky vretena 1200 ot/min

N4 rýchloposuv do X10,Y0,

N5 rýchloposuv do Z-10, zapnutie chladiacej zmesi N6 lineárna interpolácia do P2

N7 posuv do P3

N8 posuv do P4 N9 kruhová interpolácia do P5

N10 posuv do P6

N11 posuv do P7 N12 zrušenie korekcie, posuv do X9

N13 presun do výšky výmeny nástroja, vypnutie chladiacej zmesi

N14 presun do X-200, Y – 200, koniec programu