ČÍSLICOVÉ RIADENIE OBRÁBACÍCH STROJOV -...

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA

KATEDRA VÝROBNEJ TECHNIKY A ROBOTIKY

ČÍSLICOVÉ RIADENIE OBRÁBACÍCH STROJOV Časť: ZÁKLADNÉ POJMY A DEFINÍCIE

Študijný materiál

Študijný materiál bol vypracovaný v rámci riešenia grantového projektu KEGA

3/3064/05 Príprava a realizácia multimediálnych výučbových

a študijných materiálov pre odbor Výrobná technika s využitím technológií a prostriedkov virtuálnej reality

Vedúci projektu: prof. Ing. Peter Demeč, CSc.

Číslicové riadenie obrábacích strojov – Základné poj my a definície

2

DEFINÍCIA A ROZDELENIE NC SYSTÉMOV Číslicové riadenie sa bežne označuje symbolom NC (z anglického

Numerical Control). Vo všeobecnosti je to činnosť číslicového počítača pri riadení fyzikálnych veličín. U výrobného stroja ide konkrétne o riadenie procesu obrábania (tvárnenia, zvárania ...) na základe údajov v číslicovej (numerickej) forme.

NC systém je číslicový riadiaci systém, pomocou ktorého sa riadi NC výrobný stroj.

NC (číslicovo riadený) výrobný stroj je výrobný stroj, ktorého všetky funkcie (geometrické, technologické, pomocné) sú ovládané výlučne riadiacim systémom stroja (NC systémom) na základe údajov programu, ktorý je v číslicovej forme. Zjednodušená bloková schéma číslicovo riadeného výrobného stroja je uvedená na obr. 1.

Číslicové riadenie sa najviac uplatňuje v technológii obrábania (až 80 % NC strojov). Pri tvárnení sa využívajú NC stroje najčastejšie na spracovanie plechu (dierovacie lisy, nožnice, ohýbacie stroje, a pod.). NC stroje sa používajú aj na rotačné kovanie, rovnanie, briketovanie (práškovú metalurgiu). Pri zváraní sa uplatňujú NC stroje najmä ako NC odporové zváračky, NC stroje na oblúkové zváranie, NC stroje na zváranie laserom a na rezanie plameňom,. Špecifickú oblasť NC výrobnej techniky tvoria zariadenia pre elektrotechnický priemysel (stroje na výrobu tlačených spojov, opracovanie káblov a pod.). NC technika postupne preniká aj do ďalších technologických oblastí a je hlavným trendom vývoja výrobných strojov. NC systémy môžeme rozdeľovať do skupín podľa rôznych kritérií. Ako základné sa spravidla používa kritérium zložitosti dráhy, po ktorej dokáže riadiaci systém viesť nástroj relatívne vzhľadom k objektu pôsobenia v technologickom procese (obrobok, výstrižok, a pod.). Podľa tohto kritéria rozoznávame NC systémy s pretržitým riadením (nespojité) a systémy so súvislým riadením. Systémy s pretržitým riadením ešte ďalej rozdeľujeme na systémy pre nastavovanie súradníc a systémy pravouhlé. Základné rozdelenie NC systémov podľa zložitosti relatívnej dráhy nástroja a objektu pôsobenia je prehľadne zobrazené na obr. 2.

Základnou funkciou systémov pre nastavovanie súradníc (PTP: Point-to-Point Control, t.j. riadenie z bodu do bodu) je nastavovanie (polohovanie) objektu pôsobenia (obrobku) vzhľadom k nástroju postupne do jednotlivých vopred

Obr. 1 Zjednodušená bloková schéma NC výrobného stroja


3

stanovených bodov, spravidla súradníc dier. Tieto systémy sa najčastejšie používajú na číslicovo riadených vŕtačkách, vyvrtávačkách, ale aj na dierovacích lisoch či bodových zváračkách. Naprogramovaná poloha sa nastavuje v dobe, kedy nástroj nie je v styku s objektom pôsobenia (neobrába). Po dosiahnutí tejto polohy sa vykoná pohybom v tretej súradnici vlastný úber materiálu. Nastavenie súradníc x a y sa pritom môže vykonať buď postupne, alebo súčasne v oboch riadených osách (pozri obr. 2).

Systémy pravouhlé (LP: Longitudinal Path Control, t.j. riadenie po pozdĺžnej

trajektórii) sa používajú na sústruhoch, frézkach a obrábacích centrách. Charakteristickým znakom pre ne je to, že počas pohybu nástroja vzhľadom k obrobku sa obrába, pričom tento pohyb prebieha vždy iba v smere jednej riadenej osi (súradnice). Až keď je pohyb v tejto súradnici ukončený, môže nasledovať obrábanie v súradnici druhej. Príklad tohto typu riadenia pri frézovaní obdĺžnikovej drážky je na obr. 2.3.

Systémy so súvislým riadením (CP: Continuous Path Control, t.j. riadenie po súvislej trajektórii) sú charakteristické tým, že u nich je relatívny pohyb nástroja a obrobku pri obrábaní riadený plynule a súčasne minimálne v dvoch riadených osách. Tým je daná možnosť obrábať všeobecné tvary či už v rovine (súvislé

Obr. 2

Rozdelenie NC systémov podľa zložitosti relatívnej dráhy nástroja a objektu pôsobenia


4

riadenie v dvoch osách), alebo v priestore (súvislé riadenie v troch osách). Medzi pohybmi v súčasne riadených osách, ako aj medzi dráhou a rýchlosťou posuvu existuje určitá závislosť, ktorá vyplynie z požadovaného tvaru obrobku. Príklad súvislého riadenia dráhy nástroja voči obrobku pri frézovaní drážky všeobecného tvaru je na obr. 2.

Ďalším dôležitým kritériom, podľa ktorého sa NC systémy rozdeľujú, je

spôsob programovania geometrických inštrukcií. Podľa neho rozdeľujeme NC systémy na systémy s absolútnym programovaním, systémy s prírastkovým programovaním a systémy kombinované.

Systémy s absolútnym programovaním sú také, u ktorých sa súradnice programovaných bodov relatívnej dráhy nástroja a obrobku vyjadrujú v presne definovanom súradnicovom systéme. Príslušný číselný údaj sa vždy vzťahuje k príslušnému pevnému začiatku súradnicového systému (pozri obr. 3a).

Systémy s prírastkovým (inkrementálnym) programovaním sú také, u ktorých sa súradnice programovaných bodov relatívnej dráhy nástroja a obrobku vyjadrujú vždy ako hodnoty merané vzhľadom k predchádzajúcemu bodu (pozri obr. 3b). Príslušný číselný údaj je vlastne celistvým násobkom inkrementov (základných jednotkových krokov), po prejdení ktorých sa nástroj dostane do požadovanej koncovej polohy.

Systémy kombinované sú také systémy, u ktorých je možné podľa potreby v jednom programe kombinovať vyjadrenie dráhových inštrukcií v tvare absolútnych súradníc, alebo v tvare inkrementálnych súradníc.

Z hľadiska vnútornej štruktúry číslicového riadiaceho systému rozoznávame tzv. systémy NC, CNC, CNC s otvorenou architektúrou a DNC systémy.

Konvenčné NC systémy pozostávajú z pevne prepojených hardvérových blokov, z ktorých každý je vytvorený a určený k vykonávaniu určitej funkcie. Vnútorné hardvérové parametre i vstupy a výstupy týchto blokov zodpovedajú konkrétnej aplikácii na danom stroji a vzájomné prepojenie blokov sa (až na prepínanie výstupov interpolátorov na riadené osi stroja) v priebehu práce

z2

z1

z3

x 2 x 1

a)

0

-∆x3 -∆z3 -∆x2

-∆z2

∆x1

∆z1 0 b)

Obr. 3 Zadávanie geometrických inštrukcií pri absolútnom (a) a prírastkovom (b) programovaní


5

prakticky nemení. Softvérová výstavba je minimálna a je použitá len izolovane v niektorých blokoch, ako sú napr. aritmetická jednotka a interpolátory. V NC systémoch máme teda účelovo vytvorené hardvérové bloky na plnenie určitých funkcií, účelovo vytvorené prepojenie týchto blokov a minimálny, po blokoch funkčne izolovaný softvér. Bloky pracujú súčasne a na sebe nezávisle. Pomocné funkcie stroja sú ovládané paralelne pracujúcimi kombinačnými a sekvenčnými logickými obvodmi. Konvenčný NC systém si teda môžeme predstaviť ako problémovo orientovaný sekvenčne pracujúci počítač. Štruktúra takéhoto riadiaceho systému je schematicky znázornená na obr. 4 a pozostáva z týchto hlavných častí:

Obr. 4 Bloková funkčná schéma konvenčného NC systému


6

• Blok riadenia určuje základný charakter činnosti riadiaceho systému – má vlastne charakter akéhosi dispečera. Jeho hlavnou časťou je ovládací panel, na ktorom sú umiestnené riadiace tlačidlá, prepínače a indikačné prvky pre kontrolu činnosti stroja, odmeriavanie polohy, korekcie nástrojov, voliče pracovných blokov a režimov a ďalšie.

• Vstupný blok riadi vstupné kanály pri čítaní informácií napríklad zo snímača diernej pásky, alebo diskety, resp. sériovej prenosovej linky z nadradeného počítača, ako aj pri čítaní informácií z ručného panelu. Čítanie sa uskutočňuje pomocou niektorého prípustného kódu spôsobom „Štart – Stop“ a súčasne sa vykonáva kontrola správnosti (korektnosti) informácií.

• Blok pamätí je určený na uloženie blokov NC programu. U starších NC systémov bola obvykle kapacita pamäti limitujúcim faktorom pre rozširovanie systémov a ďalších nadstavbových funkcií (napríklad korekcie dráhy nástroja, teplotné korekcie a pod.).

• Blok riadenia geometrie - u súvislého riadenia je tento blok značne rozsiahly, pretože musí umožniť súčasné riadenie viacerých riadených osí (interpolácia), musí vykonávať rôzne korekcie dráhy a rýchlosti a pod. Dá sa povedať, že tento blok obsahuje podstatnú časť „inteligencie“ riadiaceho systému.

• Blok riadenia funkcií (technológie) – tento blok zaisťuje vykonávanie riadiacich prípravných funkcií daných programom, ako sú napríklad nastavenie otáčok vretena, výmena nástroja, upínanie a uvoľnenie výrobku, spúšťanie čerpadla procesného média (reznej kvapaliny), odvoz technologického odpadu (triesok) a pod. CNC systémy (Computerized Numerical Control – číslicové riadenie

počítačom) pracujú na princípe počítača, resp. na princípe lokálnej multiprocesorovej, špecificky prepojenej počítačovej siete. Jednotlivé procesory, mikropočítače a minipočítače sú univerzálne hardvérové jednotky, špeciálne naprogramované pre postupné vykonávanie celého radu značne rozmanitých funkcií. Typický CNC systém je teda účelovo zostavená počítačová sieť procesorov, pamätí a vstupných i výstupných prvkov prepojená rýchlou vnútornou komunikáciou tak, aby mohol byť realizovaný aspoň jeden systém (obvykle niekoľko systémov na rôznych frekvenciách) riadenia dejov v reálnom čase. Zjednodušená bloková schéma CNC riadiaceho systému je zobrazená na obr. 5.

Snaha výrobcov CNC systémov podporiť možnosť zostavovania a edície patrprogramov na stroji pre stále zložitejšie výrobky vedie k enormnému nárastu zložitosti špeciálnej firemnej časti CNC (v časti hardvérovej i softvérovej). Aj keď niektoré firemné metódy tvorby a edície partprogramov sú relatívne vydarené a na pracoviskách obľúbené (Heidenhein, Siemens, Fanuc), sú v prevádzkach s väčšou rozmanitosťou typov CNC systémov problémové svojou špeciálnosťou a nejednotnosťou pri zaškoľovaní obsluhy strojov aj čo do ich spojenia cez postprocesory s nadradenými CAD/CAM systémami. Nevyužívajú dostatočne dnes už všeobecné znalosti zaužívaných operačných systémov s grafickým rozhraním typu Windows a nikdy sa nemôžu kvalitou, univerzálnosťou ani tempom ďalšieho rozvoja vyrovnať novodobým CAD/CAM systémom s priestorovým modelovaním telies (Solid Modeling). Užívatelia CNC strojov požadujú mať možnosť postupného


7

zavádzania nových dokonalejších verzií CAD/CAM systémov na všetkých inštalovaných strojoch bez zložitých úprav postprocesorov.

Silnoprúdová časť

Silnoprúdová časť

Stroj

Riadiaca jednotka stroja

Vstupný blok

Obr. 5 Bloková funkčná schéma CNC riadiaceho systému stroja


8

Analýza problémov ďalšieho vývoja CNC systémov naznačuje naliehavú potrebu generačnej zmeny, ktorá prichádza vo forme nástupu CNC systémov s otvorenou architektúrou a softvérovou kompatibilitou s dialógovými univerzálnymi operačnými systémami s grafickým rozhraním. V podstate ide vlastne o maximálne priblíženie celkovej zostavy CNC systému alebo aspoň jeho výraznej časti jednoprocesorovej štruktúre univerzálneho počítača. Podrobnejšie vyjadrenie štruktúry väčšiny systémov tejto koncepcie možno charakterizovať nasledovne (pozri obr. 6): • Priemyselný PC - umožňuje off-line generovanie technologických

partprogramov vyššími typmi CAD/CAM systémov v dialógovom režime pod operačným systémom Windows, on-line generovanie (v reálnom čase) súhrnných príkazov pre ovládače pohybov. Okrem toho vyhodnocuje hlásenia senzorov a ovláda dvojhodnotové logické funkcie stroja.

• Súčasťou PC je priemyselný displej využiteľný vo všetkých fázach obsluhy i zoraďovania stroja ako komunikačné rozhranie s operátorom, pre ktorého zobrazuje napríklad aj softvérové tlačidlá s premennými funkciami.

• K priemyselnému PC patrí aj priemyselná klávesnica typu PC , ktorej horný rad „F“ tlačidiel môže byť využitý aj pre ovládanie softvérových „tlačidiel“ displeja.

• Podsystém ovláda čov pohybov (motion controllers), ktoré vytvárajú „inteligentné servosystémy“ pre riadenie posuvov a rozbehov (brzdenia)

Obr. 6

Bloková funkčná schéma CNC systému s otvorenou architektúrou


9

vretien. Na ovládače pohybov sú priamo napojené výkonové ovládače pohonov posuvov a vretien.

• Podsystém vyhodnocovania a riadenia dvojhodnotových logických funkcií stroja , ktorého súčasťou sú: sériovo-paralelný prevodník s obvodmi obojsmernej sériovej komunikácie medzi CNC systémom a strojom, procesor a pamäte logického riadenia, analógovo-digitálne prevodníky senzorov a digitálno-analógové prevodníky i výkonové spínače magnetov, spojok, pohonov i ostatných ovládaných výkonových prvkov na stroji a indikačných prvkov na ovládacom paneli stroja.

Takto koncipovaná štruktúra s otvorenou architektúrou vedie k veľkému

spriehľadneniu a unifikácii hardvérovej a softvérovej zložky riadenia. Umožňuje pružné prispôsobenie požiadaviek riadenia širokej škály strojov s minimálnymi hardvérovými zmenami a v prostredí univerzálne známych operačných systémov. Uľahčuje i dodatočné zavádzanie ďalších zaujímavých funkcií stroja, ako sú napríklad snímanie a digitalizácia tvarovo zložitých povrchov, procesné meranie, aktívne riadenie rozmerov, adaptívne riadenie rezných podmienok, monitorovanie stavu nástroja i stroja, priebežná prevádzková diagnostika a generácia signálov pre zastavenie stroja atď.

Nástup riadiacich systémov s otvorenou architektúrou, ktorých hlavným ťažiskom sú systémy na báze PC, má mnoho technických, ekonomických a organizačných aspektov podobných nástupu personálnych počítačov v 80-tych rokoch. V tej dobe existovalo na trhu veľké množstvo vzájomne nekompatibilných počítačov a operačných systémov a vo vývoji boli silne uplatňované zámerné snahy výrobcov zabrániť unifikácii a sťažiť svojim zákazníkom prechod na počítačový systém konkurenčného výrobcu. Nástup IBM kompatibilných personálnych počítačov skoncoval s týmito tendenciami a vynútil vo svetovom meradle unifikáciu hardvérovej a neskôr aj softvérovej štruktúry v takej miere, že dnes je prechod k inému dodávateľovi počítača praktický bezproblémový. Nesúrodosť priemyselnej riadiacej techniky, ktorej hlavným ťažiskom je geometrické riadenie pohybu a funkcií stroja sú ešte omnoho neprehľadnejšie než nesúrodosť počítačov pred nástupom PC, pretože ide o omnoho širšiu a rozmanitejšiu problematiku. Snaha zaviesť výpočtovú techniku, resp. počítač do procesu riadenia strojov viedla už v minulosti k zavedeniu ďalšieho typu číslicového riadenia, ktoré je známe pod označením DNC. Pôvodný význam tohto označenia je z anglického Direct Numerical Control, čo v podstate znamená priame číslicové riadenie počítačom. Prvé verzie tohto typu číslicového riadenia pracovali skutočne v súlade s názvom: jednotlivé NC stroje nemali svoje vlastné riadiace systémy, iba riadiacu jednotku napojenú na centrálny číslicový riadiaci systém (riadiaci počítač), ktorý súčasne „priamo riadil“ niekoľko NC strojov. Riadiace jednotky strojov boli osadené spravidla iba obvodmi pre interpolácie, servoslučkami polohových a rýchlostných spätných väzieb a ovládacím panelom. Neskôr sa princíp DNC začal uplatňovať aj pre väčšie komplexy strojov vybavených konvenčnými NC systémami, ktoré sa pripájali na nadradený počítač prenosovou trasou BTR (Behind the Tape Reader – obtok čítacieho zariadenia diernej pásky) – pozri obr. 4 – priamy vstup. Inak každý NC stroj mohol pracovať aj


10

samostatne, pretože má svoj riadiaci systém. Nadradený počítač vykonáva v podstate funkciu dispečera vo výrobnom systéme – organizuje prácu a spravuje dáta pre viacero strojov. Tento druhý princíp sa ešte viac zdokonalil a presadil v riadení výrobných systémov zavedením CNC riadenia (pozri aj obr. 5 a obr. 6). DNC počítač umožňuje zlepšiť organizáciu práce, zvýšiť produktivitu, riadiť tok materiálu a nástrojov a viesť ich evidenciu, spravovať skladové hospodárstvo a plniť rôzne ďalšie úlohy – komunikácia s manažmentom podniku a pod. Z pohľadu riadenia strojov však plní svoju základnú úlohu – distribuuje (rozosiela) po sieti riadiace programy jednotlivým CNC strojom do ich vlastných CNC systémov vtedy, keď ich tieto pre svoju činnosť potrebujú, čo viedlo k tomu, že pre skratku DNC sa začal používať aj jej druhý význam – Distributed Numerical Control, teda distribuované číslicové riadenie.

SÚRADNICOVÉ SYSTÉMY NC STROJOV Aby bolo zadávanie trajektórií a polôh referenčných bodov pri programovaní

NC strojov jednoznačné a jednotné, musíme rešpektovať určité pravidlá, ktoré sú platné pre „preloženie“ súradnicového systému príslušným NC strojom. Pre obrábacie stroje s klasickou sériovou kinematickou štruktúrou sa rešpektuje odporúčanie ISO R840, podľa ktorého sa používa klasická karteziánska trojosová pravotočivá súradnicová sústava s označením základných osí X, Y a Z. Pre ich usporiadanie platí pravidlo pravej ruky (palec – X, ukazovák – Y, prostredník – Z). Okrem priamočiarych pohybov rovnobežných s uvedenými osami zavádzajú sa ešte rotačné pohyby okolo týchto osí A (okolo osi X), B (okolo osi Y) a C (okolo osi Z). Kladný zmysel rotačných osí je zhodný so smerom a zmyslom posuvov pravotočivých skrutiek – napríklad ak sa pozeráme v smere osi X, tak kladný zmysel rotačnej osi A je v zmysle pohybu hodinových ručičiek.

Zavedenie súradnicového systému sa u NC strojov vykoná podľa nasledujúcich pravidiel: • Poloha začiatku súradnicového systému (X=Y=Z=0) je voliteľná; začiatky

rotačných pohybov sú tak isto voliteľné. • Osi súradnicového systému sú vždy rovnobežné s hlavnými vodiacimi

plochami riadeného stroja; hodnoty súradníc udávajú vzdialenosť nástroja od obrobku, pohyb nástroja v kladnom zmysle osi spôsobuje narastanie rozmeru obrobku.

• Na označenie pohybov nástrojov sa používajú veľké písmená latinskej abecedy. Ďalšie riadené osi, ktoré sú rovnobežné s hlavnými osami, sa označujú písmenami U, V a W, prípadne P, Q a R, pričom platí, že U ll P ll X, V ll Q ll Y, W ll R ll Z. Ak sú potrebné ďalšie rotačné riadené osi, použijú sa pre ne písmená D a E, pričom nie je stanovené, okolo ktorej lineárnej osi otáčajú.

• Pohyby obrobku sa označujú písmenami s čiarkou, napríklad X'‚ Z', C' a pod. • Stotožnenie súradnicového systému s pohybmi obrábacieho stroja je

determinované prevládajúcimi technologickými operáciami. Základné (primárne) pohyby sú tie, ktoré sú vykonávané hlavným vretenom stroja, resp.


11

najbližšie k nemu. Ďalšie pohyby (sekundárne, prípadne terciárne) sú potom tie pohyby, ktoré sú vykonávané postupne ďalej a ďalej od hlavného vretena.

• Ako prvú vždy definujeme os Z , ktorú orientujeme rovnobežne s hlavným vretenom stroja, resp. ju s osou tohto vretena stotožníme. Pritom platí: � Ak je os vretena možné sklápať a ak rozsah tohto pohybu umožňuje

nastavenie osi vretena iba v jednej polohe rovnobežnej s jednou z osí súradnicového systému, potom táto poloha je osou Z.

� Ak je rozsah natáčania (sklopenia) osi vretena taký, že vreteno môže byť zapolohované rovnobežne s dvomi alebo tromi osami súradnicového systému, potom osou Z je tá poloha vretena, ktorá je kolmá na povrch upínacej (pracovnej) plochy stola stroja.

� Ak je na stroji niekoľko vretien, stanoví sa os Z podľa vretena, ktoré je

určené ako hlavné (spravidla má k dispozícii najväčší výkon). Ako hlavné vreteno sa prednostne volí to vreteno, ktoré má os kolmú na povrch upínacej (pracovnej) plochy stola stroja.

� Ak na stroji nie je vreteno (napríklad na hobľovačke), stanoví sa os Z v smere kolmom na upínaciu plochu stola stroja.

• Ako druhá sa definuje os X , ktorá leží v rovine kolmej na os Z a je rovnobežná s povrchom upínacej plochy stola stroja, resp. s rovinou vodiacich plôch suportu (u sústružníckych strojov). Os X je hlavnou osou pohybu v rovine ustavenia nástroja alebo obrobku.

• Zmysel pohybov v smere osi X sa stanoví v závislosti na polohe osi Z a podľa toho, či rotačný pohyb vykonáva nástroj, alebo obrobok takto: � Na strojoch s rotujúcim obrobkom (sústruhy) kladný zmysel pohybu

v smere osi X nastane vtedy, ak nástroj upnutý v hlavnom nožovom držiaku priečnych nožových saní sa vzďaľuje od osi otáčania obrobku (pozri obr. 7).

� Na strojoch s rotujúcim nástrojom a vodorovnou osou vretena (Z) bude kladný zmysel pohybu v smere osi X smerovať napravo pri pohľade od hlavného vretena na obrobok (pozri obr. 8).

� Na strojoch s rotujúcim nástrojom a zvislou osou vretena (Z) bude kladný zmysel pohybu v smere osi X smerovať pre jednostojanové stroje napravo pri pohľade od hlavného vretena na stojan stroja. Na strojoch portálového typu (dvojstojanových) bude kladný zmysel pohybu v osi X smerovať napravo pri pohľade od hlavného vretena na ľavý stojan portálu (pozri obr. 9).

• Kladný zmysel pohybu v smere osi Y sa stanoví tak, aby os Y spoločne s osami Z a X vytvárala pravotočivý súradnicový systém.


12

+Z

+Z +X

+X +C'

a)

+Z

+Z

+X

+X +C'

+P +U

+W +R

b)

Obr. 7 Označenie riadených osí sústružníckych strojov a) hrotový sústruh, b) zvislý dvojstojanový sústruh

+Y'

+X'

+Z'

+Z

+X

+Y

+X'

+W'

+B'

+Y

+X

+Y

+Z

+Z

b) a)

Obr. 8 Označenie riadených osí strojov s rotujúcim nástrojom a) vodorovná konzolová frézovačka, b) vodorovná vyvrtávačka


13

KÓDOVANIE INFORMÁCIÍ PRE NC STROJE Počas vývoja číslicovo riadených strojov bol použitý celý rad kódov. Najnázornejší a prehľadný je kód dekadický . Na vyjadrenie čísla v tomto kóde potrebujeme pre každý rád desať miest, takže ak chceme napríklad naprogramovať ľubovoľné štvorciferné číslo, potrebujeme na to 40 miest (pozri obr. 10a).

Ďalším často používaným kódom v obvodoch riadicich systémov NC strojov je kód binárny (dvojkový). Vyznačuje sa jednoduchosťou (malý počet potrebných miest na programovanie – pozri obr. 10b) a jednoduchou fyzikálnou realizáciou základných stavov – binárnych číslic 1 a 0.

Na druhej strane má binárny kód aj určité nevýhody, ako napríklad menšia prehľadnosť a nemožnosť vyjadrenia desatinných čísel (programované desatinné číslo sa musí vynásobiť takou mocninou čísla 10, aby posledná číslica bola v ráde 20). Najväčšou nevýhodou ale je tá skutočnosť, že pri prechode medzi dvoma za sebou nasledujúcimi číslami sa mení počet programovaných miest nepravidelne, bez pevného systému (pozri tab. 1), čo sťažuje prípadnú kontrolu korektnosti informácie.

+X

+Z +Z

+Y

+W'

+Y' +X'

+Z +X

+Y

+Y

+X'

+V

+W

+R +Z

+A

b) a)

Obr. 9 Označenie riadených osí strojov s rotujúcim nástrojom a) zvislá konzolová frézovačka, b) portálová frézovačka


14

Názorne to zobrazuje na obr. 11a binárny kotúč, ktorý má priehľadné

a nepriehľadné polia usporiadané v medzikružiach pre jednotlivé rády dvojkovej sústavy. Pri jeho osvetľovaní prichádza svetlo úzkymi štrbinami na fotosnímače iba v priehľadných miestach. Pri prechode z polohy P1 do P2 sa číslo 1100 zmení na 1101 - údaj sa mení iba na poslednom mieste. Pri prechode z polohy P3 do P4 sa zmení číslo 0001 na 0010, čiže sa mení údaj na poslednom a predposlednom mieste. Pri prechode z polohy P5 do P6, teda z 0011 na 0100, sa menia zároveň tri údaje. Ak nebudú jednotlivé polia presne ohraničené, poloha čítacej štrbiny nebude presne radiálna a pod., môžu sa pri prechode z 0011 na 0100 „prečítať“ čísla 0000 alebo 0111, 0010, 0001, 0110, ktoré predstavujú chybné údaje.

Z tohto dôvodu vznikol umelý Grayov kód , ktorý odstraňuje tuto nevýhodu. Pre porovnanie s rýdzo binárnym kódom je tento uvedený v tab. 1 a na obr. 11b je zobrazený kotúč na odmeriavanie uhlovej dráhy kódovaný v Grayovom kóde. Vidíme, že pri prechode z jednej dekadickej číslice na najbližšiu vyššiu (resp. nižšiu) dochádza k zmene stavu 1-0, resp. 0-1 vždy iba v jednom binárnom ráde. Táto skutočnosť umožňuje jednoduchú kontrolu korektnosti prečítanej informácie vyhodnocovacím obvodom, resp. riadiacim systémom.

Kód jedna z desiatich (pozri tab. 1) sa vyvinul pre zadávanie rôznych

informácií z dekadických prepínačov (napríklad číselné hodnoty nástrojových korekcií) a pre výstupy na indikáciu polohy vo forme číslicových tlejiviek.

27

103 103 102 102 101 101

100 100

28

29

210 24

25

26

2 23

23 21

22

22

21

20

20 1 3

4 0

5

6 8

9 7

a) b) c)

Obr. 10 Vyjadrenie čísla 1359 v kóde a) dekadickom, b) binárnom, c) binárne dekadickom


15

rád 2 0 rád 2 1 rád 2 2 rád 2 3

P6 P5 P4 P3 P2 P1

4

3

2

1

0

5

6

7

8

9

Obr. 11 Kotúče na odmeriavanie uhlovej dráhy a) kódovaný v rýdzo binárnom kóde

b) kódovaný v Grayovom kóde

a)

b)


16

Tab. 1 Kódovanie číslic 0 – 9 v rôznych kódoch Číslica Rýdzo binárny kód Grayov kód Kód jedna z desiatich

0 0000 0000 0000000001 1 0001 0001 0000000010 2 0010 0011 0000000100 3 0011 0010 0000001000 4 0100 0110 0000010000 5 0101 0111 0000100000 6 0110 0101 0001000000 7 0111 0100 0010000000 8 1000 1100 0100000000 9 1001 1101 1000000000

Binárne dekadické kódy , označované ako BCD kódy, našli u NC strojov široké použitie. Patria medzi kódy zmiešané, ktoré počítajú v dekádach ako kód dekadický a vnúti každej dekády vyjadrujú číslo binárne (pozri obr. 10c). Je zrejmé, že každá číslica desiatkovej sústavy je tu vyjadrená ako súčet mocnín základu „2“. Kód 8421 sa v číslicovej riadiacej technike stal najčastejšie používaným BCD kódom, k čomu mimo iných okolností prispelo aj to, že s ním pracujú aj integrované obvody so stredným a vyšším stupňom integrácie. Pretože vnútri dekády je tu opäť číslo vyjadrené rýdzo binárnym spôsobom, má i tento kód vyššie spomenuté nevýhody. Okrem kódu 8421 existujú ešte ďalšie BCD kódy, ako napríklad Aikenov 2421, kód 84-2-1, kód + 3 a iné.

Z potreby jednotnosti používaných nosičov informácií a ich formátu, ako aj jednotnosti zariadení pre zápis a čítanie programu boli v čase vývoja NC riadenia a NC strojov vytvorené pre ich programovanie štandardné kódy. Medzi ne patrí kód ElA RS 244 (tzv. americký) a kód ISO R 840 , ktoré sú uvedené na obr. 12. Kód ElA používa malé písmená, kód ISO používa veľké písmená. Oba kódy sú osemstopové (pôvodne pre 8-stopové dierne pásky), pričom na štyroch stopách sa vyjadrujú čísla v kóde 8421. Ďalšie tri stopy odlišujú čísla od ostatných adries a znakov. Ôsma stopa je tzv. paritná stopa. Pôvodne spĺňala požiadavku nutnosti jednoduchej kontroly korektnosti informácie vydierovanej na diernej páske, a to aby každý programový znak mal u ISO kódu párny a u ElA kódu nepárny počet vydierovaných otvorov. V opačnom prípade riadiaci systém indikuje chybu. Kód ElA má kontrolu nepárnou paritou na piatej stope, kód ISO párnou paritou na ôsmej stope. Pretože kód ElA úplne nevyhovoval pre spracovanie informácií na číslicových počítačoch, bol postupne nahradzovaný kódom ISO.


17

Význam použitých znakov

/ voliteľné vypúšťanie bloku UC horné typy SP medzera (Space) LC dolné typy DEL zrušenie chybných znakov (Delete) CR Návrat na začiatok riadku (Carriage

Return) LF nový riadok a koniec bloku (Line

Feed) % začiatok programu

BS (Backspace) ( začiatok poznámky TAB (HT)

tabulátor (Horizontal Tabulation)

) koniec poznámky - znaky medzi oboma zátvorkami riadiaci systém nespracováva

STP koniec programu : funkcia nastavenia BL len vodiace otvory NUL Znak bez informačného obsahu, iba

pre posuv diernej pásky (dierovanie vodiacej perforácie)

Obr. 12

Prehľad znakov kódov EIA a ISO pre NC stroje


18

STAVBA PROGRAMU PRE NC STROJ

Podľa definície NC stroja vieme, že každý číslicovo riadený stroj má všetky svoje funkcie (geometrické, technologické a pomocné) ovládané riadiacim systémom na základe programu , ktorý je v číslicovej (lepší je výraz digitálnej) forme. Program teda pre riadiaci systém predstavuje určitý návod – predpis, podľa ktorého sa jednotlivé inštrukcie vykonávajú. Tento „návod“ je dielom človeka, ktorým vlastne komunikujeme s riadiacim systémom stroja a tým nepriamo vlastne i so strojom. Podobne ako sa ľudia medzi sebou dorozumievajú v určitom jazyku, ktorého základným stavebným prvkom je slovo a slová spájame do viet, ktoré vyjadrujú určité ucelené myšlienky, aj pri tvorbe programu pre NC stroj v podstate využívame tú istú procedúru.

Informácie obsiahnuté na nosiči programu pre obrábanie danej súčiastky preto môžeme rozdeliť do viet - tzv. blokov , ktoré vstupné čítacie zariadenie postupne číta a riadiaci systém spracováva ako celok. V rámci jedného bloku sa môže vykonať určitý ucelený úsek činnosti stroja - napríklad obrobenie určitého úseku alebo premiestnenie stola stroja, výmena nástroja a pod. Tak ako „naše“ vety pozostávajú zo slov a tie sú vytvorené z písmen, aj bloky programu môžeme ešte ďalej rozdeliť na slová a tieto na jednotlivé znaky .

Základným stavebným prvkom programu pre NC stroj sú slová, ktoré v svojej podstate predstavujú povely programu, ako napríklad zaradenie otáčok, posuvu, dĺžku ubehnutej dráhy a pod. Pritom rozoznávame slová rozmerové a slová bezrozmerové. Rozmerové slová pozostávajú z tzv. adresného znaku, znamienka + alebo - a určitého počtu číslic. Pomocou rozmerových slov sa vyjadrujú geometrické informácie (súradnice, počet inkrementov, uhly pootočenia a pod.). Bezrozmerové slová sa skladajú z adresného znaku a určitého počtu číslic a vyjadrujeme nimi inštrukcie pre riadenie technologických a pomocných funkcií stroja (otáčky, posuvy, výmena nástroja a pod.). Ako adresné znaky sa pre programovanie NC strojov využívajú písmená latinskej abecedy, pričom ich význam je uvedený v tab. 2.

Aby sa význam jednotlivých slov v bloku dal jednoznačne určiť, používa sa dohodnutý spôsob ich zápisu, definovaný ako tzv. formát bloku . V priebehu vývoja NC techniky sa vyvinuli dva druhy formátu bloku, a to s pevnou dĺžkou a s premenlivou dĺžkou. Formát bloku s pevnou dĺžkou obsahuje iba číselné znaky, teda významovú časť slov. Vyznačuje sa tým, že poradie i počet slov a znakov je vo vnútri bloku stále ten istý. Ak sa v určitom slove príslušná hodnota nevyskytuje, programujú a zapisujú sa nuly. Bloky s pevnou dĺžkou sa využívali u systémov s tzv. blokovou čítačkou diernej pásky. V súčasnosti sa s nimi možno stretnúť už len výnimočne na ešte pracujúcich starších zariadeniach. Pre názornosť je na obr. 13a zobrazený príklad zápisu bloku programu s pevnou dĺžkou a jeho vydierovanie na diernej páske.

Formát bloku s premenlivou dĺžkou obsahuje slová, ktoré sa vždy skladajú z dvoch častí, adresy určujúcej druh slova a číselnej časti, ktorá vyjadruje podobne ako u pevného bloku jeho významovú časť. Preto je možné vynechávať slová, ktoré sa v príslušnom bloku nevyskytujú, alebo nemenia. Tým sa zjednodušuje programovanie a celý program sa skráti, čo je výhodné z hľadiska objemu informácií na nosiči programu, resp. v pamäti riadiaceho systému alebo riadiaceho počítača. Poradie slov i ich dĺžka sa však aj tu musí väčšinou zachovávať.


19

Tab. 2 Význam adresných znakov pri programovaní NC strojov Adresný znak Význam A, B, C Uhlový rozmer (pootočenie) okolo osi X, resp. Y,

resp. Z D • uhlový rozmer okolo špeciálnej osi

• tretia posuvová funkcia • druhá funkcia nástroja

E • uhlový rozmer okolo špeciálnej osi • druhá posuvová funkcia

F (Feed - posuv)

Prvá posuvová funkcia

G (Go - postupovať)

Prípravná funkcia

H Neurčené; zvykne sa požívať na špecifikáciu korekčných prepínačov pre korekcie nástrojov

I, J, K Interpolačné parametre alebo stúpanie závitu rovnobežne s osou X, resp. Y, resp. Z

L Neurčené M (Make - urobiť)

Pomocná funkcia

N (Number - číslo)

Číslo bloku

O Nepoužívať (môže dôjsť k zámene s nulou) P, Q Terciárny pohyb (prestavenie) rovnobežne s osou X,

resp. Y R • Terciárny pohyb rovnobežne s osou Z

• rýchloposuv v smere osi Z • parameter korekcie nástroja

S (Speed – rýchlosť, rýchlosť otáčania)

Funkcia hlavného pohybu – otáčky vretena

T (Tool - nástroj)

Prvá funkcia nástroja

U, V, W Sekundárny pohyb rovnobežne s osou X, resp. Y, resp. Z X, Y, Z Primárny pohyb (prestavenie) Poznámka : Ak má adresný znak niekoľko významov, priorita ich použitia je od prvej možnosti po poslednú. Vždy musí byť dodržaná jednoznačnosť adresovania a pravidlá pre zostavovanie blokov platné pre príslušný stroj a jeho riadiaci systém.

S ohľadom na získanie väčšej prehľadnosti pri zápise programu je výhodné za jednotlivými slovami používať znak tabulátoru (TAB, HT) alebo medzery (SP), na ktorý riadiaci systém nereaguje. Bloky s premenlivou dĺžkou a adresnou časťou slov sú dnes najpoužívanejšie. Príklad zápisu bloku s premenlivou dĺžkou a jeho vydierovanie na diernej páske je zobrazené na obr. 13c.

Pre niektoré riadiace systémy s tzv. tabulátorovou organizáciou bloku je znak tabulátoru dôležitý, systém na neho reaguje, pretože tabulátor nahradzuje adresu slova. Ak sa u tohto druhu bloku hodnota v niektorom slove nevyskytuje,


20

programuje sa ešte jeden tabulátor (pozri obr. 13b). Systémy s tabulátorovým blokom sa však vyskytujú pomerne zriedka.

Štruktúra programového bloku je vo všeobecnosti stanovená na základe

medzinárodných odporúčaní príslušnými štátnymi, resp. odborovými normami. Pre konkrétny stroj a jeho riadiaci systém sa formát bloku a spôsob programovania podrobne špecifikuje v sprievodnej dokumentácii stroja, kde sú predovšetkým uvedené tieto základné informácie: špecifikácia formátu bloku (skrátený zápis a podrobný zápis), použité kódy prípravných funkcií a pomocnej funkcie, spôsob programovania otáčok a posuvov, spôsob programovania nástrojov a zadávania nástrojových korekcií, ako aj spôsob programovania interpolácií, ak je možnosť súvislého riadenia relatívnej dráhy nástroja a obrobku. Skrátený zápis klasifikácie formátu bloku obsahuje základné informácie, ktoré charakterizujú príslušný NC stroj, jeho riadiaci systém a spôsob jeho programovania. Skrátený zápis obsahuje štyri písmená a tri číslice, čo môžeme zapísať napríklad takto:

P1P2P3P4 C1C2C3

Významy jednotlivých písmen a číslic sú uvedené v tab. 3.

a)

b)

c)

Obr. 2.14 Príklady zápisu a dierovanie blokov a) s pevnou dĺžkou, b) tabulátorového, c) s premenlivou dĺžkou


21

Tab. 3 Významy symbolov v skrátenom zápise klasifikácie formátu Symbol Význam

P1

F P L C

pevný formát bloku, pravouhlé riadenie premenlivý formát bloku, bodové riadenie premenlivý formát bloku, pravouhlé riadenie premenlivý formát bloku, súvislé riadenie

P2 A T S

adresový systém bez znaku tabulácie tabulátorový bezadresový systém adresový systém s voliteľným znakom tabulácie

P3 M I

dĺžkové rozmery sa udávajú v milimetroch a ich desatinných dieloch dĺžkové rozmery sa udávajú v palcoch (inch ≡ 25,4 mm)

P4

D R

uhlové rozmery sa udávajú v stupňoch a ich desatinných dieloch uhlové rozmery sa udávajú v otáčkach a ich desatinných dieloch

C1 Celkový počet riadených osí

(numericky i nenumericky, napríklad narážkami) C2 Počet numericky riadených osí

C3 Počet numericky riadených osí, ktoré je možné riadiť

súčasne (pri súvislom riadení)

Poznámka : Ak stroj nie je vybavený numericky riadenými rotačnými osami, potom štvrté písmeno v skrátenom zápise klasifikácie formátu chýba. Príklady skrátených zápisov klasifikácie formátu : CAMR 432 – stroj je vybavený súvislým riadením relatívnej dráhy nástroja a obrobku.

Formát bloku je premenlivý, adresný znak sa musí deklarovať, symbol tabulácie sa nepoužíva. Dĺžkové rozmery sa udávajú v milimetroch a ich desatinných dieloch, pootočenia v otáčkach a ich desatinných dieloch. Stroj má celkom 4 riadené osi, z toho 3 numericky, z nich 2 možno riadiť súvisle (podľa použitého interpolátoru teda možno vytvárať rôzne zložité krivky v rovine).

FTI 322 – starší stroj s pevným formátom bloku a s možnosťou pravouhlého riadenia. Pri písaní blokov sa používa tabulátorový systém (pozri obr. 2.14b), dĺžkové rozmery sa udávajú v palcoch. Stroj nie je vybavený numericky riadenou rotačnou osou. Stroj má celkom 2 riadené osi, z toho 2 numericky, obe možno riadiť súčasne. Pretože stroj neumožňuje súvislé riadenie relatívnej dráhy nástroja a obrobku (deklarované prvým písmenom F), ide v tomto prípade o tzv. rozšírené pravouhlé (úsekové) riadenie v rovine. Pomocou neho je možné zadať väzbu medzi posuvovými rýchlosťami výkonných členov stroja vo forme konštanty, čo umožní napr. zrážať hrany a pod. Riadiaci systém nie je vybavený interpolátorom v klasickom zmysle slova (pozri ods. 2.2.6).

LAM 321 - stroj je vybavený pravouhlým riadením relatívnej dráhy nástroja a obrobku. Formát bloku je premenlivý, adresný znak sa musí deklarovať, symbol tabulácie sa nepoužíva. Dĺžkové rozmery sa udávajú v milimetroch a ich desatinných dieloch. Stroj nie je vybavený numericky riadenou rotačnou osou. Stroj má celkom 3 riadené osi, z toho 2 numericky. Riadiaci systém nie je vybavený interpolátorom a ani neumožňuje rozšírené pravouhlé riadenie.


22

Jednotlivé riadiace systémy spravidla nevyužívajú všetky funkcie a rozmerové slová uvedené v tab. 2. Preto sa v podrobnom zápise klasifikácie formátu bloku uvedie použitý výber, poradie a dĺžka slov vrátane zoznamu použitých znakov a ich významu pre konkrétny stroj a jeho riadiaci systém. Podrobný zápis klasifikácie formátu bloku sa vyjadruje zápisom, pri ktorom sa dodržujú nasledujúce zásady: • ak sa používa znak tabulácie, označuje sa bodkou (.); • znak „koniec bloku“ sa označuje hviezdičkou (*); • každé písmeno použité ako adresa sa zaznamenáva v príslušnom poradí:

� číslo bloku, � prípravná funkcia, � rozmerové slová usporiadané v poradí:

X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, A, B, C, D,E, I, J, K, � funkcia posuvu, � funkcia otáčok vretena, � funkcia nástroja, � pomocná funkcia.

• V jednom bloku sa môže programovať viacero prípravných (G) i pomocných (M) funkcií, pokiaľ si vzájomne neprotirečia. V opačnom prípade riadiaci systém zoberie za platnú len poslednú programovanú funkciu G, resp. M.

• Rozmerové slová sa nesmú opakovať v tom istom bloku. • Za písmenom označujúcim adresu rozmerového slova nasledujú dve číslice,

pričom prvá z nich udáva počet číslic rozmerového slova pred desatinnou čiarkou a druhá udáva počet číslic rozmerového slova za desatinnou čiarkou. Ak sa môžu začiatočná alebo koncové nuly v čísle vynechať, zmení sa dvojčíslicové označenie na trojčíslicové: ak sa môžu vynechať začiatočné nuly, potom prvá číslice musí byť nula (0); ak sa môžu vynechať koncové nuly, musí byť posledná číslica nula.

• Pokiaľ sú programované rozmery vždy kladné, medzi adresu a číslo sa nevkladá žiadne znamienko. Ak tomu tak nie je, medzi adresu a číslo sa vkladá znamienko plus (+), resp. symbol ± (závisí od konkrétneho stroja a jeho riadiaceho systému). V oboch prípadoch to znamená, že sa príslušný rozmer (prestavenie) vždy musí v programe zadávať s konkrétnym znamienkom.

• Za písmenom označujúcim bezrozmerové slovo nasleduje jediná číslica, ktorá označuje počet číslic v slove. Výnimkou sú slová S a F, u ktorých za adresou môže byť aj dvojciferné číslo. Táto možnosť sa využíva vtedy, ak je stroj vybavený plynulou zmenou otáčok, resp. posuvov, ktoré je potrebné vyjadriť v tvare desatinného čísla. Potom prvá číslica príslušného dvojciferného čísla v špecifikácii daného slova udáva počet číslic pred desatinnou čiarkou a druhá číslica udáva počet číslic za desatinnou čiarkou príslušnej hodnoty otáčok, resp. posuvu.

Podrobný zápis klasifikácie formátu bloku potom môže byť napríklad takýto:

N5.G2.X±±±±33.Y±±±±33.Z±±±±33.F31.S4.T4.M2*


23

Z uvedeného zápisu vieme prečítať tieto údaje: N5 päťciferné číslo bloku (program môže obsahovať maximálne 99999

blokov); G2 dvojciferná prípravná funkcia (G00 až G99 – pozri tab. 4); X±33 posunutie v osi X so znamienkom „plus“ alebo „mínus“, 3 číslice naľavo

od desatinnej čiarky a tri číslice napravo. Z tohto údaju môžeme dedukovať, že maximálny rozsah programovanej dráhy je 999,999 mm. Počet číslic za desatinnou čiarkou okrem toho poskytuje informáciu o základnom kroku stroja (inkremente), ktorý je rovný 1.10-3 mm;

Y±33 to isté pre os Y; Z±33 to isté pre os Z; F31 rýchlosť posuvu, tri číslice naľavo od desatinnej čiarky a jedna číslica

napravo, čo znamená, že rýchlosť posuvu je možné zadať maximálnou hodnotou 999,9 jednotiek (v špecifikácii musí byť potom udaná príslušná jednotka pre zadávanie rýchlosti posuvu);

S4 štyri číslice vyjadrujúce kód funkcie hlavného pohybu, napr. otáčok vretena (v špecifikácii sa potom uvádza konkrétny spôsob kódovania otáčok);

T4 štyri číslice vyjadrujúce kód funkcie nástroja. Ak nie je uvedený iný spôsob, potom prvé dve z týchto štyroch číslic definujú číslo nástroja a posledné dve číslice definujú príslušný korekčný prepínač pre daný nástroj. V uvedenom prípade teda možno na stroji použiť celkom 99 rôznych nástrojov, ktoré majú čísla 01 až 99 a rovnako sú číslované aj ich korekčné prepínače. Slovo T potom môže nadobudnúť niektorý z tvarov T0101 až T9999, pričom prvá a posledná dvojica číslic v kóde nástroja sa spravidla musia zhodovať (nemôžeme zadať napr. T0295, ale len T0202 alebo T9595).

M2 dve číslice vyjadrujúce kód pomocnej funkcie (M00 až M99 – pozri tab. 5);

. požíva sa symbol tabulácie niektorým z dohodnutých symbolov (musí byť presne deklarovaný);

* označuje sa koniec bloku niektorým z dohodnutých symbolov (musí byť presne deklarovaný).

Otáčky vretena a posuvy sa môžu programovať rôznymi spôsobmi.

V priebehu vývoja NC strojov a ich riadiacich systémov sa vyvinuli možnosti programovania kódovaným 3- až 5-miestnym číslom (metóda aritmetického radu), alebo 2-miestnym číslom (metóda geometrického radu). Tieto spôsoby spravidla umožňovali vyjadriť otáčky alebo posuvy buď ako zaokrúhlené hodnoty, alebo ako hodnoty odstupňované. V súčasnosti sa preto preferuje spôsob priameho vyjadrenia hodnôt posuvov a otáčok. Vyššie uvedený zápis slova F31 by mohol byť vyjadrený aj ako F4. V špecifikácii by bolo uvedené, že štvormiestnym číslom sa vyjadrujú konkrétne hodnoty rýchlosti posuvu, ktoré môžu byť v rozsahu 0,1 až 999,9 jednotiek. Potom napríklad rýchlosť posuvu 26,5 mm.min-1 by programátor zapísal v príslušnom bloku ako F0265. Kódovanie prípravných (G) a pomocných (M) funkcií je definované na základe medzinárodného odporúčania príslušnými štátnymi normami. V tabuľkách tab. 4 a tab. 5 je uvedený výber najčastejšie používaných funkcií G a M.


24

Tab. 4 Prípravné funkcie – výber Prípravná

funkcia Názov a význam

G00

Rýchle polohovanie Prestavenie do naprogramovaného bodu s maximálnou rýchlosťou (napríklad s najväčšou rýchlosťou posuvu). Skôr naprogramovaná rýchlosť posuvu sa ignoruje, ale neruší sa. Prestavenia v súradnicových osiach môžu byť nekoordinované.

G01

Lineárna interpolácia Spôsob riadenia, pri ktorom sa zabezpečuje stály vzťah medzi rýchlosťami v súradnicových osiach proporcionálne vzťahu medzi vzdialenosťami, o ktoré sa musí premiestniť akčný člen obrábacieho stroja v dvoch alebo viacerých súradnicových osiach súčasne.

G02

Kruhová interpolácia, pohyb v smere hodinových ručičiek Spôsob súvislého riadenia na vytvorenie oblúku kružnice, pri ktorom používané vektorové rýchlosti v jednotlivých súradnicových osiach sú menené riadiacim systémom. Pohyb akčného člena je pri pohľade zo strany kladného smeru osi kolmej k obrábanému povrchu orientovaný v smere hodinových ručičiek.

G03 Kruhová interpolácia, pohyb proti smeru hodinových ručičiek

G17 Voľba roviny XY Používa sa na zadanie roviny vykonania takých funkcií, ako kruhová interpolácia, korekcie frézy a pod.

G18 Voľba roviny ZX G19 Voľba roviny YZ G33 Rezanie závitu s konštantným stúpaním G34 Rezanie závitu so zväčšujúcim sa stúpaním G35 Rezanie závitu so zmenšujúcim sa stúpaním G40 Zrušenie nástrojových korekcií G41 Korekcia polomeru frézy ľavá (záporná) – pozri ods. 2.2.5 G42 Korekcia polomeru frézy pravá (kladná) – pozri ods. 2.2.5

G43 Korekcia priemeru frézy (dvojnásobná korekcia polomeru) kladná – pozri ods. 2.2.5

G44 Korekcia priemeru frézy (dvojnásobná korekcia polomeru) záporná – pozri ods. 2.2.5

G63 Rezanie závitu závitníkom

G80 Zrušenie konštantného cyklu Funkcia, ktorá ruší ľubovoľný konštantný cyklus.

G81 až G89

Konštantné cykly č. 1 až 9 Jednotlivé konštantné cykly sú definované normou.

G90 Absolútne programovanie Prestavenie sa vykoná vzhľadom k zvolenému nulovému bodu.

G91 Prírastkové programovanie Prestavenie sa vykoná vzhľadom k predchádzajúcemu naprogramovanému bodu.

G92 Stanovenie absolútnych údajov polohy Používa sa na zmenu stavu absolútnych pamätí polohy. K pohybu akčných členov stroja pritom nedochádza.

G93 Rýchlosť posuvu ako inverzná funkcia času Používa sa pre inštrukciu, u ktorej číslo nasledujúce za adresou F sa rovná opačnej hodnote času (v minútach) potrebného na spracovanie bloku.

G94 Posuv za minútu G95 Posuv na otáčku

G96

Konštantná rezná rýchlosť Udáva, že číslo nasledujúce za adresou S sa rovná reznej rýchlosti v m.min-1, pričom sa rýchlosť otáčania vretena reguluje automaticky s cieľom dodržať naprogramovanú rýchlosť (čelné sústruženie).

G97 Otáčky za minútu


25

Tab. 5 Pomocné funkcie – výber Pomocná funkcia Názov a význam

M00

Programované zastavenie Zastavenie bez straty informácie po skončení spracovania príslušného bloku. Po vyplnení príkazov dôjde k zastaveniu vretena, posuvu a chladenia. Práca podľa programu sa zahajuje po stlačení tlačidla.

M01 Zastavenie s potvrdením Funkcia je analogická s M00, ale je splnená až po predchádzajúcom potvrdení z riadiaceho panelu.

M03 Otáčanie vretena v smere hodinových ručičiek Zapína chod vretena v zmysle otáčania, pri ktorom sa skrutka s pravým závitom upnutá vo vretene otáča do obrobku.

M04 Otáčanie vretena proti smeru hodinových ručičiek Zapína chod vretena v zmysle otáčania, pri ktorom sa skrutka s pravým závitom upnutá vo vretene otáča von z obrobku.

M05 Zastavenie (stop) vretena Zastavenie vretena najúčinnejším spôsobom. Vypnutie chladenia.

M06 Výmena nástroja Príkaz na výmenu nástroja ručne alebo automaticky (bez vyhľadávania nástroja). Môže automaticky vypnúť vreteno a chladenie.

M07 Zapnutie chladenia č. 2 napríklad olejovou hmlou

M08 Zapnutie chladenia č. 1 napríklad reznou kvapalinou

M09 Vypnutie chladenia Ruší M07 a M08.

M10 Upnutie Vzťahuje sa na upínacie prípravky pohyblivých výkonných členov obrábacieho stroja.

M11 Uvoľnenie Vzťahuje sa na upínacie prípravky pohyblivých výkonných členov obrábacieho stroja.

M19 Zastavenie vretena v danej polohe Spôsobuje zastavenie vretena akonáhle toto dosiahne určenú uhlovú polohu.

M49 Zrušenie ručného ovládania Funkcia ukazujúca zrušenie ručnej korekcie posuvu a (alebo) hlavného pohybu a návratu týchto parametrov k naprogramovaným hodnotám.

M59 Konštantná rezná rýchlosť Dodržanie konštantnej priebežnej hodnoty rýchlosti vretena nezávisle na posuvoch akčných členov stroja a pôsobení funkcie G 96.

Pri programovaní technologických a pomocných funkcií (slová F, S, T, G a M) platí tzv. dedi čnos ť inštrukcií , čo znamená, že riadiaci systém si raz deklarované slovo pamätá dovtedy, kým sa jeho informačný obsah v niektorom z nasledujúcich blokov nezmení (neprepíše) slovom s tou istou adresou a inou významovou časťou, alebo tzv. výmazovou inštrukciou. Všetky inštrukcie, ktoré majú túto vlastnosť, nazývame modálne (dedené) inštrukcie . Modálnymi inštrukciami sú prakticky všetky inštrukcie pre ovládanie technologických funkcií stroja (slová F, S a T) a väčšina inštrukcií pre ovládanie pomocných funkcií stroja a jeho riadiaceho systému (slová G a M). Praktický význam dedičnosti inštrukcií je v zmenšení objemu informácií potrebných na programovanie obrobenia určitej súčiastky. Ak by sme napríklad mohli celú súčiastku obrobiť tým istým nástrojom, a pri tých istých otáčkach vretena, slová S a T deklarujeme v prvom z blokov, v ktorom začnú platiť, a v nasledujúcich blokoch až do konca programu ich už opakovať netreba.


26

Nemodálne inštrukcie sú také inštrukcie, ktoré majú platnosť iba v tom bloku, v ktorom sú deklarované. Ak ich potrebujeme vykonať, musíme ich vždy znovu programovať. Z hľadiska programovania sú to všetky inštrukcie pre ovládanie geometrických funkcií (rozmerové slová X, Y, Z, A, B, C atď.) a tieto prípravné a pomocné funkcie: G08 (rozbeh), G09 (brzdenie), G63 (rezanie závitu závitníkom), G92 (stanovenie absolútnych údajov polohy), M00 (programované zastavenie), M01 (zastavenie s potvrdením), M02 (koniec programu), M06 (výmena nástroja) a M30 (koniec informácie).

Pre lepšiu orientáciu v problematike dedičnosti inštrukcií sú v tabuľke tab. 6 uvedené príklady modálnych inštrukcií s priradenými výmazovými inštrukciami. Tab. 6 Priradenie výmazových inštrukcií pre niektoré modálne inštrukcie Inštrukcia Význam Výmazová inštrukcia

G00 Rýchle polohovanie G01, G02, G03, G33 G01 Lineárna interpolácia G00, G02, G03, G33 G02 Kruhová interpolácia v smere hodinových ručičiek G00, G01, G03, G33 G03 Kruhová interpolácia proti smeru hodinových ručičiek G00, G01, G02, G33

G33 Rezanie závitu s konštantným stúpaním (rýchlostná interpolácia)

G00, G01, G02, G03

G40 Zrušenie nástrojových korekcií G41, G42, G43, G44 G41 Korekcia polomeru frézy ľavá (záporná) G40, G42, G43, G44 G42 Korekcia polomeru frézy pravá (kladná) G40, G41, G43, G44 G43 Korekcia priemeru frézy kladná G40, G41, G42, G44 G44 Korekcia priemeru frézy záporná G40, G41, G42, G43 G90 Absolútne programovanie G91 G91 Prírastkové programovanie G90

F Hodnota rýchlosti posuvu F alebo G00 S Hodnota otáčok vretena S alebo M05 T Nástroj T

M03 Otáčanie vretena v smere hodinových ručičiek M05 M05 Zastavenie (stop) vretena M03 M08 Chladenie ŠTART M09 M09 Chladenie STOP M08

Niektoré prípravné a pomocné funkcie majú tzv. načítaciu prioritu , čo znamená, že hneď po zapnutí stroja sa automaticky zapíšu do príslušných registrov v riadiacom systéme. Tieto prioritné inštrukcie potom platia (aj keď ich explicitne nedeklarujeme v programe) až dovtedy, kým sa v spustenom programe v niektorom z blokov nedeklaruje iná inštrukcia z príslušnej skupiny (s rovnakou adresou), resp. kým sa nedeklaruje príslušná výmazová inštrukcia. Prioritné inštrukcie sú tieto: G00 (rýchle polohovanie), G90 (absolútne programovanie), G40 (zrušenie nástrojových korekcií), M05 (vreteno STOP) a M09 (chladenie STOP). Riadiaci program sa zapisuje na nosič dát vo forme postupnosti blokov . Každý riadiaci program pre NC stroj musí začínať riadiacim symbolom „Začiatok programu“, po ktorom musí nasledovať symbol „Koniec bloku“ a potom až prvý blok programu s príslušným číslom.

Ľubovoľná skupina symbolov, ktoré sa na obrábacom stroji nespracovávajú, musí byť uzavretá v okrúhlych zátvorkách. Vo vnútri zátvoriek sa nesmú používať


27

symboly „Začiatok programu“ a „Hlavný blok“. Skupina symbolov uvedená v zátvorkách môže byť napríklad indikovaná na displeji ako inštrukcia pre operátora. Miesto polohy informácie uvedenej v zátvorkách v bloku riadiaceho programu a nutnosť zápisu tejto informácie do pamäti NC systému musia byť špecifikované v technickej dokumentácii pre NC systém konkrétneho typu.

Pokiaľ je nutné označiť riadiaci program, potom jeho označenie (číslo) musí byť uvedené bezprostredne za symbolom „Začiatok programu“ pred symbolom „Koniec bloku“. Na označenie fyzického začiatku nosiča dát pred symbolom „Začiatok programu“ (pokiaľ je na nosiči dát niekoľko riadiacich programov, tak potom pred symbolom „Začiatok programu“ prvého programu) je prípustné zapísať ešte jeden symbol „Začiatok programu“, napríklad %% LF alebo %% 001 LF. Pred symbolom „Začiatok programu“ môže byť zapísaná ľubovoľná informácia neobsahujúca symbol „Začiatok programu“ (poznámky týkajúce sa zoradenia obrábacieho stroja, rôzne identifikátory programu a pod.).

Riadiaci program musí končiť symbolom (pomocnou funkciou) „Koniec programu“ alebo „Koniec informácie“. Informácia umiestnená za symbolom „Koniec informácie“ nesmie byť prebratá NC systémom. Príslušné riadiace symboly, znaky, funkcie a ich významy sú uvedené v tabuľke tab. 7. Tab. 7 Riadiace symboly, znaky a funkcie pre NC systém Symbol Funkcia Názov a význam

% Začiatok programu Znak označuje začiatok riadiaceho programu (používa sa i pre zastavenie nosiča dát pri spätnom pohybe).

LF Koniec bloku Symbol označuje koniec bloku riadiaceho programu.

HT Tabulácia Symbol, ktorý riadi presunutie platnej polohy tlače na nasledujúcu vopred určenú znakovú polohu na rovnakom riadku. Určený je na riadenie tlačiarne. NC systém nereaguje.

M02

Koniec programu Ukazuje, že riadiaci program je ukončený a vedie k zastaveniu vretena, posuvu a vypnutiu chladenia po vykonaní všetkých príkazov v bloku. Používa sa na uvedenie NC systému a (alebo) funkčných uzlov NC stroja do východiskového stavu.

M30

Koniec informácie Vedie k zastaveniu vretena, posuvu a vypnutiu chladenia po splnení všetkých príkazov v danom bloku. Používa sa na uvedenie NC systému a (alebo) akčných členov stroja do východiskovej polohy. Uvedenie NC systému do východiskovej polohy zahŕňa návrat k symbolu „Začiatok programu“.

( Ľavá okrúhla zátvorka Znak označujúci, že za ním nasledujúce informácie sa nemusia spracovať na stroji.

) Pravá okrúhla zátvorka Znak označujúci, že za ním nasledujúce informácie sa musia spracovať na stroji.

/

Vypustenie bloku Znak označujúci, že za ním nasledujúce informácie až po prvý symbol „Koniec bloku“ sa môžu alebo nemusia spracovať na stroji (v závislosti na polohe prvku riadenia na pulte NC systému). Pokiaľ je tento znak pred symbolmi „Číslo bloku“ a „Hlavný blok“, platí pre celý blok riadiaceho programu.

: Hlavný blok Znak označuje hlavný blok v riadiacom programe.

+ - . Plus/Mínus/Bodka Matematické znaky a Desatinný znak (ak je v programe povolený)

ČÍSLICOVÉ RIADENIE OBRÁBACÍCH STROJOV -...

Documents

Transcript of ČÍSLICOVÉ RIADENIE OBRÁBACÍCH STROJOV -...