Warsztaty

26

KWIECIEÑ 2001

O sposobach wytwarzania pisaliœmy ju¿ w artykule

otwieraj¹cym rubrykê Warsztaty w CADCAM FORUM
nr 1/2001. Zamieœciliœmy wówczas rysunek przedstawia-
j¹cy sposoby tworzenia detalu na podstawie modelu
bry³owego.

Wyrób tworzony jest metod¹ ubytkow¹, przyrostow¹

lub hybrydow¹. Myœl¹c o systemach CAM, mamy najczê-
œciej na uwadze systemy do programowania skrawaj¹-
cych obrabiarek CNC, które wykorzystywane s¹, oczywi-
œcie, w produkcji metod¹ ubytkow¹. Zajmijmy siê jednak
najpierw metod¹ przyrostow¹.

Metody przyrostowe i hybrydowe

W metodach przyrostowych model powstaje w wyni-

ku nanoszenia kolejnych warstw materia³u. Metody te
najczêœciej wykorzystywane s¹ w Rapid Prototyping i
opisywane ju¿ by³y na ³amach CADCAM FORUM (nr
5, 6 i 7/99). W zale¿noœci od metody RP warstwy zostaj¹
spiekane z proszków, wycinane z papieru, tworzywa
sztucznego lub blachy, a tak¿e powstaj¹ w wyniku poli-
meryzacji ¿ywicy pod wp³ywem œwiat³a lasera itd. Zainte-

Artur Grochowski

CAM ­ komputerowe

wspomaganie

wytwarzania

Automatyzacja obrabiarek oraz skomplikowane kszta³ty wytwarzanych detali
przyczyni³y siê do powstania i rozwoju systemów CAM. Co w rzeczywistoœci
kryje siê pod tym pojêciem oraz jak wygl¹da praca programów tego typu? Na te
pytania oraz wiele innych postaramy siê odpowiedzieæ w tym artykule.

resowanych tym tematem zachêcam do zapoznania siê
ze wspomnianymi artyku³ami.

Na przyk³adzie metody RP Laser Cladding (CCF nr

7/99) mo¿emy omówiæ metodê hybrydow¹. Po na³o¿e-
niu cienkiej warstwy proszku metalu stopionego wi¹zk¹
lasera (tzw. napawanie; metoda przyrostowa) warstwa
poddawana jest obróbce skrawaniem (metoda ubytko-
wa) w celu wyrównania powierzchni.

Oczywiœcie, metody przyrostowe i hybrydowe stosowa-

ne s¹ na specjalistycznych obrabiarkach sterowanych nu-
merycznie. Do ka¿dej z nich producenci do³¹czaj¹ specja-
listyczne programy CAM. Systemy te s¹ oferowane tylko
z konkretnymi obrabiarkami, w celu usystematyzowania
podzia³u programów CAM nale¿y o nich wspomnieæ.

Metody ubytkowe

Wytwarzanie metod¹ ubytkow¹ polega na zdejmowa-

niu kolejnych warstw materia³u. Najczêœciej myœlimy tu
o skrawaniu za pomoc¹ tokarek, frezarek lub wiertarek,
a tak¿e o coraz czêœciej pojawiaj¹cych siê centrach
obróbczych, ³¹cz¹cych funkcje kilku obrabiarek. Do
metod ubytkowych zaliczymy równie¿ obróbkê elektro-
erozyjn¹ i ciêcie wi¹zk¹ lasera.

Jeœli wymienione obrabiarki sterowane s¹ sygna³em

wysy³anym z komputera, dla ka¿dej pojawi siê kod CNC
(komputerowe sterowanie numeryczne). W przypadku
gdy obrabiarka sterowana jest kodami, mo¿emy zastoso-
waæ systemy CAM zapewniaj¹ce generowanie kodów
oraz przeprowadzenie symulacji procesów skrawania,
zu¿ycia narzêdzia i zoptymalizowanie procesu obróbki
na podstawie geometrii detalu.

Poniewa¿ systemy CAM znajduj¹ siê najwy¿ej

w hierarchii metod sterowania obrabiarkami, proponuje-
my na pocz¹tku przeanalizowaæ budowê obrabiarki oraz
rolê sterowników. Gdy ju¿ poznamy zasadê tworzenia
kodów, przejdziemy do omówienia programów CAM.
Generowanie kodów z wykorzystaniem systemów CAM
wymaga dok³adnego rozumienia kodów, co jest koniecz-

Rys. 1. Metody wytwarzania detalu.

Warsztaty

27

KWIECIEÑ 2001

ne dla weryfikowania kontrowersyjnych linii programu
oraz szybkiego wprowadzania zmian.

Podstawowymi zespo³ami wszystkich obrabiarek s¹:

silniki lub serwonapêdy ­ zapewniaj¹ce ruch wrzeciona
oraz uk³ady pozycjonowania w poszczególnych osiach,
magazyny i g³owice narzêdziowe ­ poruszane przez
uk³ady pneumatyczne i hydrauliczne, czujniki po³o¿enia
i czujników krañcowych, z których czytane s¹ dane o
po³o¿eniu poszczególnych podzespo³ów oraz prêdko-
œciach obrotów poszczególnych uk³adów ruchomych,
pomp zasilaj¹cych uk³ad ch³odzenia itd.

W obrabiarkach konwencjonalnych wiêkszoœæ opera-

cji (wymiana narzêdzia, bazowanie lub najazd narzê-
dziem na materia³) przeprowadza³ cz³owiek. W przypad-
ku CNC maszynê tak programujemy, aby wszystkie
czynnoœci wykonywa³a sama. Ponadto w celu zachowa-
nia bezpieczeñstwa obszar roboczy obrabiarek jest za-
mkniêty, zatem ingerencja cz³owieka podczas obróbki
nie jest mo¿liwa. Jakiekolwiek próby otwarcia komory
roboczej prowadz¹ do zatrzymania pracy maszyny.
Wszystkie zabezpieczenia i inne funkcje urz¹dzenia s¹
kierowane przez okreœlon¹ jednostkê centraln¹ ­ sterow-
nik bêd¹cy integraln¹ czêœci¹ ka¿dej obrabiarki.

Sterowniki

Na rynku œwiatowym mo¿na spotkaæ ofertê wielu

firm produkuj¹cych sterowniki. W Europie wiêkszoœæ
obrabiarek wykorzystuje sterowniki firm Fanuc, Sinu-
merik, Heidenhain. Poszczególni producenci opraco-
wali w³asne jêzyki komunikowania siê ze sterowni-
kiem. Co to oznacza w rzeczywistoœci? Sterownik jest
wyposa¿ony w kompilator zamieniaj¹cy kod na we-
wnêtrzny jêzyk maszyny, mo¿e obs³u¿yæ okreœlon¹
liczbê osi oraz urz¹dzeñ pomiarowych, kontrolnych
itd. Twórca obrabiarki wybiera konkretny sterownik w
zale¿noœci od potrzeb, a nastêpnie ­ dziêki programo-
walnemu PLC ­ dostosowuje go do konkretnej obra-
biarki. U¿ytkownik musi zatem zapoznaæ siê z jêzy-
kiem programowania danego sterownika, a wtedy
mo¿e tworzyæ kody steruj¹ce wykonaniem poszcze-
gólnych detali.

Na pocz¹tku ten sposób pisania programów wystar-

cza³. Kody powstawa³y wiêc w wyniku wpisywania ich „z
rêki”. Pierwsze programy zapisywane by³y na taœmach
perforowanych. Od tamtej pory nast¹pi³o, oczywiœcie,
wiele zmian.

Przedmioty wykonywane na obrabiarkach mia³y co-

raz bardziej skomplikowane kszta³ty, co spowodowa³o,
¿e oprogramowaniu steruj¹cemu prac¹ obrabiarek sta-
wiano coraz trudniejsze zadania. Obecnie jêzyki sterowa-
nia maj¹ ju¿ najczêœciej interfejsy graficzne, co znacznie
u³atwia pracê i minimalizuje ryzyko pope³nienia b³êdu.
Rysunek 3 przedstawia wybrane konsole wyposa¿one w
wyœwietlacz ciek³okrystaliczny wspó³czesnego sterowni-
ka. Niektóre firmy wytwarzaj¹ równie¿ sterowniki w
postaci kart do PC. Najczêœciej s¹ one jednak stosowane
do sterowania obrabiarkami szkoleniowymi i innymi
urz¹dzeniami o ma³ym poborze mocy.

Kody

W zale¿noœci od zainteresowania czytelników t¹ te-

matyk¹, w kolejnych artyku³ach przybli¿ymy funkcje i
mo¿liwoœci poszczególnych jêzyków programowania
wymienionych wczeœniej producentów sterowników.
Dzisiaj odsy³amy zainteresowanych do lektury stron
internetowych Piotra Lecyka (linki znajduj¹ siê na stro-
nie www.procax.prv.pl), na których autor dok³adniej
opisuje kody do sterowników Fanuc oraz Sinumeryk.

Tymczasem zapoznajmy siê ogólnie ze sk³adni¹ ko-

dów dowolnego sterownika. Kody te s¹ prostym sposo-
bem zapisu komend steruj¹cych obrabiark¹, które w
sterowniku zamieniane s¹ na kody maszynowe. Rysunek
2 przedstawia fragment programu, natomiast w tabeli 1
zestawione zosta³y kategorie funkcji jêzyka dla obrabia-
rek firmy Light Machines Corporation.

Przyjrzyjmy siê dwóm liniom:

N10 G90 G01 X12 Z10 F30
N10 G90 G01 X5 Y2 Z10 F19

Co oznaczaj¹ poszczególne ich sk³adniki?

­ N10 ­ kolejny numer bloku; nie jest wymagany

w pracy obrabiarki,

­ G90 ­ komenda okreœlaj¹ca uk³ad wspó³rzêdnych

w celu opisu po³o¿enia narzêdzia,

­ G01 ­ funkcja w³¹czaj¹ca interpolacjê liniow¹,
­ X12 ­ wspó³rzêdna docelowa narzêdzia w osi X,
­ Y2 ­ wspó³rzêdna docelowa narzêdzia w osi Y,
­ Z10 ­ wspó³rzêdna docelowa narzêdzia w osi Z,
­ F19 ­ wartoœæ posuwu roboczego.

Pierwsza linia jest fragmentem programu steruj¹cego

prac¹ tokarki, natomiast druga ­ frezarki pracuj¹cej w
trzech osiach. W obrabiarkach CNC oœ Z ustawiona jest
tak, aby obrabiany element obraca³ siê wokó³ niej. Bêdzie
to zatem oœ wrzeciona. W przypadku obrabiarek, które
nie maj¹ wrzeciona, oœ Z ustawiamy prostopadle do
p³aszczyzny mocowania przedmiotu. W przypadku to-
karki oœ Z jest wiêc osi¹ poziom¹ (rys. 4a i 4c).

Rys. 2. Fragment programu.

Rys. 3. Konsole wybranych

sterowników.

Warsztaty

28

KWIECIEÑ 2001

du³ ekspercki, mo¿emy zatem liczyæ na podpowiedŸ pro-
gramu, jeœli zdefiniujemy narzêdzie i obrabiany materia³.

Grupê instrukcji przygotowawczych dzielimy w

sposób przedstawiony w tabeli 2. Jeszcze raz podkre-
œlam, ¿e artyku³ ten ma charakter wprowadzenia i nie
podajemy tu pe³nej listy funkcji oraz ich opisu. Sygna-
lizujemy jedynie wystêpowanie poszczególnych grup
komend, a temat rozwiniemy, jeœli spotkamy siê z
zainteresowaniem czytelników.

Funkcje G umieszczamy w liniach przed opisem

przemieszczenia narzêdzia. Zawieraj¹ one informacje,
jakiego typu operacje zostan¹ wykonane itd.

Tworzenie kodów z wykorzystaniem cykli pozwala

znacznie skróciæ, a co za tym idzie uproœciæ program.
Dziêki zastosowaniu instrukcji cykli mo¿na zapisaæ wiele
linii w postaci jednej komendy.

Funkcje M (wykonawcze) maj¹ za zadanie sterowaæ

prac¹ obrabiarki podczas wykonywania programu. Aby
unikn¹æ b³êdu, nale¿y je wpisywaæ w oddzielnych liniach.
Zestawienie instrukcji wykonawczych przedstawiono
w tabeli 3.

Systemy CAM

Mam nadziejê, ¿e informacje, które przedstawiliœmy

u³atwi¹ zrozumienie znaczenia systemów CAM. Stano-
wi¹ one „brakuj¹ce ogniwo” miêdzy obrabiark¹ a progra-
mami CAD. Zapewniaj¹ generowanie kodów na podsta-
wie zadanej geometrii obrabianego przedmiotu. Nie
musimy wprowadzaæ poszczególnych linii kodu, wystar-
czy okreœliæ zarys, po którym ma siê przemieszczaæ
wybrane narzêdzie, dobraæ parametry obróbki i pozwoliæ
programowi wygenerowaæ kody. Najczêœciej mo¿liwa
jest symulacja procesu obróbki, a w przypadku wykrycia
b³êdu ­ korekta pierwotnego programu. Algorytm pracy
systemu CAM przedstawia rysunek 5.

Nak³adem wydawnictwa Mikom w 1999 roku ukaza-

³a siê ksi¹¿ka Miros³awa Miecielicy i Grzegorza Kaszkie-
la „Komputerowe wspomaganie wytwarzania CAM”
(ISBN 83-7158-159-9). Gor¹co polecamy zapoznanie siê
z t¹ pozycj¹. Czytelnik znajdzie w niej bardzo dobry
wstêp do programowania tokarki numerycznej na przy-
k³adzie czterech programów: KSPT/Win, GTJ-T, OSN
oraz CNC-Simulator. Informacje o sterowaniu obrabiar-
kami CNC mo¿na znaleŸæ równie¿ w ksi¹¿ce „Podstawy
programowania obrabiarek sterowanych numerycznie”
Bronis³awa Stacha oraz w trzech opracowaniach zespo-
³u MTS: „Podstawy obróbki CNC”, „Podstawy progra-
mowania CNC ­ toczenie”, „Podstawy programowania
CNC ­ frezowanie”.

Oczywiœcie, idea³em jest, by u¿ytkownik systemów

CAM potrafi³ równie¿ kierowaæ obrabiark¹ bezpoœre-
dnio za pomoc¹ sterownika. Z doœwiadczenia wiado-
mo, ¿e proste procesy planowania czo³a czy nawierca-
nia otworów szybciej stworzymy, korzystaj¹c bezpo-
œrednio ze sterownika, a znikoma liczba linii progra-
mów zmniejsza w tych przypadkach mo¿liwoœæ pope³-
nienia b³êdu.

Oœ X jest g³ówn¹ osi¹ w p³aszczyŸnie mocowania

przedmiotu lub narzêdzia. Powinna byæ pozioma i rów-
noleg³a do p³aszczyzny mocowania przedmiotu. Oœ Y
wynika z przyjêtego uk³adu odniesienia.

W przypadku tokarek z narzêdziem, które mo¿e

poruszaæ siê obrotowo oraz obraca wokó³ osi Z, pojawia-
j¹ siê dodatkowe osie:
­ A ­ dla obrotu wokó³ osi X,
­ B ­ dla obrotu wokó³ osi Y,
­ C ­ dla obrotu wokó³ osi Z.

Omawiany jêzyk programowania zbli¿ony jest do

jêzyka sterowników Sinumerik.

W tabeli 1 przedstawione s¹ instrukcje wykorzystywa-

ne przy sterowaniu tokark¹. Dla pocz¹tkuj¹cych ­ posu-
wem nazywamy prêdkoœæ, z jak¹ porusza siê narzêdzie.
Jest on ograniczony mo¿liwoœciami obrabiarki (mechani-
ka) oraz doborem parametrów obróbki (technologia).
Systemy CAM s¹ obecnie najczêœciej wyposa¿one w mo-

Tab. 1. Podzia³ funkcji jêzyka stosowanego do komunikacji z obrabiar-

kami firmy Light Machines Corporation.

a) dla tokarki

Rys. 4. Uk³ad osi w obrabiar-

kach CNC

b) dla frezarki

c) dla dowolnej obrabiarki

Komenda

Funkcja

%

Przyrostowy opis wspó³rzêdnych œrodka okrêgu

$

Absolutny opis wspó³rzêdnych œrodka okrêgu

\

Skok

/

Skok opcjonalny

F

Wartoœci posuwu w milimetrach na minutê; ³¹cznie
z funkcj¹ G04 opisuje czas trwania pauzy

G

Instrukcja przygotowawcze

H

Wybór wejœcia dla urz¹dzeñ peryferyjnych

I

Wspó³rzêdne œrodka okrêgu na kierunku osi X
(tylko dla interpolacji ko³owej)

K

Wspó³rzêdne œrodka okrêgu na kierunku osi Z
(tylko dla interpolacji ko³owej)

L

Licznik pêtli

M

Instrukcje maszynowe

N

Numer kolejny bloku

O

Numer bloku startowego podprogramu

P

Numer programu odniesienia

Q

G³êbokoœæ warstwy skrawanej; g³êbokoœæ
pojedynczego skoku zag³êbienia wiert³a podczas
wiercenia

R

Promieñ okrêgu w interpolacji ko³owej

S

Prêdkoœæ obrotowa wrzeciona w obrotach na
minutê

T

Wybór narzêdzia

U

Przemieszczenie narzêdzia przyrostowo w osi Z

W

Przemieszczenie narzêdzia przyrostowo w osi Z

X

Wspó³rzêdne przemieszczenia narzêdzia w osi X

Z

Wspó³rzêdne przemieszczenia narzêdzia w osi Z

;

Wstawienie komentarza s³ownego po bloku
programu

Warsztaty

29

KWIECIEÑ 2001

Komenda Funkcja

Grupa instrukcji interpolacji

G00

Przemieszczenie z posuwem szybkim

G01

Interpolacja liniowa z zadanym posuwem roboczym

G02

Interpolacja ko³owa w kierunku zgodnym z ruchem
wskazówek zegara z zadanym posuwem

G03

Interpolacja ko³owa w kierunku przeciwnym do
ruchu wskazówek zegara z zadanym posuwem

Grupa instrukcji jednostek miar

G70

Zmiana jednostek miar na cale

G71

Zmiana jednostek miar na milimetry

Grupa instrukcji czasu oczekiwañ

G04

Zatrzymanie wszystkich przemieszczeñ na czas
opisany po komendzie F (po up³ywie tego czasu
nastêpuje wykonanie dalszego ci¹gu programu)

G05

Zatrzymanie wszystkich ruchów do momentu
ponownego uruchomienia programu przez
operatora

Grupa instrukcji pracy w cyklach

G32

Cykl nacinania gwintu

G72

Cykl toczenia zarysu ³uku w kierunku zgodnym z
ruchem wskazówek zegara

G73

Cykl toczenia zarysu ³uku w kierunku przeciwnym
do ruchu wskazówek zegara

G77

Cykl toczenia powierzchni cylindrycznych

G79

Cykl toczenia powierzchni czo³owych

G80

Cykl kasowanie cyklu

G81

Cykl wiercenia

G83

Cykl wiercenia stopniowego

Grupa instrukcji trybu programowania

G90

Programowanie absolutne

G91

Programowanie przyrostowe

Grupa instrukcji ustalenia pozycji

G28

Ustawienie punktu odniesienia

G29

Powrót do punktu odniesienia

G92

Wstêpne wyznaczenie pozycji

G98

Szybkie posuwy do po³o¿enia wyjœciowego po
wykonaniu cyklu

G99

Szybkie przemieszczenie do punktu R (mo¿e to byæ
powierzchnia materia³u lub inny punkt
referencyjny) po zakoñczeniu cyklu

Komenda Funkcja

M00

Umieszczenie pauzy w programie

M01

Stop opcjonalny

M02

Koniec programu

M03

W³¹czenie wrzeciona

M05

Wy³¹czenie wrzeciona

M06

Wymiana narzêdzia (wy³¹czenie wszystkich
czynnoœci)

M20

Po³¹czenie z nastêpnym programem (umo¿liwia
zagnie¿d¿enie do 20 programów)

M30

Stop programu

M38

Silniki napêdów w gotowoœci

M47

Start ponowny uruchomionego programu

M98

Wywo³anie podprogramu

M99

Wyjœcie z podprogramu, powrót do miejsca wyjœcia
i realizacja nastêpnych bloków programu

M105

Wyœwietlanie wiadomoœci na ekranie komputera

Systemy CAx jedynie pomagaj¹ in¿ynierowi w pracy.

Jego wiedza jest niezast¹piona. W przypadku systemów
CAM niemo¿liwe jest poprawne wykonanie detali, nawet
przy u¿yciu najlepszych systemów, jeœli zabraknie pod-
stawowej wiedzy i praktycznych umiejêtnoœci technicz-
nych.

W praktyce ³atwoœæ generowania kodów, jak¹ zapew-

niaj¹ systemy CAM, zauwa¿amy dopiero w przypadku
obróbki skomplikowanych kszta³tów lub powierzchni na
frezarkach 3-osiowych. Oczywiœcie, dla ³atwiejszego wy-
jaœnienia tematu kilka pierwszych lekcji naszego „kursu”
przeprowadzimy na przyk³adzie kodów na tokarki.

Jakie mo¿liwoœci daje nam zastosowanie systemu

CAM? Po pierwsze, program sam generuje kody na
podstawie profilu. Najlepiej, gdy profil wprowadzamy,
wgrywaj¹c rysunek z systemu CAD.

Po drugie, programy CAM zawieraj¹ modu³y eksperc-

kie, które u³atwiaj¹ dobór poszczególnych parametrów
obróbki. Umo¿liwiaj¹ przeprowadzenie symulacji obrób-
ki jeszcze przed wys³aniem programu na obrabiarkê.

Generuj¹ kody bez koniecznoœci zatrzymywania

obrabiarki, dziêki czemu skraca siê czas przestoju obra-
biarek i obni¿a koszt produkcji.

W kolejnych artyku³ach postaramy siê wspólnie stwo-

rzyæ kilka kodów na obrabiarki CNC, zarówno z zastoso-
waniem samego sterownika, jak równie¿ z pomoc¹ syste-
mów CAM. Zainteresowanych t¹ tematyk¹ zapraszamy
do lektury artyku³u Krzysztofa Augustyna „EdgeCAM ­
MOLD&DIE”, z którego dowiemy siê, jakie mo¿liwoœci
ma znany program CAM.

Tab. 2. Podzia³ instrukcji przygotowawczych.

Tab. 3. Zestawienie instrukcji wykonawczych.

Rys. 5. Algorytm pracy w systemie CAM ­ przyk³ad dla programu GTJ-T.