CAM komputerowe wspomaganie wytwarzania


Warsztaty
Artur Grochowski
CAM - komputerowe
wspomaganie
wytwarzania
Automatyzacja obrabiarek oraz skomplikowane kształty wytwarzanych detali
przyczyniły się do powstania i rozwoju systemów CAM. Co w rzeczywistoSci
kryje się pod tym pojęciem oraz jak wygląda praca programów tego typu? Na te
pytania oraz wiele innych postaramy się odpowiedzieć w tym artykule.
O sposobach wytwarzania pisaliSmy już w artykule resowanych tym tematem zachęcam do zapoznania się
otwierającym rubrykę Warsztaty w CADCAM FORUM ze wspomnianymi artykułami.
nr 1/2001. ZamieSciliSmy wówczas rysunek przedstawia- Na przykładzie metody RP Laser Cladding (CCF nr
jący sposoby tworzenia detalu na podstawie modelu 7/99) możemy omówić metodę hybrydową. Po nałoże-
bryłowego. niu cienkiej warstwy proszku metalu stopionego wiązką
Wyrób tworzony jest metodą ubytkową, przyrostową lasera (tzw. napawanie; metoda przyrostowa) warstwa
lub hybrydową. MySląc o systemach CAM, mamy najczę- poddawana jest obróbce skrawaniem (metoda ubytko-
Sciej na uwadze systemy do programowania skrawają- wa) w celu wyrównania powierzchni.
cych obrabiarek CNC, które wykorzystywane są, oczywi- OczywiScie, metody przyrostowe i hybrydowe stosowa-
Scie, w produkcji metodą ubytkową. Zajmijmy się jednak ne są na specjalistycznych obrabiarkach sterowanych nu-
najpierw metodą przyrostową. merycznie. Do każdej z nich producenci dołączają specja-
listyczne programy CAM. Systemy te są oferowane tylko
z konkretnymi obrabiarkami, w celu usystematyzowania
Metody przyrostowe i hybrydowe
podziału programów CAM należy o nich wspomnieć.
W metodach przyrostowych model powstaje w wyni-
ku nanoszenia kolejnych warstw materiału. Metody te
Metody ubytkowe
najczęSciej wykorzystywane są w Rapid Prototyping i
opisywane już były na łamach CADCAM FORUM (nr Wytwarzanie metodą ubytkową polega na zdejmowa-
5, 6 i 7/99). W zależnoSci od metody RP warstwy zostają niu kolejnych warstw materiału. NajczęSciej mySlimy tu
spiekane z proszków, wycinane z papieru, tworzywa o skrawaniu za pomocą tokarek, frezarek lub wiertarek,
sztucznego lub blachy, a także powstają w wyniku poli- a także o coraz częSciej pojawiających się centrach
meryzacji żywicy pod wpływem Swiatła lasera itd. Zainte- obróbczych, łączących funkcje kilku obrabiarek. Do
metod ubytkowych zaliczymy również obróbkę elektro-
erozyjną i cięcie wiązką lasera.
JeSli wymienione obrabiarki sterowane są sygnałem
wysyłanym z komputera, dla każdej pojawi się kod CNC
(komputerowe sterowanie numeryczne). W przypadku
gdy obrabiarka sterowana jest kodami, możemy zastoso-
wać systemy CAM zapewniające generowanie kodów
oraz przeprowadzenie symulacji procesów skrawania,
zużycia narzędzia i zoptymalizowanie procesu obróbki
na podstawie geometrii detalu.
Ponieważ systemy CAM znajdują się najwyżej
w hierarchii metod sterowania obrabiarkami, proponuje-
my na początku przeanalizować budowę obrabiarki oraz
rolę sterowników. Gdy już poznamy zasadę tworzenia
kodów, przejdziemy do omówienia programów CAM.
Generowanie kodów z wykorzystaniem systemów CAM
Rys. 1. Metody wytwarzania detalu.
wymaga dokładnego rozumienia kodów, co jest koniecz-
26 KWIECIEŃ 2001
Warsztaty
ne dla weryfikowania kontrowersyjnych linii programu Na początku ten sposób pisania programów wystar-
oraz szybkiego wprowadzania zmian. czał. Kody powstawały więc w wyniku wpisywania ich  z
Podstawowymi zespołami wszystkich obrabiarek są: ręki . Pierwsze programy zapisywane były na taSmach
silniki lub serwonapędy - zapewniające ruch wrzeciona perforowanych. Od tamtej pory nastąpiło, oczywiScie,
oraz układy pozycjonowania w poszczególnych osiach, wiele zmian.
magazyny i głowice narzędziowe - poruszane przez Przedmioty wykonywane na obrabiarkach miały co-
układy pneumatyczne i hydrauliczne, czujniki położenia raz bardziej skomplikowane kształty, co spowodowało,
i czujników krańcowych, z których czytane są dane o że oprogramowaniu sterującemu pracą obrabiarek sta-
położeniu poszczególnych podzespołów oraz prędko- wiano coraz trudniejsze zadania. Obecnie języki sterowa-
Sciach obrotów poszczególnych układów ruchomych, nia mają już najczęSciej interfejsy graficzne, co znacznie
pomp zasilających układ chłodzenia itd. ułatwia pracę i minimalizuje ryzyko popełnienia błędu.
W obrabiarkach konwencjonalnych większoSć opera- Rysunek 3 przedstawia wybrane konsole wyposażone w
cji (wymiana narzędzia, bazowanie lub najazd narzę- wySwietlacz ciekłokrystaliczny współczesnego sterowni-
dziem na materiał) przeprowadzał człowiek. W przypad- ka. Niektóre firmy wytwarzają również sterowniki w
ku CNC maszynę tak programujemy, aby wszystkie postaci kart do PC. NajczęSciej są one jednak stosowane
czynnoSci wykonywała sama. Ponadto w celu zachowa- do sterowania obrabiarkami szkoleniowymi i innymi
nia bezpieczeństwa obszar roboczy obrabiarek jest za- urządzeniami o małym poborze mocy.
mknięty, zatem ingerencja człowieka podczas obróbki
nie jest możliwa. Jakiekolwiek próby otwarcia komory
Kody
roboczej prowadzą do zatrzymania pracy maszyny.
Wszystkie zabezpieczenia i inne funkcje urządzenia są W zależnoSci od zainteresowania czytelników tą te-
kierowane przez okreSloną jednostkę centralną - sterow- matyką, w kolejnych artykułach przybliżymy funkcje i
nik będący integralną częScią każdej obrabiarki. możliwoSci poszczególnych języków programowania
wymienionych wczeSniej producentów sterowników.
Dzisiaj odsyłamy zainteresowanych do lektury stron
Sterowniki
internetowych Piotra Lecyka (linki znajdują się na stro-
Na rynku Swiatowym można spotkać ofertę wielu nie www.procax.prv.pl), na których autor dokładniej
firm produkujących sterowniki. W Europie większoSć opisuje kody do sterowników Fanuc oraz Sinumeryk.
obrabiarek wykorzystuje sterowniki firm Fanuc, Sinu- Tymczasem zapoznajmy się ogólnie ze składnią ko-
merik, Heidenhain. Poszczególni producenci opraco- dów dowolnego sterownika. Kody te są prostym sposo-
wali własne języki komunikowania się ze sterowni- bem zapisu komend sterujących obrabiarką, które w
kiem. Co to oznacza w rzeczywistoSci? Sterownik jest sterowniku zamieniane są na kody maszynowe. Rysunek
Rys. 3. Konsole wybranych
wyposażony w kompilator zamieniający kod na we- 2 przedstawia fragment programu, natomiast w tabeli 1
sterowników.
wnętrzny język maszyny, może obsłużyć okreSloną zestawione zostały kategorie funkcji języka dla obrabia-
liczbę osi oraz urządzeń pomiarowych, kontrolnych rek firmy Light Machines Corporation.
itd. Twórca obrabiarki wybiera konkretny sterownik w Przyjrzyjmy się dwóm liniom:
zależnoSci od potrzeb, a następnie - dzięki programo-
walnemu PLC - dostosowuje go do konkretnej obra- N10 G90 G01 X12 Z10 F30
biarki. Użytkownik musi zatem zapoznać się z języ- N10 G90 G01 X5 Y2 Z10 F19
kiem programowania danego sterownika, a wtedy
może tworzyć kody sterujące wykonaniem poszcze- Co oznaczają poszczególne ich składniki?
gólnych detali. - N10 - kolejny numer bloku; nie jest wymagany
w pracy obrabiarki,
- G90 - komenda okreSlająca układ współrzędnych
w celu opisu położenia narzędzia,
- G01 - funkcja włączająca interpolację liniową,
- X12 - współrzędna docelowa narzędzia w osi X,
- Y2 - współrzędna docelowa narzędzia w osi Y,
- Z10 - współrzędna docelowa narzędzia w osi Z,
- F19 - wartoSć posuwu roboczego.
Pierwsza linia jest fragmentem programu sterującego
pracą tokarki, natomiast druga - frezarki pracującej w
trzech osiach. W obrabiarkach CNC oS Z ustawiona jest
tak, aby obrabiany element obracał się wokół niej. Będzie
to zatem oS wrzeciona. W przypadku obrabiarek, które
nie mają wrzeciona, oS Z ustawiamy prostopadle do
płaszczyzny mocowania przedmiotu. W przypadku to-
Rys. 2. Fragment programu. karki oS Z jest więc osią poziomą (rys. 4a i 4c).
KWIECIEŃ 2001 27
Warsztaty
Rys. 4. Układ osi w obrabiar-
duł ekspercki, możemy zatem liczyć na podpowiedx pro-
kach CNC
gramu, jeSli zdefiniujemy narzędzie i obrabiany materiał.
Grupę instrukcji przygotowawczych dzielimy w
sposób przedstawiony w tabeli 2. Jeszcze raz podkre-
Slam, że artykuł ten ma charakter wprowadzenia i nie
podajemy tu pełnej listy funkcji oraz ich opisu. Sygna-
a) dla tokarki
lizujemy jedynie występowanie poszczególnych grup
OS X jest główną osią w płaszczyxnie mocowania komend, a temat rozwiniemy, jeSli spotkamy się z
przedmiotu lub narzędzia. Powinna być pozioma i rów- zainteresowaniem czytelników.
noległa do płaszczyzny mocowania przedmiotu. OS Y Funkcje G umieszczamy w liniach przed opisem
b) dla frezarki
wynika z przyjętego układu odniesienia. przemieszczenia narzędzia. Zawierają one informacje,
W przypadku tokarek z narzędziem, które może jakiego typu operacje zostaną wykonane itd.
poruszać się obrotowo oraz obraca wokół osi Z, pojawia- Tworzenie kodów z wykorzystaniem cykli pozwala
ją się dodatkowe osie: znacznie skrócić, a co za tym idzie uproScić program.
- A - dla obrotu wokół osi X, Dzięki zastosowaniu instrukcji cykli można zapisać wiele
- B - dla obrotu wokół osi Y, linii w postaci jednej komendy.
- C - dla obrotu wokół osi Z. Funkcje M (wykonawcze) mają za zadanie sterować
Omawiany język programowania zbliżony jest do pracą obrabiarki podczas wykonywania programu. Aby
języka sterowników Sinumerik. uniknąć błędu, należy je wpisywać w oddzielnych liniach.
W tabeli 1 przedstawione są instrukcje wykorzystywa- Zestawienie instrukcji wykonawczych przedstawiono
ne przy sterowaniu tokarką. Dla początkujących - posu- w tabeli 3.
wem nazywamy prędkoSć, z jaką porusza się narzędzie.
Jest on ograniczony możliwoSciami obrabiarki (mechani-
Systemy CAM
ka) oraz doborem parametrów obróbki (technologia).
c) dla dowolnej obrabiarki
Systemy CAM są obecnie najczęSciej wyposażone w mo- Mam nadzieję, że informacje, które przedstawiliSmy
ułatwią zrozumienie znaczenia systemów CAM. Stano-
wią one  brakujące ogniwo między obrabiarką a progra-
Komenda Funkcja
mami CAD. Zapewniają generowanie kodów na podsta-
% Przyrostowy opis współrzędnych Srodka okręgu
wie zadanej geometrii obrabianego przedmiotu. Nie
$ Absolutny opis współrzędnych Srodka okręgu
musimy wprowadzać poszczególnych linii kodu, wystar-
\ Skok
czy okreSlić zarys, po którym ma się przemieszczać
/ Skok opcjonalny
wybrane narzędzie, dobrać parametry obróbki i pozwolić
F WartoSci posuwu w milimetrach na minutę; łącznie
programowi wygenerować kody. NajczęSciej możliwa
z funkcją G04 opisuje czas trwania pauzy
G Instrukcja przygotowawcze jest symulacja procesu obróbki, a w przypadku wykrycia
H Wybór wejScia dla urządzeń peryferyjnych
błędu - korekta pierwotnego programu. Algorytm pracy
I Współrzędne Srodka okręgu na kierunku osi X
systemu CAM przedstawia rysunek 5.
(tylko dla interpolacji kołowej)
Nakładem wydawnictwa Mikom w 1999 roku ukaza-
K Współrzędne Srodka okręgu na kierunku osi Z
ła się książka Mirosława Miecielicy i Grzegorza Kaszkie-
(tylko dla interpolacji kołowej)
la  Komputerowe wspomaganie wytwarzania CAM
L Licznik pętli
(ISBN 83-7158-159-9). Gorąco polecamy zapoznanie się
M Instrukcje maszynowe
z tą pozycją. Czytelnik znajdzie w niej bardzo dobry
N Numer kolejny bloku
wstęp do programowania tokarki numerycznej na przy-
O Numer bloku startowego podprogramu
kładzie czterech programów: KSPT/Win, GTJ-T, OSN
P Numer programu odniesienia
oraz CNC-Simulator. Informacje o sterowaniu obrabiar-
Q GłębokoSć warstwy skrawanej; głębokoSć
pojedynczego skoku zagłębienia wiertła podczas kami CNC można znalexć również w książce  Podstawy
wiercenia
programowania obrabiarek sterowanych numerycznie
R Promień okręgu w interpolacji kołowej
Bronisława Stacha oraz w trzech opracowaniach zespo-
S PrędkoSć obrotowa wrzeciona w obrotach na
łu MTS:  Podstawy obróbki CNC ,  Podstawy progra-
minutę
mowania CNC - toczenie ,  Podstawy programowania
T Wybór narzędzia
CNC - frezowanie .
U Przemieszczenie narzędzia przyrostowo w osi Z
OczywiScie, ideałem jest, by użytkownik systemów
W Przemieszczenie narzędzia przyrostowo w osi Z
CAM potrafił również kierować obrabiarką bezpoSre-
X Współrzędne przemieszczenia narzędzia w osi X
dnio za pomocą sterownika. Z doSwiadczenia wiado-
Z Współrzędne przemieszczenia narzędzia w osi Z
mo, że proste procesy planowania czoła czy nawierca-
; Wstawienie komentarza słownego po bloku
nia otworów szybciej stworzymy, korzystając bezpo-
programu
Srednio ze sterownika, a znikoma liczba linii progra-
mów zmniejsza w tych przypadkach możliwoSć popeł-
Tab. 1. Podział funkcji języka stosowanego do komunikacji z obrabiar-
kami firmy Light Machines Corporation. nienia błędu.
28 KWIECIEŃ 2001
Warsztaty
Systemy CAx jedynie pomagają inżynierowi w pracy.
Komenda Funkcja
Jego wiedza jest niezastąpiona. W przypadku systemów
Grupa instrukcji interpolacji
CAM niemożliwe jest poprawne wykonanie detali, nawet
G00 Przemieszczenie z posuwem szybkim
przy użyciu najlepszych systemów, jeSli zabraknie pod-
G01 Interpolacja liniowa z zadanym posuwem roboczym
stawowej wiedzy i praktycznych umiejętnoSci technicz-
G02 Interpolacja kołowa w kierunku zgodnym z ruchem
nych.
wskazówek zegara z zadanym posuwem
W praktyce łatwoSć generowania kodów, jaką zapew-
G03 Interpolacja kołowa w kierunku przeciwnym do
ruchu wskazówek zegara z zadanym posuwem niają systemy CAM, zauważamy dopiero w przypadku
Grupa instrukcji jednostek miar
obróbki skomplikowanych kształtów lub powierzchni na
G70 Zmiana jednostek miar na cale
frezarkach 3-osiowych. OczywiScie, dla łatwiejszego wy-
G71 Zmiana jednostek miar na milimetry
jaSnienia tematu kilka pierwszych lekcji naszego  kursu
Grupa instrukcji czasu oczekiwań
przeprowadzimy na przykładzie kodów na tokarki.
G04 Zatrzymanie wszystkich przemieszczeń na czas
Jakie możliwoSci daje nam zastosowanie systemu
opisany po komendzie F (po upływie tego czasu
CAM? Po pierwsze, program sam generuje kody na
następuje wykonanie dalszego ciągu programu)
podstawie profilu. Najlepiej, gdy profil wprowadzamy,
G05 Zatrzymanie wszystkich ruchów do momentu
wgrywając rysunek z systemu CAD.
ponownego uruchomienia programu przez
Po drugie, programy CAM zawierają moduły eksperc-
operatora
kie, które ułatwiają dobór poszczególnych parametrów
Grupa instrukcji pracy w cyklach
G32 Cykl nacinania gwintu obróbki. Umożliwiają przeprowadzenie symulacji obrób-
G72 Cykl toczenia zarysu łuku w kierunku zgodnym z
ki jeszcze przed wysłaniem programu na obrabiarkę.
ruchem wskazówek zegara
Generują kody bez koniecznoSci zatrzymywania
G73 Cykl toczenia zarysu łuku w kierunku przeciwnym
obrabiarki, dzięki czemu skraca się czas przestoju obra-
do ruchu wskazówek zegara
biarek i obniża koszt produkcji.
G77 Cykl toczenia powierzchni cylindrycznych
W kolejnych artykułach postaramy się wspólnie stwo-
G79 Cykl toczenia powierzchni czołowych
rzyć kilka kodów na obrabiarki CNC, zarówno z zastoso-
G80 Cykl kasowanie cyklu
waniem samego sterownika, jak również z pomocą syste-
G81 Cykl wiercenia
mów CAM. Zainteresowanych tą tematyką zapraszamy
G83 Cykl wiercenia stopniowego
do lektury artykułu Krzysztofa Augustyna  EdgeCAM -
Grupa instrukcji trybu programowania
MOLD&DIE , z którego dowiemy się, jakie możliwoSci
G90 Programowanie absolutne
G91 Programowanie przyrostowe ma znany program CAM.
Grupa instrukcji ustalenia pozycji
G28 Ustawienie punktu odniesienia
G29 Powrót do punktu odniesienia
G92 Wstępne wyznaczenie pozycji
G98 Szybkie posuwy do położenia wyjSciowego po
wykonaniu cyklu
G99 Szybkie przemieszczenie do punktu R (może to być
powierzchnia materiału lub inny punkt
referencyjny) po zakończeniu cyklu
Tab. 2. Podział instrukcji przygotowawczych.
Komenda Funkcja
M00 Umieszczenie pauzy w programie
M01 Stop opcjonalny
M02 Koniec programu
M03 Włączenie wrzeciona
M05 Wyłączenie wrzeciona
M06 Wymiana narzędzia (wyłączenie wszystkich
czynnoSci)
M20 Połączenie z następnym programem (umożliwia
zagnieżdżenie do 20 programów)
M30 Stop programu
M38 Silniki napędów w gotowoSci
M47 Start ponowny uruchomionego programu
M98 Wywołanie podprogramu
M99 WyjScie z podprogramu, powrót do miejsca wyjScia
i realizacja następnych bloków programu
M105 WySwietlanie wiadomoSci na ekranie komputera
Tab. 3. Zestawienie instrukcji wykonawczych. Rys. 5. Algorytm pracy w systemie CAM - przykład dla programu GTJ-T.
KWIECIEŃ 2001 29


Wyszukiwarka