Materiały wspomagające osiąganie kwalifikacji zawodowych w Regionalnym Ośrodku Edukacji Mechatronicznej

Transkrypt

1 Marek Szymański Materiały wspomagające osiąganie kwalifikacji zawodowych w Regionalnym Ośrodku Edukacji Mechatronicznej Jednym z ważnych komponentów projektu doposażenia pracowni mechatronicznych w Łódzkim Centrum Doskonalenia Nauczycieli i Kształcenia jest opracowanie pierwszej serii pakietów edukacyjnych wspomagających proces kształcenia w zakresie mechatroniki. Do opracowania zestawu pakietów przywiązuje się dużą wagę z dwóch zasadniczych powodów: są integralnym elementem procesu edukacyjnego zorientowanego na samodzielne uczenie się, pozwalają na optymalizację pracy nauczyciela oraz uczącego się, pozwalają na efektywne wykorzystanie wyposażenia pracowni mechatronicznych Łódzkiego Centrum Doskonalenia Nauczycieli i kształcenia Praktycznego Pierwsza seria pakietów edukacyjnych jest bezpośrednio związana z zadaniami zawodowymi, które wykonują uczący się podczas osiągania poszczególnych kwalifikacji w zakresie mechatroniki. Seria ta obejmuje dziesięć pakietów: 1. Programowanie i obsługa tokarek CNC EMCO CONCEPT TURN 250, 2. Programowanie i obsługa frezarek CNC EMCO CONCEPT MILL 250, 3. Programowanie i obsługa robotów Mitsubishi Electric RV-3SB, RP-1AH oraz RH-6SH, 4. Programowanie i obsługa układów regulacji ciągłej PCS, 5. Programowanie sterowników PLC Simatic S7 serii 300, 6. Programowanie i obsługa sieci Profibus i Asi, 7. Projektowanie i montaż układów pneumatyki i elektropneumatyki, 8. Projektowanie i montaż układów hydrauliki i elektrohydrauliki, 9. Wizualizacja procesów w zestawie Multi FMS, 10. Programowanie i obsługa zestawu Multi FMS. Każdy pakiet posiada poradnik dla nauczyciela, którego funkcją jest wspomaganie pracy osoby organizującej procesy edukacyjne w pracowni oraz poradnika dla uczącego się, który w założeniach jest przewodnikiem dla uczącego umożliwiającym samodzielne uczenie się. Poradnik dla nauczyciela składa się z następujących elementów:

2 1. Wprowadzenia, w którym opisano przeznaczenie oraz sposób wykorzystania pakietu, 2. Celów kształcenia ujętych w postaci umiejętności wynikowych, czyli odpowiadających na pytanie, co po zakończeniu procesu kształcenia uczący się będzie potrafił. Cele te są zoperacjonalizowane, 3. Zakres zastosowania, w którym zawarto informacje o możliwych, typowych zastosowaniach w systemie edukacji formalnej, 4. Ćwiczenia - umożliwiające osiągniecie wszystkich założonych celów. 5. Pomiar osiągnięć, w tym dwa kompletne narzędzia pomiaru dydaktycznego: test pisemny z zadaniami wielokrotnego wyboru, test praktyczny typu próba pracy. Zastosowanie tych narzędzi umożliwia sprawdzenie poziomu osiągnięcia założonych celów. W Poradniku dla uczącego się dodatkowo zamieszczono rozdział Materiały informacyjne, w którym znajdują się ustrukturyzowane treści niezbędne do osiągnięcia założonych celów kształcenia. Nowatorskim w skali kraju jest zastosowanie technologii e-learningowych w kształceniu zawodowym. Wszystkie treści kształcenia, ćwiczenia intelektualne oraz test pisemny jest dostępny w wersji on-line oraz off-line z wykorzystaniem platformy 4WEB. Poniżej zamieszczono przykłady poszczególnych rozdziałów z poradnika dla uczącego się oraz poradnika dla nauczyciela. Poradnik dla uczącego się: Projektowanie i montaż układów pneumatyki i elektropneumatyki 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o projektowaniu i montażu układów pneumatyki i elektropneumatyki. W poradniku znajdziesz: cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach tych zajęć edukacyjnych, materiały informacyjne, czyli wiadomości teoretyczne o projektowaniu i montażu układów pneumatyki i elektropneumatyki, ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy, które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne, sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji zajęć edukacyjnych na temat projektowania i montażu układów pneumatyki i elektropneumatyki,

3 literaturę związaną z programem zajęć edukacyjnych umożliwiającą pogłębienie Twojej wiedzy. Materiały informacyjne zostały podzielone na pięć części. W pierwszej części wyjaśnione zostały podstawowe pojęcia z zakresu pneumatyki i elektropneumatyki. W części drugiej znajdziesz informacje na temat zasilania, elementów sterujących i wykonawczych stosowanych w układach pneumatyki i elektropneumatyki. Podstawowe układy pneumatyczne opisane zostały w rozdziale trzecim. W czwartym rozdziale zawarto materiały informacyjne na temat projektowania układów pneumatycznych i elektropneumatycznych. Piąty rozdział zawiera informację na temat montażu układów pneumatycznych i elektropneumatycznych. 2. CELE KSZTAŁCENIA Po zakończeniu kształcenia będziesz umiał: sklasyfikować elementy układów pneumatycznych i elektropneumatycznych ze względu na budowę i przeznaczenie, wyjaśnić zasadę działania zaworów, elektrozaworów, siłowników i silników pneumatycznych stosowanych w układach pneumatyki i elektropneumatyki, dobrać na podstawie katalogów i dokumentacji technicznej układy zasilania, zawory, napędy pneumatyczne do układów pneumatyki i elektropneumatyki, połączyć proste układy pneumatyczne i elektropneumatycznych na podstawie schematów, zaprojektować układy pneumatyczne i elektropneumatyczne z możliwością regulacji parametrów układu, przeprowadzić montaż mechaniczny i elektryczny elementów i podzespołów układów pneumatyki i elektropneumatyki.

4 3. ZAKRES STOSOWANIA Materiał edukacyjny może być pomocny w prowadzeniu zajęć edukacyjnych w technikum o kierunku mechatronicznym w modułach: Podstawy mechatroniki, Proces projektowania urządzeń i systemów mechatronicznych, Technologia montażu urządzeń i systemów mechatronicznych. Materiał edukacyjny może być również pomocny w prowadzeniu zajęć edukacyjnych w zasadniczej szkole zawodowej w zawodzie monter mechatronik w zakresie przedmiotowym: Podstawy mechatroniki, Budowa urządzeń i systemów mechatronicznych, Montaż urządzeń i systemów mechatronicznych. Projektowanie i montaż układów hydrauliki i elektrohydrauliki Materiały informacyjne i ćwiczenia I. Wprowadzenie 1. Definicje Układy hydrauliczne i elektrohydrauliczne służą do przekazywania energii mechanicznej z wykorzystaniem jako pośrednika cieczy hydraulicznej zwanej też cieczą roboczą lub olejem. Różnice dzielące układy hydrauliczne od układów pneumatycznych zasadzają się, między innymi, na własnościach użytego w nich płynu roboczego. Płynem jest substancja, która dostosowuje swój kształt do naczynia, które wypełnia. W układach pneumatycznych płynem jest najczęściej ściśliwy i rozprężający się (tzn. łatwo zmieniający objętość) gaz w postaci powietrza, w układach hydraulicznych z kolei płynem jest praktycznie nieściśliwa ciecz. Układy elektrohydrauliczne są układami hydraulicznymi, których działanie wsparto elementami elektrycznymi. Zasada ich działania opiera się jednak na zjawiskach zachodzących w cieczy, dlatego w dalszej treści niniejszego materiału posługiwać się będziemy pojęciem układy hydrauliczne w zastosowaniu zarówno do hydraulicznych jak i elektrohydraulicznych. Wyjątkiem będą te miejsca, w który na podkreślenie zasługuje udział elementów elektrycznych.

5 Warto zauważyć, że sieci lub układy wodociągowe nie są układami hydraulicznymi, gdyż ich przeznaczenie nie spełnia powyższej definicji. Stosowane są dwa rodzaje układów hydraulicznych. Są to układy hydrostatyczne i układy hydrodynamiczne (zwane też hydrokinetycznymi). Układy hydrostatyczne wykorzystują głównie energię ciśnienia cieczy, z kolei układy hydrodynamiczne wykorzystują energię kinetyczną cieczy i stosowane są głównie jako źródła ruchu (np. turbiny). W niniejszym opracowaniu zajmować się będziemy wyłącznie układami hydrostatycznymi, gdyż ich zastosowanie jest znacznie szersze niż układów hydrokinetycznych. 2. Cechy układów hydraulicznych Układy hydrauliczne charakteryzuje szereg zalet i wad. Do zalet należą: a) Uzyskiwanie dużych sił w stosunku do masy i wymiarów użytych elementów, b) Możliwość regulowania prędkości silników i siłowników, c) Skuteczne zabezpieczenie przed przeciążeniami, d) Ciecz robocza jest jednocześnie cieczą smarującą, e) Mała bezwładność elementów ruchomych. Układy hydrauliczne posiadają także wady: a) Występują w nich przecieki oleju, b) Gęstość i lepkość oleju zależy od temperatury, c) Na skutek przepływu cieczy powstają straty energii, d) Powierzchnie robocze ulegają ścieraniu, co jest źródłem zanieczyszczeń układu, e) Praca układów jest głośna. 3. Układ hydrostatyczny Poniższy schemat przedstawia ogólna zasadę działania układu hydraulicznego. Śledząc przepływ energii dołu do góry spostrzegamy jej zamianę z mechanicznej na hydrauliczną i w końcu z powrotem - na mechaniczną.

6 SIŁOWNIK LUB SILNIK HYDRAULICZNY Energia mechaniczna ZAWORY STERUJĄCE POMPA HYDRAULICZNA SILNIK ELEKTRYCZNY LUB SPALINOWY UKŁAD STEROWANI A Energia hydrauliczna Energia mechaniczna Rys. 1. Zasada działania układu hydraulicznego Pompa hydrauliczna napędzana silnikiem elektrycznym lub spalinowym tłoczy ciecz w kierunku zaworów. Te, w zależności od działania układu sterowania, który może być zrealizowany w oparciu o elementy hydrauliczne lub elektryczne, otwierają się lub zamykają. W ten sposób ciecz pod ciśnieniem udostępniana jest do siłownika lub silnika hydraulicznego. Te ostatnie nazywane są aktuatorami. Połączone z układem wykonawczym spełniają postawione przed nimi zadanie. 4. Obliczenia w układach hydraulicznych Projektowanie układów hydraulicznych opiera się na znajomości zjawisk zachodzących w cieczy roboczej przemieszczającej się w układzie pod ciśnieniem. Poprawna konfiguracja układu oraz właściwy dobór elementów hydraulicznych poprzedzone są analizą jakościową działania oraz analizą ilościową czyli obliczeniem podstawowych i szczegółowych wielkości fizycznych występujących w układzie. Znajomość ich wielkości daje możliwość doboru elementów o odpowiednich parametrach katalogowych. Poniżej przedstawiono podstawy, w rozdziałach poświeconych projektowaniu podane zostaną wzory obliczeń konkretnych elementów i rozwiązań układowych. a) Ciśnienie p i Prawo Pascala p F A

7 W stanie statycznym (w bezruchu) układ hydrauliczny przekazuje siłę F, której wielkość zależy miedzy innymi od powierzchni A, do której jest przyłożona. Jeśli uwzględnimy prawo Pascala, które głosi, że ciśnienie p jest jednakowe w całej objętości zajmowanej przez ciecz, to przy dwóch siłownikach połączonych przewodem (patrz Rys. 2) otrzymamy: p F1 A1 F2 A2 Rys. 2. W połączonych siłownikach utrzymuje się stałe ciśnienie nieruchomej cieczy - p. Powyższa zależność pokazuje sposób, w jaki układ hydrauliczny wzmacnia siłę. b) Przesunięcie x oraz objętość przetłoczona ΔV V x A Jeśli w siłowniku nastąpiło przesunięcie tłoka x, to wielkość tego przesunięcia zależy od ilości przetłoczonej cieczy ΔV i od powierzchni tłoka A. Zakładając szczelność układu możemy uznać, że ilość cieczy, która ubyła w jednym z siłowników równa się ilości, której przybyło w drugim. W ten sposób otrzymamy: V x1 A1 x2 A2

8 Rys. 3. W połączonych siłownikach ilość przetłoczonej cieczy ΔV jest stała. Powyższe zależności opisują zjawisko przypominające dźwignię. Wzmocnieniu siły towarzyszy zmniejszenie przesunięcia. I odwrotnie. c) Natężenie przepływu i równanie ciągłości V Q t Natężenie przepływu cieczy Q jest równe objętości cieczy przemieszczającej się przez wybrany przekrój układu hydraulicznego ΔV w czasie t. Jeśli uwzględnimy, że prędkość przepływu cieczy x1 V w pierwszym siłowniku wynosi v1 oraz x 1, t A1 x2 V zaś w drugim v2 oraz x 2, t A2 to otrzymamy równanie ciągłości Q v1 A1 v2 A2, które oznacza, że w zamkniętym układzie prędkość przepływu cieczy v jest odwrotnie proporcjonalna do przekroju A, przez który przepływa. Rys. 4. Ilustracja równania ciągłości przepływu oraz równania Bernoulliego

9 d) Równanie Bernoulliego Bernoulli zauważył, że w danej jednostce objętości cieczy hydraulicznej poruszającej się w przewodzie (por. rys. 4) suma wszystkich rodzajów energii pozostaje stała. Poniżej przedstawiono całkowitą energię mechaniczną Em jako sumę energii kinetycznej (ruchu), potencjalnej (wysokości) i sprężystości (ciśnienia). 2 v em 2 gdzie p gh const em całkowita energia mechaniczna, v prędkość, g przyspieszenie ziemskie, h wysokość nad poziomem, p ciśnienie, ϱ gęstość. W układach, którymi się interesujemy, założyć można, że różnice energii potencjalnej cieczy są pomijalnie małe. Dlatego po uwzględnieniu tego założenia i zastosowaniu równania Bernoulliego do przewodu z płynąca cieczą (rys. 4) mamy: v1 2 2 p1 v2 2 2 p2 Z otrzymanego równania wynika interesujący wniosek. Wzrost prędkości oznacza towarzyszący mu spadek ciśnienia. Równanie ciągłości (patrz p. 4c) z kolei pokazuje, że prędkość cieczy rośnie wraz ze zmniejszeniem się przekroju przewodu. Ta więc zestawienie tych dwóch prawidłowości oznacza, że wraz ze zmniejszeniem przekroju przewodów maleje ciśnienie przepływającej w nim cieczy. Może dojść nawet do tego, że ciśnienie spadnie poniżej zera (!). Będziemy wtedy mieli do czynienia z podciśnieniem. Kawitacja Podciśnienie wywołane przewężeniem przewodu może być wykorzystane do konstruowania elementów ssących (przyssawek itp.), ale także jest przyczyną bardzo niekorzystnego w hydraulice zjawiska zwanego kawitacją. Polega ona na wytrącaniu się

10 z cieczy w takich miejscach przewężeń pęcherzyków powietrza. One z kolei powodują niszczenie powierzchni wewnętrznych elementów hydraulicznych. e) Moc hydrauliczna P P Q p Moc hydrauliczna P jest iloczynem natężenia przepływu Q i ciśnienia p. Wzór ten umożliwia nam między innymi na obliczanie mocy strat w zależności od natężenia przepływu Q i spadku ciśnienia Δp na przewodzie hydraulicznym. Wtedy moc strat możemy obliczyć wg następującego wzoru: Pstrat Q p f) Jednostki ciśnienia p Obliczenia wielkości fizycznych, w tym i ciśnienia, wykonywane są z uwzględnieniem jednostek tych wielkości. Mimo, iż w obliczeniach posługujemy się jednostkami pochodzącymi z układu miar SI, to często mamy do czynienia ze starymi lub anglosaskimi systemami miar. Dobrze widoczne jest to choćby na używanych przez nas manometrach (przyrządach do pomiaru ciśnienia). Z tych powodów przytoczono poniżej przeliczenia samych tylko jednostek ciśnienia. Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal [Pa]. Paskal jest jednostką ciśnienia pochodną, gdyż 1Pa=1N/m 2 Oto przeliczenie różnych wykorzystywanych jednostek na paskala: 1N/m 2 =1Pa (paskal) 1bar= Pa=10 5 Pa; bar jest jednostką dopuszczoną do używania obok paskala 1hPa (hektopaskal) =100Pa 1 N/mm 2 = Pa 1 kg/m 2 =9,80665 Pa; kg siły jest jednostką nieaktualną 1at (atmosfera techniczna) = 98066,5 Pa 1bar; at jest jednostką nieaktualną 1atm (atmosfera fizyczna) = Pa; atmosfera fizyczna jest jednostką nieaktualną 1Tr (tor) =133,322 Pa=1mmHg; tor jest jednostką nieaktualną 1mmHg=133,322 Pa=1Tr; mmhg jest jednostką nieaktualną 1psi (funt na cal kwadratowy)=1lbf/in 2 =6894,76 Pa; psi jest jednostką anglosaską

11 Na szczególną uwagę zasługuje bar, gdyż jest jednostką dopuszczoną do używania obok paskala. Z oczywistych względów wielokrotności dziesiętne paskala są także dopuszczalne. Przykłady to: hektopaskal, kilopaskal, megapaskal itp. Podobnie dopuszczalne jest użycie pochodnych bara, takich jak: milibar, mikrobar itp. g) Przykłady obliczeń Przykład 1 Oblicz masę samochodu, który może być podniesiony przez podnośnik złożony z dwóch siłowników (patrz rys. 2), jeżeli ich średnice wynoszą 10 i 100mm, a siła działająca na cieńszy siłownik wynosi 100N. Rozwiązanie F1/A1=F2/A2 A1=πd1 2 /4; A2=πd2 2 /4 F2=m*g Z powyższych równań wynika, że m=(f1*d2 2 )/(g*d1 2 )=100*10000/10*100=1000kg Odpowiedź: Przedstawiony podnośnik udźwignie samochód o masie 1000kg. Przykład 2 Oblicz niezbędne przesunięcie cieńszego siłownika, jeśli samochód z powyższego przykładu ma być podniesiony na wysokość 2cm (patrz rys. 3). Rozwiązanie x1*a1=x2*a2 A1=πd1 2 /4; A2=πd2 2 /4 Z powyższych równań wynika, że x1=(x2* d2 2 )/ d1 2 =2cm*10000/100=200cm. Odpowiedź: Cieńszy siłownik musiałby przesunąć tłok o 200cm. Wniosek: taki układ podnośnika byłby bardzo niepraktyczny. Przykład 3 Oblicz ile razy wolniej przesuwa się tłok w grubszym siłowniku, jeżeli stosunek do średnicy węższego wynosi 10?

12 Odpowiedź Jeśli stosunek średnic wynosi 10, to stosunek prędkości będzie kwadratem tej krotności i będzie wynosił 100, gdyż v1*a1=v2*a2, a powierzchnie zależą od kwadratów średnic. Przykład 4 Oblicz, jaką moc na wale powinien mieć silnik elektryczny napędzający pompę, jeśli zamierzamy go zastosować w układzie z cieczą pod ciśnieniem 100bar, a jej wydajność Q ma wynosić 10-4 m 3 /s? W obliczeniach nie uwzględniajmy sprawności pompy. Rozwiązanie P=p*Q=100bar* Pa/bar*10-4 m 3 /s =1000W=1kW Odpowiedź: Silnik powinien dysponować mocą co najmniej 1kW. Programowanie i obsługa tokarek sterowanych numerycznie na przykładzie tokarki EMCO CONCEPT TURN Tokarki sterowane numerycznie budowa, zasada działania Materiały informacyjne Obrabiarki sterowane numerycznie NC/CNC są podstawowymi elementami nowoczesnego parku maszynowego w różnych gałęziach przemysłu. W klasycznej obrabiarce otrzymanie żądanego kształtu odbywa się przez ręczne ustawienie narzędzia względem przedmiotu oraz włączenie ruchu obrotowego i posuwowego maszyny. Operator obrabiarki musi wielokrotnie sprawdzać i ewentualnie korygować kształt i wymiary obrabianej części, tak aby, były one zgodne z warunkami podanymi na rysunku wykonawczym przedmiotu. Z tego też powodu powstał pomysł numerycznego programowania maszyn (NC-Numerical Control). Zasada działania była prosta, do zwykłej obrabiarki dodano silniki, którymi sterował specjalny moduł numeryczny, program (procedura obróbki) dostarczany był w postaci taśmy perforowanej (rys. 1). Sterowanie za pomocą taśm perforowanych nie było wygodne i szybkie, ale szybsze i bardziej niezawodne niż ręczne sterowanie obrabiarką.

13 Rys. 1. Taśma perforowana do sterowania obrabiarką Kolejnym krokiem w rozwoju obrabiarek NC było zastosowanie zapisu magnetycznego, podobnego jak na taśmach magnetofonowych. Użycie tego typu nośnika umożliwiło rozszerzenie ilości sterowanych modułów obrabiarki i większą elastyczność. Taśmy były wygodniejsze w użyciu oraz posiadały dużą pojemność, jednak miały poważna wadę - były bardzo podatne na zmiany pola elektromagnetycznego. Dzięki taśmom możliwe było dokładniejsze sterowanie silnikami obrabiarki, a tym samym wzrosła dokładność obróbki. Rys. 2. Pierwsza obrabiarka ze sterowaniem numerycznym (NC) [G. Nikiel Programowanie obrabiarek CNC na przykładzie układu sterowania SINUMERIC 810D/840D - Bielsko Biała 2004] Gwałtowny rozwój technologii informatycznych znalazł swoje odzwierciedlenie również w budowie obrabiarek - powstały obrabiarki CNC (Computer Numerical Control), w którym procesem roboczym obrabiarki steruje komputer. Obecnie układy sterowania obrabiarek CNC posiadają własne mikroprocesory i pamięci o dużej pojemności, do których wczytuje się programy pisane za pośrednictwem klawiatury pulpitu sterowniczego lub gotowe programy z komputera lub nośnika danych, a także przechowuje się w pamięci programy wykonywanych już elementów.

14 Rys. 3. Obrabiarki sterowane numeryczne: tokarka EMCO Concept TURN 250, frezarka EMCO Concept MILL 250, Obrabiarki CNC stały się bardzo powszechne i stosowane są zarówno do produkcji seryjnej jak i do jednostkowej obróbki skomplikowanych kształtów, dzięki tej technologii możliwe jest bardzo precyzyjne odtworzenie modeli komputerowych w materiale. Wraz z rozwojem technologii CNC obrabiarki sterowane numerycznie zaczęły realizować coraz więcej funkcji technologicznych (np. frezowanie na tokarce) w związku z tym zaczęły powstawać maszyny uniwersalne zwane centrami obróbczymi. Nowoczesne centra obróbcze umożliwiają praktycznie kompleksowa obróbkę części maszynowych na jednej maszynie. Coraz większe moce obliczeniowe komputerów, rozwój technologiczny oraz konkurencja pomiędzy producentami sprawiła, że obecne obrabiarki CNC posiadają bardzo wydajne komputery, przyjazne użytkownikowi sterowanie i interfejs graficzny, możliwość symulacji obróbki (jako model 2D lub 3D), podłączenie do technologicznych sieci komputerowych a nawet sieci Internetu. We współczesnym przemyśle na etapie technologicznego przygotowania produkcji jak i w trakcie przebiegu procesu technologicznego najważniejszym kryterium optymalizacyjnym jest czas, który w prostej linii łączy się z kosztami. Obrabiarka CNC względem obrabiarki konwencjonalnej umożliwiła podwyższenie dokładności, zwiększyła powtarzalność, zmniejszyła straty, skróciła czas przezbrojenia, a także koszty obsługi. Ważna zaletą obrabiarek CNC jest możliwość obróbki dużej liczby różnych przedmiotów. Dzięki zastosowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie uzyskujemy:

15 skrócenie czasu wykonania danego elementu, większą dokładność obróbki, większą wydajność w wyniku skrócenia czasów pomocniczych, większą elastyczność pracy, ze względu na łatwe dostosowanie się do nowych zadań produkcji. Budowa tokarek wyposażonych w system sterowania CNC jest podobna do obrabiarek konwencjonalnych. Cechą wyróżniającą jest możliwość sterowania przez komputer zespołami odpowiedzialnymi za obróbkę toczeniem. Kierunki ruchu są określane przez system współrzędnych, odnoszący się do przedmiotu obrabianego i składający się z osi, leżących równolegle do prostoliniowych ruchów głównych maszyny. Tokarki CNC dysponują co najmniej dwiema oznaczanymi jako X i Z sterowanymi osiami ruchów posuwowych. Na rysunku poniżej (rys. 4) zaprezentowano tokarkę z trzema osiami sterowanymi oznaczonymi jako: X - oś prostopadła do osi toczenia, Z - oś równoległa do osi toczenia, C oś obrotu wrzeciona. Rys. 4. Układ i oznaczenie osi dla tokarki sterowanej numerycznie Z osią sterowaną numerycznie związany jest zawsze oddzielny napęd (silnik, siłownik) jak i układ pomiarowy. Te cechy odróżniają obrabiarki CNC od innych rodzajów obrabiarek, gdzie napęd najczęściej jest scentralizowany. Inne cechy, charakterystyczne dla obrabiarek CNC, to: bezstopniowa regulacja prędkości obrotowej i posuwów, napęd przenoszony za pomocą śrub tocznych,

16 eliminowanie prowadnic ślizgowych na rzecz tocznych, eliminowanie przekładni zębatych, kompaktowa konstrukcja o zamkniętej przestrzeni roboczej, konstrukcja modułowa o elastycznie dobieranej konfiguracji elementów składowych, automatyczny nadzór i diagnostyka, duża moc (jako suma mocy poszczególnych napędów), osiąganie znacznych wartości parametrów obróbki (np. duże prędkości obrotowe), obróbka równoległa z wykorzystaniem wielu wrzecion i/lub suportów narzędziowych, złożona kinematyka pracy (uchylne głowice narzędziowe, stoły obrotowo-uchylne, obróbka pięcioosiowa, obrabiarki o strukturze równoległej), magazyny narzędziowe z automatyczną wymiana narzędzi, systemy narzędziowe z narzędziami obrotowymi, automatyczny pomiar narzędzi, automatyczna wymiana przedmiotu obrabianego, automatyczny pomiar przedmiotu obrabianego, automatyczne usuwanie wiórów. Obecność wyżej wymienionych cech w konkretnej obrabiarce często zależy od tego, w jak dużym stopniu jest ona przystosowana do pracy autonomicznej (bez obsługi człowieka). Niezbędne przy obróbce ruchy poszczególnych zespołów obrabiarki (stół, sanie narzędziowe) są obliczane, sterowane i kontrolowane przez wewnętrzny komputer. Dla każdego kierunku ruchu istnieje osobny system pomiarowy, wykrywający aktualne położenie zespołów i przekazujący je do kontroli wewnętrznemu komputerowi. Każda obrabiarka sterowana numerycznie pracuje w jej maszynowym systemie współrzędnych. Położenie układów współrzędnych jest określone przez punkty zerowe. W celu uproszczenia obsługi maszyny i programowania poza punktami zerowymi istnieją także inne punkty odniesienia:

17 Rys. 5. Symbole graficzne punktów odniesienia Punkt zerowy obrabiarki M jest punktem wyjścia odnoszącym się do maszynowego układu współrzędnych. Jego położenie jest niezmienne i ustalane przez producenta obrabiarki. Z reguły, punkt zerowy obrabiarki znajduje się w tokarkach CNC w punkcie środkowym wrzeciona roboczego a we frezarkach pionowych CNC nad lewą krawędzią sań stołu. Obrabiarka sterowana numerycznie z inkrementalnym (przyrostowym) układem pomiaru toru ruchu potrzebuje ponadto punktu wzorcowego, służącego jednocześnie do kontroli ruchów narzędzia i przedmiotu obrabianego. Jest to punkt wyjściowy obrabiarki, nazywany również punktem referencyjnym R. Jego położenie na każdej osi ruchu jest dokładnie ustalone poprzez wyłączniki krańcowe. Współrzędne punktu referencyjnego mają w odniesieniu do punktu zerowego obrabiarki zawsze tę samą wartość liczbową. Jest ona ustawiona na stałe w układzie sterowania CNC. Po włączeniu maszyny należy najpierw, dla wykalibrowania inkrementalnego układu pomiaru toru ruchu, najechać we wszystkich osiach na punkt referencyjny. Punkt zerowy przedmiotu obrabianego W jest początkiem układu współrzędnych przedmiotu obrabianego. Jego położenie jest ustalane przez programistę według kryteriów praktycznych. Najbardziej korzystne jest ustalenie go w taki sposób, aby możliwe było bezpośrednie przejęcie do programowania danych wymiarowych z rysunku. W częściach toczonych punkt zerowy przedmiotu obrabianego należy ustawiać na środku prawego lub lewego boku części obrobionej, w zależności od tego, z której strony rozpoczyna się wymiarowanie. Przy częściach frezowanych jako punkt zerowy przedmiotu obrabianego wybiera się najczęściej zewnętrzny punkt narożny, w zależności od tego, który z punktów wierzchołkowych został wybrany jako punkt odniesienia podczas jego wymiarowania lub środek płyty.

18 Następnym istotnym punktem w przestrzeni roboczej obrabiarki jest punkt odniesienia narzędzia E. Punkt odniesienia narzędzia w obrabiarce CNC jest stałym punktem na jej saniach narzędziowych. We frezarkach CNC punkt odniesienia narzędzia E znajduje się na wrzecionie narzędziowym. Układ sterowania CNC odnosi początkowo wszystkie współrzędne docelowe do punktu odniesienia narzędzia. Jednak podczas programowania współrzędnych docelowych odnosimy się do końcówki narzędzia tokarskiego lub punktu środkowego narzędzia frezarskiego. Aby końcówka narzędzia podczas toczenia, frezowania mogła być dokładnie sterowana wzdłuż pożądanego toru obróbki, konieczne jest ich dokładne zmierzenie. Punkt wymiany narzędzia N jest punktem w przestrzeni roboczej obrabiarki CNC, w którym może nastąpić bezkolizyjna wymiana narzędzi. W większości układów sterowania CNC położenie punktu wymiany narzędzia jest zmienne. Rys. 6. Położenie punktów charakterystycznych tokarki sterowanej numerycznie EMCO CONCEPT TURN 250 Podstawą do programowania jest zdefiniowanie układu współrzędnych, dzięki któremu możliwe jest zadawanie współrzędnych położenia elementów ruchomych obrabiarki CNC. Domyślnym układem współrzędnych przedmiotu jest układ absolutny prostokątny, tzn. taki, gdzie współrzędne są odnoszone do jednego, ustalonego punktu zerowego (W). Często jednak wymiary na rysunkach mają charakter przyrostowy, w postaci łańcucha wymiarowego, stąd w układach sterowania przewidziano również możliwość programowania przyrostowego (inkrementalnego) względem aktualnego położenia narzędzia. Do obsługi trybu absolutnego i przyrostowego wymiarowania przewidziano funkcje: G90 - programowanie absolutne, G91 - programowanie przyrostowe.

19 W programowaniu absolutnym wartość wymiaru odnosi się do aktualnego położenia punktu zerowego układu współrzędnych. W programowaniu przyrostowym wartość wymiaru odnosi się do aktualnego położenia narzędzia. W rzeczywistości na każdej obrabiarce istnieje wiele różnych układów współrzędnych ale najważniejsze to: maszynowy układ współrzędnych, bazowy (podstawowy) układ współrzędnych, układ współrzędnych przedmiotu. W układzie maszynowym są podane współrzędne punktu referencyjnego (R), punkty wymiany narzędzi, punkty wymiany palet itp. Bazowy (podstawowy) układ współrzędnych to prostokątny, prawoskrętny układ współrzędnych, stanowiący podstawę do programowania. Jest odniesiony do przedmiotu zamocowanego na obrabiarce i jest związany z układem maszynowym. W najprostszym przypadku układ bazowy tokarki jest tożsamy z układem maszynowym. W tym układzie są definiowane korektory narzędziowe, wyznaczana jest kompensacja promienia narzędzia, oraz wykonywane są wszystkie obliczenia toru ruchu narzędzia. Układ współrzędnych przedmiotu jest związany z przedmiotem obrabianym, służący do programowania obróbki, zapisanej w postaci programu sterującego. Układ CNC musi posiadać informacje o wzajemnych relacjach pomiędzy różnymi układami współrzędnych, aby proces obróbki zachodził w sposób prawidłowy. Przyjmując układ współrzędnych przedmiotu, można to uczynić w sposób zupełnie dowolny (najczęściej odnoszący się do wymiarowania przedmiotu obrabianego) należy podać i wprowadzić do układu sterowania następujące wielkości: zmianę położenia punktu zerowego (M przesunięty na W) za pomocą np. funkcji G54 przyrostowe przesunięcie punktu zerowego, korektory długości narzędzia, wprowadzane z pulpitu układu sterowania do tabeli korektorów narzędziowych. Czynności definiowania zmiany położenia punktu zerowego i korektorów narzędziowych mają podstawowe znaczenie dla poprawności przebiegu obróbki w trybie automatycznym (sterowanym programem) i należą do najważniejszych czynności przygotowawczych, poprzedzających pracę w trybie automatycznym. Dlatego często są wspomagane specjalnie do tego celu przeznaczonymi funkcjami układu sterowania CNC i oprzyrządowaniem. Sposób wyznaczenia tych wartości w dużej mierze zależy od rodzaju

20 obrabiarki, jej wyposażenia, dostępności specjalnych urządzeń do pomiaru i nastawiania narzędzi, rodzaju narzędzi itp. W układach sterowania na ogół są funkcje półautomatycznego wyznaczania tych wartości. W przeciwieństwie do konwencjonalnych obrabiarek w obrabiarkach CNC są stosowane specjalne narzędzia, spełniające następujące kryteria: wyższa wydajność skrawania przy wysokiej trwałości, krótsze czasy wymiany i mocowania, wprowadzenie standardu narzędzia i jego racjonalizacja, poprawa możliwości zarządzania narzędziami. Oprawki do narzędzi tokarskich i frezarskich (rys. 7) są znormalizowane i określone przez normy. Przy narzędziach tokarskich stosuje się przede wszystkim oprawki z chwytem cylindrycznym z uzębieniem, natomiast przy narzędziach frezarskich oprawki narzędziowe z chwytem stożkowym. a) b) Rys. 7. Oprawki narzędziowe tokarskie: a) do noży tokarskich, b) do narzędzi z chwytem walcowym W technice obrabiarek sterowanych numerycznie, ze względu na wysoką trwałość i łatwość wymiany, stosuje się narzędzia z płytkami wieloostrzowymi (rys. 8). Płytki te posiadają kilka krawędzi skrawających, dzięki czemu istnieje możliwość obrócenia płytki po jej stępieniu. Dobór narzędzi i parametrów skrawania do obróbki CNC zostały szczegółowo omówione w kolejnym rozdziale poradnika.

21 Rys. 8. Narzędzia skrawające do toczenia z płytkami wymiennymi. Źródło: Obrabiarki sterowane numerycznie są wyposażone w automatyczne urządzenia do wymiany narzędzi (rys. 9). W zależności od typu i zastosowania urządzenia te mogą przyjmować różne ilości narzędzi i ustawiać wybrane przez program NC narzędzie w położeniu wyjściowym i roboczym. Najczęściej spotykanymi rodzajami tych urządzeń są: głowica rewolwerowa, magazyn narzędzi. a ) c ) b ) Rys. 9. Urządzenia do automatycznej wymiany narzędzi: a) głowica rewolwerowa z napędzanymi narzędziami, b) głowica rewolwerowa bębnowa, c) magazyn narzędzi

22 Głowica rewolwerowa jest stosowana przede wszystkim w tokarkach a magazyn narzędzi we frezarkach. Jeżeli w programie NC zostanie wywołane nowe narzędzie, głowica rewolwerowa obraca się aż do ustawienia żądanego narzędzia w położeniu roboczym. Taka automatyczna wymiana narzędzia trwa obecnie ułamki sekundy. Ekonomiczne uwarunkowania sprawiają, że często pożądana jest kompletna obróbka przedmiotu wykonywanego w jednym zamocowaniu. Jest to powodem wyposażania tokarek sterowanych numerycznie w ruchome napędzane narzędzia. Taką tokarką można wiercić, zgrubnie i dokładnie rozwiercać, frezować i nacinać gwinty. Magazyny narzędzi są urządzeniami, z których narzędzia są pobierane, i do których, po każdej ich wymianie, są automatycznie odkładane. W przeciwieństwie do głowicy rewolwerowej magazyn narzędziowy ma tę zaletę, że można w nim zmieścić dużą liczbę narzędzi (w dużych centrach obróbkowych nawet ponad 100 narzędzi). Wymiana narzędzi przy użyciu magazynu narzędzi odbywa się za pomocą systemu chwytaków. Dwuramienny chwytak wymienia narzędzie po wywołaniu przez program NC wykonując następujące operacje: pozycjonowanie żądanego narzędzia w magazynie w położeniu do wymiany, przesunięcie wrzeciona w pozycję do wymiany narzędzia, wychylenie chwytaka do poprzedniego narzędzia we wrzecionie i nowego w magazynie, wyjęcie narzędzi z wrzeciona i magazynu oraz wychylenie chwytaka, wstawienie narzędzi do końcówki wrzeciona i do magazynu, wychylenie chwytaka do położenia spoczynkowego. Przed umieszczeniem narzędzi obróbkowych w magazynach koniecznym jest sprawdzenie tak zwanych wartości korekcyjnych narzędzia i wpisanie ich do tabeli korekcji narzędzi układu sterowania numerycznego. Sposób wyznaczenia tych wartości w dużej mierze zależy od rodzaju obrabiarki, jej wyposażenia, dostępności specjalnych urządzeń do pomiaru i nastawiania narzędzi, rodzaju narzędzi itp. Pomiary ustawcze narzędzi mogą być dokonywane bezpośrednio na obrabiarce lub poza obrabiarką, z wykorzystaniem specjalnego stanowiska pomiarowo-ustawczego (rys. 10). Rys. 10. Urządzenia optyczne do pomiarów wartości korekcyjnych narzędzia poza obrabiarką {DMG)

23 Przygotowanie procesu technologicznego dla obrabiarek sterownych numerycznie odbywa się najczęściej w biurze technologicznym i jest zadaniem dla technologa - programisty. Jego wkład pracy jest niewątpliwie najważniejszy w łańcuchu czynności prowadzących do otrzymania przedmiotu zgodnie z założeniami konstrukcyjnymi. W porównaniu do operacji realizowanych na obrabiarkach konwencjonalnych uległ zmianie również rodzaj i zakres czynności wykonywanych przez pracownika obsługującego obrabiarkę. Pracownik przestał wykonywać czynności ręczne a stał się operatorem nadzorującym pracę obrabiarki. Technolog - programista na podstawie rysunku wykonawczego tworzy dokumentacje technologiczną i program obróbki, używając do tego celu narzędzia, jakim jest komputer i programowanie CNC - CAD/CAM. Przykładem takiego oprogramowania jest program CAD/CAM niemieckiej firmy MTS. Przykładowy proces technologiczny dla wałka wykonany w tym programie przedstawiony został w tabeli 1. Tabela 1. Przykładowy proces technologiczny dla obrabiarki sterowanej numerycznie 1 2 Kolejność operacji Określenie wymiarów i materiału przedmiotu obrabianego. Zamocowanie przedmiotu obrabianego. Typ narzędzia, pozycja głowicy rewolwerowej, parametry skrawania Walec D: 80 mm Materiał: Uchwyt tokarski: KFD-HS 130 Szczęki stopniowe: HM-110_ Głębokość zamocowania: 18.0 mm L: 122 mm AlMg1 Szkic obróbki 3 Określenie punktu zerowego przedmiotu obrabianego. 4 Toczenie powierzchni czołowej G54 Z.. NÓŻ TOKARSKI LEWOTNĄCY CL-SCLCL-2020/L/1208 ISO30 T0101 G96 S260 M04 G95 F0.250 M08

24 5 Toczenie zgrubne wzdłużne konturu zewnętrznego NÓŻ TOKARSKI LEWOTNĄCY CL-SCLCL-2020/L/1208 ISO30 T0101 G96 S260 M04 G95 F0.350 M08 6 Wiercenie WIERTŁO KRĘTE DR-18.00/130/R/HSS ISO30 T0606 G97 S1200 M03 G95 F0.220 M08 7 Toczenie zgrubne wzdłużne konturu wewnętrznego WYTACZAK ZAOSIOWY BI-SCAAL-1010/L/0604 ISO30 T0808 G96 S220 M04 G95 F0.250 M08 8 Obróbka wykańczająca konturu wewnętrznego WYTACZAK ZAOSIOWY BI-SCAAL-1010/L/0604 ISO30 T1010 G96 S300 M04 G95 F0.100 M08 9 Obróbka wykańczająca konturu zewnętrznego NÓŻ TOKARSKI LEWOTNĄCY CL-SVJCL-2020/L/1604 ISO30 T0202 G96 S360 M04 G95 F0.100 M08 10 Nacinanie gwintu NÓŻ DO GWINTÓW ZEWNĘTRZNYCH LEWOTNĄCY TL-LHTR-2020/R/60/1.50 ISO30 T0303 G97 S1000 M03 G95 F1.5 M08

25 11 3 x toczenie poprzeczne PRZECINAK ZAOSIOWY (nóż do rowków) ER-SGTFL-1212/L/ ISO 30 T0404 G97 S1000 M04 G95 F0.150 M08 12 Podcięcie wewnętrzne NÓŻ WYTACZAK HAKOWY ZAOSIOWY (wytaczak do rowków zaosiowy) RI-GHILL-1013/L/01.10 ISO30 T1212 G97 S01000 M04 G95 F M08 13 Gotowy wyrób W zakresie systemów CAD/CAM istnieje wiele programów o różnym poziomie automatyzacji czynności projektowych, jednym z takich programów jest program CAD/CAM - MTS CNC. Program ten jest programem nadającym się zarówno do pisania programów ręcznie jak i do tworzenia skomplikowanych programów obróbkowych dla tokarek i frezarek, posiada również opcje symulacji obróbki, wymiarowania przedmiotu po obróbce i wizualizacji trójwymiarowej przedmiotu. W dalszej części poradnika zostanie omówiony sposób symulacji obróbki i dostosowanie symulatora do posiadanej obrabiarki sterowanej numerycznie na przykładzie programu MTS. Po uruchomieniu programu symulacyjnego można dokonać zmiany konfiguracji obrabiarki i układu sterowania (rys. 11). Nazwa grupy konfiguracyjnej odnosi się zawsze do określonej kombinacji konfiguracji obrabiarki oraz konfiguracji sterowania. Definiuje się je w zarządzaniu konfiguracjami. Przykładowo, tokarka jest konfigurowana zgodnie z danymi producenta. Wielkościami charakterystycznymi są m. in. przestrzeń robocza, drogi przejazdu, typ głowicy rewolwerowej i gniazda narzędziowe, liczba osi NC, występowanie wrzeciona przechwytującego lub konika itp. Konfiguracja sterowania obejmuje składnię języka programowania, przyporządkowanie opcjonalnych postprocesorów i ustawienia sterowania. Do transformacji programu napisanego w kodzie MTS (zgodny z kodem ISO) na określony

26 kod sterowania wymagany jest zawsze postprocesor. Jest on, podobnie jak kod programowania, udostępniany po wyborze sterowania docelowego. Rys. 11. Okno konfiguracyjne programu MTS z widoczną konfiguracją układu sterownia SINUMERIK 810/840 Konfiguracji podlega również przedmiot obrabiany. Dane, które należy podać do symulatora to: rodzaj materiału obrabianego oraz wymiar surówki (rys. 12). Rys. 12. Okno konfiguracyjne programu MTS wprowadzania danych półwyrobu

27 Oprócz obrabiarki, układu sterowania i przedmiotu obrabianego w symulatorze można dokonać wyboru mocowania surówki. Do dyspozycji użytkownik ma łącznie siedem różnych kombinacji zamocowania. Wybór rodzaju zamocowania odpowiada standardowi biblioteki zamocowań aktualnie skonfigurowanej tokarki (rys. 13). Rys. 13. Okno konfiguracyjne programu MTS z widoczną konfiguracją mocowania przedmiotu Kolejnym etapem dostosowania symulatora do obróbki jest dobór narzędzi obróbkowych. Standardowa głowica rewolwerowa dysponuje 16 gniazdami narzędziowymi (rys. 14), ilość gniazd narzędzi i rodzaj uzbrojonych narzędzi można w dowolny sposób modyfikować. Można modyfikować rodzaj narzędzia, jego wielkość a także tworzyć swoje własne narzędzia. Rys. 14. Okno konfiguracyjne programu MTS z głowicą narzędziową

28 Po dokonaniu konfiguracji symulatora, mając gotowy program obróbkowy można wykonać symulację programu obróbkowego (rys. 15). Program MTS umożliwia przeprowadzenie symulacji w trybie: automatycznym (program jest realizowany od początku do końca), krokowym (program realizowany jest pojedynczymi blokami), interaktywnym (każdy kolejny wiersz programu zostaje wykonany po potwierdzeniu, a następnie proponowane jest dokonanie jego zmian). Po uruchomieniu programu NC możliwa jest zmiana trybu symulacji pomiędzy trybem automatycznym, krokowym i interaktywnym. Prawa strona ekranu symulacyjnego zawiera ważne informacje systemowe dotyczące stanu wirtualnej (skonfigurowanej) tokarki CNC: aktualne współrzędne względem osi X, Z (również względem opcjonalnych osi dodatkowych), prędkość skrawania, liczbę obrotów, posuw, narzędzie, kierunek obrotu wrzeciona, czas obróbki, aktywne instrukcje pomocnicze G. W dolnej części okna symulatora jest pokazywany fragment programu z aktualnie interpretowanym wierszem programowym NC (rys. 15). Rys. 15. Symulacja obróbki wałka w programie MTS Oprócz już wymienionych trybów symulacji program umożliwia również wyświetlanie dróg przejazdu narzędzia w wybranym programie obróbkowym (rys. 16). Program jest wykonywany a zaprogramowane tory przejazdu narzędzia są pokazywane graficznie: w posuwie roboczym G01 na czerwono, w szybkim przesuwie G00 na niebiesko.

29 Dokładna ocena zaprogramowanych torów przejazdu i ich korekta w programie sterującym może prowadzić do znacznych oszczędności w czasach wytwarzania. Rys. 16. Symulacja dróg przejazdu narzędzia w programie MTS Po wykonaniu symulacji programu można dokonać sprawdzenia jakości obróbki przedmiotu. Symulator posiada moduły, które zajmują się analizą wymiarów i chropowatości powierzchni obrabianego przedmiotu. Po użyciu funkcji Mierzenie elementu można sprawdzić, czy zaprogramowany kontur przedmiotu obrabianego jest zgodny z rysunkiem (rys. 17). Funkcja Chropowatość umożliwia sprawdzenie wysokości nierówności na wybranym dowolnie fragmencie konturu (rys. 18). Rys. 17. Pomiar odległości w programie MTS

30 Rys. 18. Pomiar wysokości nierówności w programie MTS Rys. 19. Prezentacja przedmiotu po obróbce w widoku 3D w programie MTS Programowanie i obsługa frezarek CNC EMCO CONCEPT MILL EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA Uwaga: w poradniku dla uczącego się zawarto te same materiały pozbawione oczywiście elementów przeznaczonych wyłącznie dla nauczyciela (np. planu testu, instrukcji dla nauczyciela, arkusza obserwacji itd.)

31 Test dwustopniowy do zajęć edukacyjnych Programowanie i obsługa frezarek sterowanych numerycznie na przykładzie frezarki EMCO CONCEPT MILL 250. Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których: zadania 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 18, 20 są z poziomu podstawowego, zadania 7, 10, 13, 16, 17, 19 są z poziomu ponadpodstawowego. Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak uczeń otrzymuje 0 punktów. Proponuje się następujące normy wymagań - uczeń otrzymuje następujące oceny szkolne: dopuszczający - za uzyskanie co najmniej 9 pkt. Za odpowiedzi na zadania z poziomu podstawowego, dostateczny - za uzyskanie co najmniej 12 pkt. za odpowiedzi na zadania z poziomu podstawowego, dobry - za uzyskanie co najmniej 15 pkt., w tym co najmniej 3 pkt. za odpowiedzi na zadania z poziomu ponadpodstawowego, bardzo dobry - za uzyskanie co najmniej 18 pkt., w tym co najmniej 4 pkt. za odpowiedzi na zadania z poziomu ponadpodstawowego. Klucz do odpowiedzi: 1.a, 2.b, 3.a, 4.c, 5.c, 6.b, 7.a, 8.b, 9.b, 10.a, 11.c, 12.c, 13.a, 14.c, 15.b, 16.c, 17.a, 18.c, 19.a, 20.b.

32 Plan testu Nr zad. Cel operacyjny (mierzone osiągnięcia ucznia) Kategoria celu Poziom wymagań Poprawna odpowiedź 1 Zdefiniować pojecie program sterujący A P a 2 Zdefiniować pojecie bazowania osi A P b 3 Co to jest centrum obróbkowe B P a 4 5 Dobrać funkcję do programowania ruchu narzędzia we współrzędnych absolutnych Dobrać funkcję do programowania przyrostowego przesunięcie punktu zerowego C P c C P c 6 Dobrać oprawki do mocowania frezów C PP b 7 Jaki element frezarki wykonuje ruch roboczy C PP a 8 Co to jest posuw minutowy A P b 9 Co to jest "zmieniacz nzrzędziowy" A P b Jakie narzędzia używamy do obróbki na obrabiarkach CNC Określić oznaczenie osi na frezarce CNC Kompensacja średnicy narzędzia dla ruchu w lewo od konturu - funkcja C PP a B P c C PP c 13 Zdefiniować pojecie - postprocesor A P a 14 Określić zastosowanie adresu T B P c Dobrać funkcję przygotowawczą do wykonania interpolacji kołowej Dobrać funkcję maszynową do wyłączenia obrotów wrzeciona C P b C P c 17 Określić położenie punktu zerowego A P a 18 Wskazać adresy cyklu G83 A P c Określić znaczenie adresu F w cyklu gwintowania Jaka funkcja służy do frezowania kieszeni okrągłej B PP a B PP b

33 Przebieg testowania INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej jednotygodniowym. 2. Przed rozpoczęciem sprawdzianu przedstaw uczniom zasady przebiegu testowania. 3. Podkreśl wagę samodzielnego rozwiązania zadań testowych. 4. Rozdaj uczniom przygotowane dla nich materiały (instrukcję, zestaw zadań testowych, kartę odpowiedzi). 5. Udzielaj odpowiedzi na pytania formalne uczniów. 6. Przypomnij o upływającym czasie na 10 i 5 minut przed końcem sprawdzianu. 7. Po upływie czasu sprawdzianu poproś uczniów o odłożenie przyborów do pisania. 8. Zbierz od uczniów karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych. INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj dokładnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi. 4. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 5. Test zawiera 20 zadań. 6. Do każdego zadania podane są cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa. 7. Zaznacz prawidłową według Ciebie odpowiedź wstawiając literę X w odpowiednim miejscu na karcie odpowiedzi. 8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz odpowiedź prawidłową. 9. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt. 10. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi - otrzymujesz zero punktów. 11. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi. 12. Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność przejdź do następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi możesz wrócić później. 13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie. 14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut. Powodzenia!

34 Materiały dla ucznia: - instrukcja, - zestaw zadań testowych, - karta odpowiedzi. ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Program sterujący na obrabiarkę CNC zawiera w sobie: a) dane geometryczne ruchu narzędzia oraz dane technologiczne takie jak posuw, obroty wrzeciona. b) wartości napięcia zasilającego obrabiarkę. c) rodzaj chłodziwa oraz typ oleju używanego do smarowania prowadnic. d) cena zakupu. 2. Bazowanie jest to: a) dokładne posadowienie maszyny na fundamencie. b) najazd sterowanych osi obrabiarki na punkt referencyjny przy przyrostowych układach pomiarowych. c) umieszczenie narzędzi w magazynie. d) precyzyjne zamocowanie detalu w uchwycie 3. Centrum obróbkowe to: a) wieloosiowa obrabiarka CNC zawierająca magazyny narzędzi. b) wyspecjalizowany zakład wyposażony w nowoczesne obrabiarki. c) zakład rzemieślniczy. d) uczelnia techniczna. 4. Do programowania ruchu narzędzia we współrzędnych absolutnych przewidziano funkcje: a) G88. b) G89. c) G90. d) G Do przyrostowego przesunięcie punktu zerowego użyjesz funkcji: a) G34.

35 b) G44. c) G54. d) G Do mocowania frezów dobierzesz oprawkę: a) b) c) d) 7. Podczas frezowania: a) obraca się narzędzie. b) obraca się przedmiot obrabiany, a narzędzie jest nieruchome c) ściernica usuwa materiał, d) palnik przecina materiał. 8. Posuw minutowy to: a) przesunięcie stołu przypadające na jeden ząb freza. b) wielkość przemieszczenia stołu obrabiarki w ciągu 1 minuty. c) ruch trwający 1 minutę. d) ilość zfrezowanego materiału w ciągu 1 minuty. 9. Zmieniacz narzędziowy obrabiarki sterowanej numerycznie to: a) urządzenie do automatycznej wymiany przedmiotu obrabianego, b) urządzenie do automatycznej wymiany narzędzi. c) system pomiarowy, wykrywający aktualne położenie zespołów obrabiarki, d) urządzenie do pomiaru wartości korekcyjnych narzędzia. 10. W obrabiarkach sterowanych numerycznie stosuje się narzędzia: a) z płytkami wieloostrzowymi,

36 b) ze stali szybkotnącej, c) z płytkami lutowanymi, d) ze stali narzędziowej. 11. Osie współrzędnych we frezarce sterowanej numerycznie są oznaczone literami: a) Y Z F G H, b) Y X 1 2 3, c) X Y Z A B C, d) I J K X Y. 12. Kompensację średnicy narzędzia dla ruchu w lewo od konturu wywołujemy funkcją: a) G80, b) G47, c) G41, d) G Postprocesor jest to : a) program dostosowujący kod NC do danego układu sterowania, b) jednostka centralna układu sterującego, c) procesor w komputerze programisty, d) regulator obrotów wrzeciona. 14. Adres T wywołuje: a) zmianę wartości obrotów, b) zmianę wartości posuwu, c) zmianę położenia magazynu narzędziowego, d) ruch narzędzia. 15. Do wykonania interpolacji kołowej zgodnej z kierunkiem ruchu wskazówek zegara należy użyć funkcji przygotowawczej: a) G01, b) G02, c) G03, d) G04.

37 16. Aby wyłączyć obroty wrzeciona obrabiarki CNC należy użyć funkcji pomocniczej: a) M03, b) M04, c) M05, d) M Położenie punktu zerowego przedmiotu obrabianego jest: a) ustalane przez programistę według kryteriów praktycznych, b) niezmienne i ustalane przez producenta obrabiarki, c) ustalane zawsze w osi przedmiotu obrabianego, d) dokładnie ustalone poprzez wyłączniki krańcowe. 18. Cykl G83 składa się z adresów: a) X... Y... A... Z... D..., b) X... Z... K..., c) Z... A... B... K... D..., d) Y... Z... D Adres F w cyklu gwintowania G31 oznacza: a) skok gwintu, b) liczbę przejść narzędzia, c) posuw wgłębny, d) głębokość gwintu. 20. Cykl frezowania okrągłego zagłębienia programuje się za pomocą funkcji przygotowawczej: a) G87, b) G88, c) G89, d) G90.

38 KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko... Programowanie i obsługa tokarek sterowanych numerycznie Zakreśl poprawną odpowiedź. Nr zadania Odpowiedzi 1 A B C D 2 A B C D 3 A B C D 4 A B C D 5 A B C D 6 A B C D 7 A B C D 8 A B C D 9 A B C D 10 A B C D 11 A B C D 12 A B C D 13 A B C D 14 A B C D 15 A B C D 16 A B C D 17 A B C D 18 A B C D 19 A B C D 20 A B C D Razem: Punkty Przebieg testowania INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej jednotygodniowym. 2. Przed rozpoczęciem sprawdzianu przedstaw uczniom zasady przebiegu testowania. 3. Podkreśl wagę samodzielnego rozwiązania zadań testowych. 4. Rozdaj uczniom przygotowane dla nich materiały (instrukcję, zestaw zadań testowych, kartę odpowiedzi). 5. Udzielaj odpowiedzi na pytania formalne uczniów. 6. Przypomnij o upływającym czasie na 10 i 5 minut przed końcem sprawdzianu. 7. Po upływie czasu sprawdzianu poproś uczniów o odłożenie przyborów do pisania. 8. Zbierz od uczniów karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych.

39 INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj dokładnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi. 4. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 5. Test zawiera 20 zadań. 6. Do każdego zadania podane są cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa. 7. Zaznacz prawidłową według Ciebie odpowiedź wstawiając literę X w odpowiednim miejscu na karcie odpowiedzi. 8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz odpowiedź prawidłową. 9. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt. 10. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi - otrzymujesz zero punktów. 11. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi. 12. Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność przejdź do następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi możesz wrócić później. 13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie. 14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut. Powodzenia! Materiały dla ucznia: - instrukcja, - zestaw zadań testowych, - karta odpowiedzi.