KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI. INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Przedmiot: MASZYNY TECHNOLOGICZNE Temat: Tokarka numeryczna NEF 400

Transkrypt

1 KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Przedmiot: MASZYNY TECHNOLOGICZNE Temat: Tokarka numeryczna NEF 400 Nr ćwiczenia: 3 Kierunek: Mechanika i budowa maszyn 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową tokarki numerycznej, jej charakterystyką techniczną i możliwościami technologicznymi oraz poznanie schematu funkcjonalnego i układu sterownia. 2. Wyposażenie stanowiska - tokarka kłowo-uchwytowa NEF przykłady przedmiotów - wyposażenie tokarki numerycznej - instrukcja do ćwiczenia 3. Przebieg ćwiczenia - zapoznanie się z budową tokarki numerycznej - analiza schematu funkcjonalnego oraz zapoznanie się z układem sterowania - przykłady programów - praktyczne zapoznanie się z pracą tokarki Literatura: - Burek J. Maszyny technologiczne OWPR Rzeszów 2000 r. - Honczarenko J. Obrabiarki sterowane numerycznie WNT Warszawa 2008 r. - Instrukcja obsługi tokarki uniwersalnej NEF 400.

2 1. Charakterystyka techniczna Tokarka kłowo-uchwytowa NEF 400 służy do obróbki powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych w przedmiotach takich jak: wałki, tuleje, tarcze. Tokarka pracuje w układzie współrzędnych prostokątnych X i Z, oraz w systemie Sinumerik 840 D. Posiada numerycznie sterowana oś C (oś napędu głównego) i numerycznie sterowaną oś X i Z. Ruch wzdłuż osi X i Z wykonuje suport, na którym umieszczona jest głowica rewolwerowa, w której mocowane są narzędzia skrawające. Narzędzia mogą być wyposażone w niezależny napęd, który pozwala na obróbkę przedmiotu w chwili gdy przedmiot obrabiany jest nieruchomy a narzędzie wykonuje ruch obrotowy Wielkości charakterystyczne Liczba narzędzi [sztuk] Liczba narzędzi napędzanych... 6 [sztuk] Napęd konika...hydrauliczny Maksymalna średnica toczenia [mm] Długość toczenia [mm] Rozstaw kłów [mm] Zakres ruchu w osi X [mm] Zakres ruchu w osi Z [mm] Układ pomiarowy X/Z... absolutny Maks. moc wrzeciona... 15,3 [kw] Maks. Prędkość obrotowa wrzeciona [obr/min] 1.2. Widok ogólny tokarki Widok ogólny tokarki NEF 400 przedstawiono na rys. 2. Uruchomienie obrabiarki odbywa się za pomocą przełącznika umieszczonego z prawej strony maszyny. Drzwi 1 umożliwiają dostęp do przestrzeni roboczej, która jest pokazana i opisana na rys. 1. Obok znajduje się pistolet z cieczą chłodząco - smarującą 2 do spłukiwania wiór i zanieczyszczeń w przestrzeni roboczej a także pulpit sterujący 3. Przenośnik wiór, którego nie umieszczono na rysunku służy do usuwania wiór z przestrzeni roboczej oraz spełnia funkcje zbiornika środka chłodząco - smarującego. Pedał nożny 4 umożliwia mocowanie przedmiotu obrabianego. Całość spoczywa na łożu wykonanym z żeliwa szarego Schemat funkcjonalny układu napędowego i sterującego Na rys. 3 pokazano schematyczna istotę układu sterowania. W produkcji tokarki NEF 400 wykorzystano obowiązującą stałą zasadę budowy modułowej. Charakteryzuje się ona tym, iż każdy wyprodukowany egzemplarz jest dostosowany do konkretnych zadań i wymagań użytkowników Charakterystyka układu napędowego W napędzie ruchu głównego wrzeciona W zastosowano silnik asynchroniczny E który pozwala na płynną zmianę prędkości obrotowej. Dokonywana jest ona za pomocą regulatora prędkości falownika, poprzez zmianę częstotliwości prądu. Przekazanie napędu z silnika do wrzeciona jest realizowane za pomocą bezstopniowej przekładni pasowej. Na końcu wrzeciona mocuje się uchwyt trójszczękowy samocentrujący UT zaciskany hydraulicznie. Ruch wzdłuż osi Z realizowany jest za pomocą suportu wzdłużnego SUP.W, który przemieszcza się po prowadnicach szynowych. Zastosowano szynowe zestawy prowadnic tocznych. Napęd posuwu jest wykonywany przez silnik prądu przemiennego o ruchu obrotowym Ez, napędzający bezpośrednio śrubę toczną ŚR.Tz.

3 Analogicznie odbywa się ruch wzdłuż osi X. Realizowany jest za pomocą suportu poprzecznego, który przemieszcza się po szynowych zestawach prowadnic tocznych Px. Silnik prądu przemiennego o ruchu obrotowym Ex bezpośrednio napędza śrubę toczną ŚR.Tz, która jest nieruchoma Ruch konika K odbywa się wzdłuż osi Z (oś napędu głównego), który porusza się po prowadnicach ślizgowych o przekroju trapezowym (jaskółczy ogon). Napęd posuwu jest hydrauliczny i realizowany przez siłownik S Charakterystyka układu sterującego Sterowanie pracą tokarki numerycznej składa się z szeregu czynności. W lewej części rysunku są pokazane możliwe sposoby wprowadzania programu pracy. Dane wprowadza się za pomocą pamięci flash, sieci Ethernet oraz poprzez pulpit sterujący. Po odczytaniu programu sterującego wszystkie informacja są przesyłane do dekodera. Program w postaci znaków alfanumerycznych zostaje tłumaczony na sygnały elektryczne. Po zdekodowaniu sygnały są rozdzielane i przekazywane do: Interpolatora przekazane sygnały dotyczą danych geometrycznych toru ruchu narzędzia np. korekcja długości narzędzia, korekcja posuwu, korekcja prędkości obrotowej, korekcja promienia narzędzia itp. Zadaniem interpolatora jest wysyłanie do układów porównawczych ciągów impulsów elektrycznych, gdzie realizowane jest porównanie sygnałów wysyłanych od przetworników obrotowych (wartość rzeczywista) z wartością zadaną. W zależności od ich różnicy generowany jest sygnał sterujący. Układu dopasowująco sterującego UDS ( w sterowniku PLC) przekazane sygnały dotyczą funkcji technologicznych np. nastawianie prędkości obrotowych wrzeciona, zmiana narzędzia, włączanie i wyłączanie chłodziwa. W formie sygnałów sterujących są przekazywane do układów wykonawczych w odpowiednim czasie. Rys. 1. Przestrzeń robocza tokarki NEF 400: 1 wrzeciono z zamontowanym uchwytem trójszczękowym, 2 przedmiot obrabiany, 3 głowica rewolwerowa, 4 konik

4 Rys. 2. Tokarka uchwytowo kłowa NEF 400 firmy Gildemeister : 1- drzwi, 2 - pistolet do spłukiwania, 3 - pulpit sterujący, 4 - pedał nożny, 5 - łoże maszyny

5 Rys. 3. Schemat funkcjonalny tokarki NEF 400

6 2. Możliwości technologiczne tokarki Wprowadzenie techniki napędzanych narzędzi obrotowych w połączeniu z numerycznie sterowanymi osiami X i Z oraz numerycznie sterowaną osią C (rys. 4) umożliwia wykonywanie operacji wiertarsko-frezarskich w płaszczyznach prostopadłych i równoległych do osi wrzeciona. Wprowadzenie tych zastosowań pozwala na obróbkę przedmiotu na jednym stanowisku roboczym. Zmniejsza to czas wykonania przedmiotu oraz wpływa na poprawienie powtarzalności przedmiotów obrabianych. Rys. 4. Obszar pracy tokarki NEF 400 z oznaczonymi osiami sterowanymi Sterowanie w osiach X i Z umożliwia wykonanie operacji (sytuacja dla typowych zabiegów tokarskich): - toczenia wzdłużnego na powierzchniach wewnętrznych i zewnętrznych - toczenia poprzecznego przedmiotów o prostych kształtach, dla złożonych kształtów przy interpolacji osi X i Z - nacinania gwintów wewnętrznych oraz zewnętrznych na stożku lub walcu - obróbki otworu współosiowego Sterowanie w osiach X i Z oraz w osi C umożliwia wykonanie operacji; - obróbki otworów rozmieszczonych osiowo lub promieniowo do osi przedmiotu obrabianego - frezowanie płaszczyzn takich jak podcięcia pod klucz lub wielokąty - frezowanie rowków rozmieszczonych prostopadle bądź równolegle do osi przedmiotu obrabianego takich jak rowki wpustowe, wielowypusty lub uzębienia metodą kształtową - frezowanie krzywek promieniowych - frezowanie rowków na części obwodu 3. Charakterystyka układu sterowania 3.1. Struktura programu sterowania Program sterujący składa się z bloków danych oraz informacji pomocniczych, którymi mogą być komentarze i nazwy programów. Bloki danych są zbiorem: - danych liczbowych opisujących kształt geometryczny przedmiotu, które uzyskujemy z rysunku konstrukcyjnego - danych liczbowych technologicznych dotyczących posuwów, prędkości itd. Znakiem początku programu jest: %_N_PROGRAM1_MPF np. %_N_101_MPF - oznacza program nr 101

7 %_N_PODPROGRAM2_SPF np. %_N_102_SPF - oznacza podprogram nr 102 Podstawowe adresy dla układu Sinumerik 840D to: A, B, C wartości współrzędnych w osiach obrotowych A, B i C D numer rejestru narzędziowego F programowanie posuwu/czasu postoju G funkcje przygotowawcze H funkcje dodatkowe I, J, K parametry interpolacji w osiach odpowiednio X, Y i Z M funkcje pomocnicze (maszynowe) N numer bloku P krotność wywołania podprogramu R programowanie z wykorzystaniem R- parametrów S programowanie obrotów wrzeciona/prędkości skrawania/czasu postoju T ustawienie narzędzia w magazynie narzędziowym X, Y, Z wartości współrzędnych w osiach odpowiednio X, Y, Z 3.2. Opis funkcji sterujących Funkcje przygotowawcze Funkcje przygotowawcze G określają wszystkie istotne cechy programowania ruchu. Za ich pośrednictwem można wybrać: - pożądany kształt toru, sposób wykonania ruchu po torze, metodę wymiarowania przesunięć, rodzaj korekcji toru, czas opóźnienia, podjąć wiele innych decyzji dotyczących działania sterowaniem obrabiarki Grupa funkcji wyboru kształtu toru: G0 ruch szybki po linii prostej np. N10 G0 X40 Z50 G1 ruch roboczy po linii prostej np. N20 G1 X30 Z60 G2 interpolacja kołowa zgodna z ruchem wskazówek zegara G3 interpolacja kołowa przeciwna do ruchu wskazówek zegara W interpolacji kołowej przewidziano kilka metod programowania promienia okręgu w sposób bezpośredni lub pośredni. Przyrostowe programowanie środka okręgu z wykorzystaniem nie modalnych parametrów interpolacji I, J, K za ich pomocą programowany jest punkt środka okręgu; traktowane są one jako wektory składowe (w odpowiednich osiach I w X, J w Y, K w Z) wektora od punktu początkowego ruchu do punktu środka okręgu - programowanie przyrostowe, niezależnie od funkcji G90/G91. Rys. 5. Interpolacja kołowa G2/G3 z parametrami interpolacji I, J, K

8 Grupa funkcji wprowadzająca system miar: G70 - deklaracja jednostek, programowanie drogi narzędzia w calach G71 deklaracja jednostek, programowanie drogi narzędzia w milimetrach Grupa funkcji sposobu wymiarowania G90 programowanie w układzie absolutnym G91 programowanie w układzie przyrostowym G94 programowanie posuwu w mm/min G95 programowanie posuwu w mm/obr Grupa funkcji korekcji toru ze względu na promień narzędzia G40 wyłączenie automatycznej kompensacji promienia narzędzia G41 włączenie automatycznej kompensacji promienia narzędzia po lewej stronie konturu G42 włączenie automatycznej kompensacji promienia po prawej stronie konturu Rys. 6. Programowanie automatycznej kompensacji promienia narzędzia Grupa funkcji wprowadzającej wybór płaszczyzny G17 ustalenie płaszczyzny XY jako płaszczyzny interpolacji G18 ustalenie płaszczyzny ZX jako płaszczyzny interpolacji G19 ustalenie płaszczyzny YZ jako płaszczyzny interpolacji Rys. 7. Płaszczyzny interpolacji Grupa funkcji wprowadzającej przesunięcie układu współrzędnych G53 programowanie we współrzędnych maszynowych ( odwołanie funkcji G54-G57) G54-G57 przesunięcie układu współrzędnych maszyny

9 Grupa funkcji wprowadzająca gwintowanie G33 gwintowanie ze stałym skokiem G34 gwintowanie ze wzrastającym skokiem G35 gwintowanie z malejącym skokiem G63 gwintowanie za pomocą narzędzi kształtowych (gwintownik) Programowanie operacji pomocniczych maszyny S funkcja prędkości obrotowej wrzeciona T funkcja identyfikacji i wyboru narzędzia M0 zatrzymanie programu M1 - stop warunkowy M2 koniec programu M3 obroty wrzeciona w prawo M4 obroty wrzeciona w lewo M5 stop obrotów M6 zmiana narzędzia M8 włączenie chłodziwa M9 wyłączenie chłodziwa M10 hamulec wrzeciona załączony M11 hamulec wrzeciona wyłączony M17 koniec podprogramu M20 wycofanie konika M21 - wysunięcie konika M30 koniec programu, powrót na początek Programowanie cykli stałych Cykle stałe zostały wprowadzone dla ograniczenia rozmiarów programów, umożliwiają szybka i prosta zmianę parametrów zabiegu oraz pozwalają na znaczna automatyzacje programowania. Przez cykle rozumie się stałe, sparametryzowane podprogramy, umieszczone w programie głównym. Służą do typowych zabiegów takich jak: wiercenie, nacinanie gwintu oraz toczenie. Wywołanie cykli obróbkowych polega na umieszczeniu w bloku, w którym chcemy wykonać cykl, adresu z nazwą cyklu oraz listą wartości parametrów np. N10 CYCLE81(34,15,17) CYCLE81 Wiercenie, nawiercanie Rys. 7. Graficzne przedstawienie parametrów cyklu wiercenia, nawiercania

10 Tab. 1. Tabela parametrów cyklu wiercenia, nawiercania RTP Płaszczyzna wycofania (absolutne) RFP Płaszczyzna odniesienia ( absolutnie) SDIS Odstęp bezpieczeństwa ( przyrostowo, bez znaku) DP Ostateczna głębokość wiercenia ( absolutnie) DPR Ostateczna głębokość wiercenia ( przyrostowo, bez znaku) CYCLE95 cykl toczenia i wytaczania Rys. 7. Graficzne przedstawienie parametrów cyklu toczenia i wytaczania Tab. 2. Tabela parametrów cyklu toczenia i wytaczania NPP Nazwa podprogramu definicji konturu MID Głębokość dosuwu (bez znaku) FALZ Naddatek na obróbkę wykańczającą w osi wzdłużnej FALX Naddatek na obróbkę wykańczającą w osi poprzecznej FAL Naddatek na obróbkę wykańczającą FF1 Posuw dla obróbki zgrubnej bez podcięcia FF2 Posuw dla zagłębiania się w elementy podcięcia FF3 Posuw dla obróbki wykańczającej VARI Rodzaj obróbki, zakres wartości 1 12 DT Czas postoju przy łamaniu wióra DAM Długość drogi skrawania do łamania wióra VARI obróka zgrubna 1,2 zewnętrzna 1 - podłużna 2 - poprzeczna 3,4 wewnętrzna 3 - podłużna 4 - poprzeczna wykańczająca zgrubna + wykańczająca

11 CYCLE97 cykl nacinania gwintów Rys. 8. Graficzne przedstawienie parametrów cyklu nacinania gwintu Tab. 2. Tabela parametrów cyklu nacinania gwintu MPIT Skok gwintu jako wielkość gwintu (zakres wartości: 3 (dla M3) (dla M60)) PIT Skok gwintu jako wartość (bez znaku) SPL Punkt początkowy gwintu w osi podłużnej FPL Punkt końcowy gwintu w osi podłużnej DM1 Średnica gwintu w punkcie początkowym DM2 Średnica gwintu w punkcie końcowym APP Droga wejścia ROP Droga wyjścia TDEP Głębokość gwintu FAL Naddatek IANG Kąt dosuwu NSP Przesunięcie startu dla następnego zwoju gwintu NRC Liczba przejść zgrubnych NID Liczba przejść jałowych VARI Określenie rodzaju obróbki gwintu. Zakres wartości: NUMT Liczba zwojów gwintu _VRT Zmienna droga wycofania nad średnicę początkową, przyrostową

12 4. Opis pulpitu sterującego Rys. 9. Widok izometryczny pulpitu sterującego: 1- obrotowy monitor - płynna regulacja od 5 do 30, 2 - górna nawigacja ekranu, 3 - widok symulacji obróbki 3D, dowolny wybór informacji o procesie technologicznym, 4 - tryby i zakresy pracy, skróty konfigurowalnych klawiszy do wybranych funkcji ekranowych, 5 - tryby obsługi, pozwalają na indywidualne dopasowanie praw dostępu do sterowania tokarką, 6 - pole obsługowe, o regulowanym kącie położenia w zakresie od 15 do 70

13 4.1. Pole obsługowe Rys. 10. Widok pola obsługowego pulpitu sterującego: 1 - klawisze funkcyjne, 2 - pole obsługowe sterowania, 3 - pole obsługowe maszyny, 4 - tryby obsługi - umieszczone z prawej strony, 5 - włącza / wyłącza wszystkie napędy - przycisk podświetlany, 6 - stop awaryjny, 7 - pokrętło ręczne - przesuwanie suportów i konika w krokach przyrostowych odpowiednio po 0.1, 0.01, [mm], 8 - pokrętło ręcznezmniejsza / zwiększa procentowo zaprogramowany posuw, 9 - przycisk akceptacji - umieszczony z lewej strony, 10 touchpad 4.2. Monitor Na monitorze ekranowym rys. 11 są przedstawione informacje, które dotyczą: - aktualnego trybu pracy (praca automatyczna) - aktualnego stanu pracy (przerwano) - błędów maszynowych i programowych (przycisk awaryjny nie odblokowany, kolizja) - nazwy aktualnie wykonywanego programu - prędkości obrotowych wrzeciona S i posuwów F - przemieszczeń w osi X i Z oraz obrotu w osi C - numeru narzędzia T - innych informacji w zależności od wyświetlanego okna

14 Rys. 11. Przykładowy widok monitora pulpitu sterującego 5. Przykład Na rys. 12 przedstawiono żądany kształt wałka z naniesionymi wymiarami. Należy zaprogramować ruch narzędzia z wykorzystaniem cykli toczenia. Dużą literą B oznaczono początek układu współrzędnych bazy programu. Rys.12. Przykładowy projekt wałka

15 Program obróbki wałka: %_N_Przykład_MPF początek i nazwa programu N5 G40 G54 G71 G90 G95 DIAMON KONT G450 wyłącznie kompensacji promienia narzędzia, przesunięcie punktu zerowego, deklaracja jednostek w mm, programowanie w układzie absolutnym, posuw obrotowy w mm/obr, wymiary podawane średnicowo, narzędzie wykona obejście punktu początkowego tak aby nie doszło do kolizji N10 MSG ( WIERCENIE OTWORU D16 ) wyświetlony zostanie komunikat ( ) N15 T2 D1 S350 F0.25 M3 M8 wybór narzędzia nr 2 z rejestrem D1, załączenie obrotów wrzeciona na wartość 350 obr/min, ustalenie posuwu na wartość 0.25 mm/obr, obroty wrzeciona w prawo, włączenie chłodziwa N20 G0 X0 Z10 ruch szybki do punktu N25 CYCLE83(200,0,3,-44.48,,-25,,2,1,,1,0,,,,,) wywołanie cyklu 83, N30 G0 X400 M5 M9 ruch szybki do punktu wymiany narzędzia, wyłączenie obrotów, wyłączenie chłodziwa N35 MSG( TOCZENIE ZGRUBNE KONTURU ) N40 G96 T1 D1 S120 F0.2 M3 M8 włączenie stałej prędkości skrawania, załączenie obrotów wrzeciona na wartość 120 obr/min N45 G0 X90 Z5 N50 CYCLE95( KONTUR,3,,,,0.2,0.15,0.1,1,1,40,) N55 G0 X400 Z200 M5 M9 N60 MSG( TOCZENIE GWINTU M50x3 ) N65 T7 D1 S700 M3 M8 N70 G0 X60 Z-28 N75 CYCLE97(3,,0,-18,50,50,4,2,1.97,0.05,28,0,10,2,3,1,) N80 G53 T0 D0 G0 Z300 X300 M9 M5 N85 M30 - koniec programu Wykorzystywany w programie podprogram, który definiuje kontur ma postać: %_N_KONTUR_SPF początek i nazwa podprogramu N5 G0 X14 Z0 pkt. 1 N10 X40 pkt. 2 N15 Z-6 X50 pkt. 3 N20 Z-24 RND=1,5 pkt. 4 N25 X56 pkt. 5 N30 G91 Z-11 pkt. 6 N35 G2 I25 AR=54 pkt. 7 N40 G1 Z-50 pkt. 8 N45 M17 koniec podprogramu Rys.13. Kontur obrabianego wałka