15_Dr¹¿arka_programowanie

Politechnika Poznańska

Instytut Technologii Mechanicznej

Laboratorium

Obrabiarki CNC

Nr 15

Programowanie elektrodrąŜarki drutowej

Opracował:
Dr inŜ. Wojciech Ptaszyński

Poznań, 2008-11-12

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z obróbka elektroerozyjną oraz programowaniem

obróbki na przykładzie elektrodrąŜarki drutowej ROBOFIL 240SLP firmy Agie Charmilles.

2.

Obróbka elektroerozyjna

2.1. Podstawy fizyczne

W obróbce elektroerozyjnej usuwanie materiału z części obrabianej następuje w wyniku

erozji  elektrycznej  zachodzącej  w  czasie  wyładowań  elektrycznych  pomiędzy  elektrodami
zanurzonymi  w  dielektryku  płynnym.  Jedna  z  elektrod  jest  materiał  obrabiany,  a  drugą  –
erodą,  nazywana  teŜ  elektrodą  roboczą.  Obróbce  elektroerozyjnej  podlegają  materiały,
których  elektryczna  przewodność  właściwa  jest  większa  od  10

-2

S/cm tj. wszystkie metale i

ich stopy oraz duŜa grupa materiałów niemetalowych i kompozytowych z ceramicznymi
włącznie.

Obecnie moŜna wyróŜnić dwie główne odmiany obróbki elektroerozyjnej, a mianowicie:

drąŜenie wgłębne EDM (Electrical Discharge Machining) i wycinanie drutem WEDM (Wire
Electrical Discharge Machining). Odmiany te róŜnią się postacią elektrod i ich kinematyką,
zakresem zastosowań oraz warunkami obróbki.

Przebieg wyładowania elektrycznego miedzy elektrodami zanurzonymi w dielektryku

płynnym przedstawiony jest w uproszczeniu na rys. 1. Po przyłoŜeniu napięcia do elektrod w
szczelinie między elektrodami powstaje niejednorodne i zmienne w czasie pole elektryczne o
znacznym natęŜeniu (10

– 10

V/cm). Napięcie to zaleŜy od odległości między drutem i

przedmiotem obrabianym, elektrycznych właściwości izolacyjnych dielektryka, stopnia
zanieczyszczenia szczeliny (rys. 1a).

a)

Rys. 1. Fizyczne zasady obróbki elektroerozyjnej

Na początku procesu wprowadzane jest silne pole elektryczne i, w punkcie gdzie

odległość  między  elektrodą  a  przedmiotem  jest  najkrótsza,  wytwarza  ono  największa
koncentrację  jonów  dodatnich  i  ujemnych  (rys.  1b).  Pod  działaniem  tego  pola  elektrony  i
wolne  jony  dodatnie  sa  przyspieszane  do  wysokich  prędkości  i  bardzo  szybko  tworzy
zjonizowany kanał, który przewodzi elektryczność (rys. 1c). Na tym etapie moŜe płynąc prąd
i powstaje między elektrodami, powodując nieskończona ilość zderzeń między cząsteczkami.

Jednocześnie  powstaje  pęcherzyk  gazu wskutek  parowania materiału elektrod i  dielektryka  i
jego  ciśnienie  roŜnie,  aŜ  osiąga  bardzo  wysoka  wartość.  Tworzy  się  obszar  plazmy,  który
bardzo  szybko  osiąga  bardzo  wysokie  temperatury,  w  zakresie  8000  do  12000  °C,  i
temperatura  ta  rośnie  pod  wpływem  ciągle  narastającej  ilości  zderzeń,  powodując  chwilowe
lokalne  stopienie  pewnej  ilości  materiału  na  powierzchni  obu  elektrod  (rys  1d).  Gdy  prąd
zostanie odcięty, nagłe zmniejszenie temperatury powoduje implozję pęcherzyka , w wyniku
czego powstają siły dynamiczne, które powodują wyrzucenie stopionego materiału z krateru
(rys.  1e).  Zerodowany  materiał  ulega  ponownemu  skrzepnięciu  w  dielektryku  w  postaci
małych  kulek,  które  jako  zanieczyszczenie  są  usuwane  przez  przepływający  dielektryk
(rys. 1f).

Erozja na elektrodzie i przedmiocie obrabianym jest asymetryczna i zaleŜy głównie od

biegunowości,  przewodności  cieplnej,  temperatury  topnienia  materiałów,  czasu  trwania  i
intensywności  wyładowań  oraz  od  prędkości  przesuwu  drutu.  Ta  erozja  jest  nazywana
zuŜyciem,  gdy  ma  miejsce  na  drucie,  natomiast,  gdy  ma  ona  miejsce  na  przedmiocie
obrabianym wtedy jest nazywana usuwaniem materiału.

2.2. Wycinanie elektroerozyjne

Wycinanie elektroerozyjne (WEDM) jest odmianą obróbki elektroerozyjnej, w której

elektroda jest drut o średnicy 0.02 – 0.5 mm z mosiądzu, miedzi, wolframu, molibdenu lub
drutu z pokryciem, np. mosiądz ocynkowany. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole a
drut przesuwany jest przez układy napędowe sterowane numerycznie. Ze względu na zuŜycie
elektroerozyjne drutu jest on przewijany ze szpuli do pojemnika z prędkością 0.5 – 20 m/min.
W celu zapewnienia duŜej dokładności cięcia drut jest napinany siła 5-20N.

Nadając drutowi złoŜone ruchy moŜliwe jest wycinanie bardzo skomplikowanych

kształtów.

Do podstawowych cech WEDM naleŜą:
- uniwersalność elektrod – drut o stałej grubości,
- eliminacja konieczności uwzględniania zuŜycia elektrody roboczej przy projektowaniu

procesu obróbkowego,

- moŜliwość wykonywania skomplikowanych kształtów o bardzo małych wymiarach,
- wysoka elastyczność obróbki,
- wysoka dokładność obróbki oraz wysoka gładkość powierzchni (Ra2,5),
- niewielkie zmiany warstwy wierzchniej (do 0,02mm),
- moŜliwość cięcia bardzo twardych materiałów.
Jak juŜ wspomniano w drąŜarkach drutowych jedną z elektrod jest przedmiot obrabiany

natomiast druga elektrodą jest przesuwający się drut, który jest utrzymywany pomiędzy
dwoma prowadnikami zamocowanymi w głowicach górnej i dolnej (rys. 2).

W czasie pracy odległość pomiędzy górną i dolna głowica jest stała. Natomiast dzięki

osobnym napędom głowica górna i dolna mogą poruszać się niezaleŜnie, co umoŜliwia
wykonywanie obróbki z pochylonym drutem.

Aby zapewnić duŜą dokładność obróbki zuŜycie drutu jest kompensowane przez

odwijanie go ze szpuli.

Obecnie w elektrodrąŜarkach drutowych jako dielektryk najczęściej stosowana jest woda

zdejonizowana.

Na proces wycinania elektroerozyjnego maja wpływ następujące parametry:
- prędkość ruchu prowadnic (drutu),
- szybkość przesuwania drutu,
- biegunowość i wartość napięcia między drutem i przedmiotem obrabianym,
- przepływ dielektryka.

Rys. 2. Budowa elektrodrąŜarki drutowej

2.3. Układ kinematyczny elektrodrąŜarki drutowej

ElektrodrąŜarka drutowa jest obrabiarką sterowana w 5 osiach. Cztery osie

odpowiedzialne są za ruch drutu (2 osi X, Y – głowica dolna, 2 osi U, V – głowica górna) a
piąta oś odpowiedzialna jest za pionowe ustawienie głowicy górnej – odległość głowicy
górnej od przedmiotu (oś Z).

Rys. 3. Układ osi drąŜarki drutowej

MoŜna wyróŜnić dwa typy ruchów wycinania:

Płyta podawania
drutu

Głowica górna

Głowica dolna

Przedmiot

obrabiany

Silniki

serwonapędowe

- obróbka cylindryczna, gdy drut pozostaje w połoŜeniu pionowym przez cały czas

obróbki ścieŜki (osie X i U oraz Y i V pracują synchronicznie),

- obróbka stoŜków, gdy drut jest pochylony w czasie przesuwu. Pochylenie drutu

uzyskuje się przez przesuwanie górnej głowicy względem dolnej za pomocą adresów
U i V.

Rys. 4. Przykłady przedmiotów wykonanych na ektrodrąŜarce drutowej

Programowanie elektrodrąŜarki

3.1. Podstawowe adresy

Zapis programu obróbki elektrodrąŜarki ROBOFIL jest bardzo podobny do standardu

Fanuc. Tabela 1 przedstawia podstawowe adresy danych, a w tabeli 2 podstawowe adresy
współrzędnych. W tabeli 3 zawarto podstawowe adresy funkcji przygotowawczych (G) a w
tabeli 4 funkcji maszynowych.

Tabela 1. Podstawowe adresy danych w programie ISO

Adres

Funkcja

Numer programu

Numer bloku programu

Funkcje maszynowe

X, P

Długość przerwy czasowej

Numer podprogramu

Liczba powtórzeń podprogramu

Oznaczenie ustawień

Numer offsetu narzędzia

Kąt obrotu układu współrzędnych

Współczynnik skali

Kąt pochylenia drutu

Tabela 2. Podstawowe adresy współrzędnych w programie ISO

Adres

Wymiar

X, Y

Współrzędne dolnej głowicy

I, J

Współrzędne środka okręgu dla ruchu dolnej głowicy

Promień zaokrąglenia krawędzi

U, V

Współrzędne połoŜenia górnej głowicy

Współrzędna Z górnej głowicy

K, L

Współrzędne środka okręgu dla ruchu górnej głowicy

Promień zaokrąglenia krawędzi na górnej płaszczyźnie

Wysokość górnej płaszczyzny ruchu

PołoŜenie głównej płaszczyzny ruchu

Posuw (raczej naleŜy pomijać, wówczas dobierany jest automatycznie).

Zasadniczymi róŜnicami od ogólnie przyjętego zapisu programu wg ISO są:

- ruch szybki G0 jest wykonywany jako sterowanie punktowe a nie jako interpolacja

liniowa,

- ruch po linii łukowej moŜe być programowany tylko z parametrami I i J (znany środek

okręgu,

- moŜliwe jest wprowadzanie zaokrąglenia pomiędzy dwoma sąsiednimi blokami

programu poprzez podanie wartości promienia tego zaokrąglenia w adresie R w
pierwszym z tych bloków,

- wartości współrzędnych wprowadzane w milimetrach muszą być wprowadzane z kropką

(np. 10.0), poniewaŜ w innym wypadku (bez kropki) wartość ta będzie traktowana jako
wartość w

Tabela 3. Podstawowe kody G w programowaniu drąŜarki

Nr funkcji

Opis funkcji

G00

Ruch szybki, (sterowanie punktowe)

G01

Interpolacja liniowa

G02

Interpolacja kołowa zgodnie z ruchem wskazówek zegara, zapis tylko z parametrami I
i J (łuk o znanym środku)

G03

Interpolacja kołowa przeciwnie do ruchu wskazówek zegara,

G40

Wyłączenie kompensacji promienia narzędzia (drutu)

G41

Kompensacja lewostronna promienia narzędzia

G42

Kompensacja prawostronna promienia narzędzia

G50

Wyłączenie pochylenia drutu

G51

Pochylenie drutu w lewo (patrząc w kierunku ruchu), Kąt pochylenia drutu
wprowadza się w adresie T np. 5.0 – pochylenie drutu 5º

G52

Pochylenie drutu w prawo

G90

Wymiarowanie absolutne (domyślnie)

G91

Wymiarowanie przyrostowo

G92

Definicja układu współrzędnych przedmiotu

G93

Definicja lokalnego układu współrzędnych

Tabela 4. Podstawowe kody maszynowe (M)

Nr funkcji

Opis funkcji

M00

Stop programu

M02, M30

Koniec programu lub podprogramu

M50

Ucięcie drutu

M60

Nawlekanie drutu

M98

Wywołanie podprogramu

M99

Koniec podprogramu

3.2. Definicja układu współrzędnych przedmiotu

Jedną z pierwszych czynności która musimy wykonać przed programowaniem ruchów

wycinania jest przyjęcie początku układu współrzędnych przedmiotu oraz początku startu

wycinania. Początek startu wycinania musi być określony poza pełnym materiałem, tzn. poza
materiałem lub w specjalnie do tego celu wykonanym otworze.

Funkcja definicji układu współrzędnych (G92) definiuje początek układu współrzędnych

przedmiotu w odniesieniu do punktu startowego wycinania, punktu startu programu (rys. 5).

Przykład
G92 X60. Y40.

Rys. 5. Przykład stosowania funkcji definicji układu współrzędnych przedmiotu

Dodatkowo, przy pomocy tej funkcji, moŜna określić połoŜenie płaszczyzny

programowania oraz połoŜenie dodatkowej płaszczyzny przedmiotu.

PołoŜenie płaszczyzny programowania jest istotne w przypadku programowania ruchu z

pochylonym  drutem  o  zadany  kąt, natomiast  określenie dodatkowej płaszczyzny przedmiotu
jest  konieczne  przy  programowaniu  wcinania  z  pochylonym  drutem  z  niezaleŜnym  ruchem
głowicy  dolnej  i  górnej.  Płaszczyzna  programowania  jest  to  płaszczyzna,  po  której
przemieszcza  się  drut  programowany  adresami  X  i  Y,  natomiast  płaszczyzna  górna
(dodatkowa) jest to płaszczyzna po której przemieszcza się drut programowany adresami U i
V.  W  przypadku  programowania  obróbki  cylindrycznej  (z  pionowym  drutem)  w  programie
wystarczą tylko adresy X i Y.

Przykład
G92 X60. Y40. J5. I10.

Rys. 6. Przykład stosowania funkcji G92 do definicji płaszczyzny programowania

3.3. Programowanie wycinania z pochylonym drutem

3.3.1.

Programowanie wycinania z programowaniem niezaleŜnego ruchu głowicy
dolnej i górnej

Programowanie wycinania z programowaniem niezaleŜnego ruchu głowicy dolnej i

górnej jest wykorzystywane w sytuacji gdy zarysy górny i dolny przedmiotu są róŜne (rys. 7).
Współrzędne ścieŜki drutu na płaszczyźnie programowania podaje się w adresach X i Y.
Współrzędne te mogą być podawane jako absolutne (G90) lub inkrementalne (G91).

Punkt startu
wycinania

Płaszczyzna programowania

Przykład 1

O0001
G92 X-30.0 Y0 J0 I50.0
G41 G01 X-20.0 U7.5
G02 X-20.0 Y0. U7.5 V0 I20.0 K10.
G40 G01 X-30 U0
M02

Przykład 1

O0001
G92 X-30.0 Y0 J0 I50.0
G91
G41 G01 X10.0 U7.5
G02 X0 Y0 U7.5 V0 I20.0 K10.
G40 G01 X-10 U0
M02

Rys. 7. Przykład stosowania funkcji G92 do definicji płaszczyzny programowania

cieŜka narzędzia na dodatkowej płaszczyźnie programowana jest za pomocą adresów U

i V. W adresach tych podaje się odległość pomiędzy punktem końcowym na płaszczyźnie
programowania a punktem końcowym danego ruchu na płaszczyźnie dodatkowej, niezaleŜnie
od sposobu wymiarowania (G90/G91).

3.3.2. Programowanie wycinania z drutem pochylonym o zadany kąt

Funkcja pochylenia drutu jest wykorzystywana w przypadku wycinania zarysów z

płaszczyznami  pochylonymi  o  stały  kąt  (np.  wycinanie  wykrojników).  W  przypadku
wykorzystywania  tej  funkcji  wycinany  zarys  musi  być  zdefiniowany  na  określonej
płaszczyźnie  (płaszczyźnie  programowania)  oraz  muszą  być  określone  kąty  pochylenia
płaszczyzn.

Do programowania pochylenia drutu dostępne są następujące funkcje:

G50: wyłączenie pochylenia drutu,
G51: pochylenie drutu w lewo,
G52: pochylenie drutu w prawo.

Włączanie i wyłączanie pochylenia drutu moŜe następować w czasie ruchu posuwowego

oraz  w  czasie  jego  zatrzymania.  W  przypadku  gdy  pochylenie  wykonywanie  jest  w  czasie
zatrzymania ruchu,  górna oraz dolna głowica przesuwane są tak aby uzyskać wymagany kat
pochylenia  drutu  a  połoŜenie  drutu  na  płaszczyźnie  programowania  nie  ulega  zmianie.
Natomiast w przypadku pochylania drutu w czasie ruchu, górna i dolna głowica przesuwane
są  systematycznie  w  czasie  ruchu,  a  pełne  pochylenie  uzyskiwane  jest  na  końcu  ruchu
(rys. 8).

Kąt pochylenia drutu podawany jest w adresie T w stopniach kątowych.

Przykład

G52 T5.
G01 X10.
G01 X20. T10.

Górna
płaszczyzna
ruchu

Górna (dodatkowa) płaszczyzna

Dolna płaszczyzna (programowania)

G01 X30.

Rys.8. Przykład stosowania funkcji pochylenia drutu

Edycja programu

Programy obróbki mogą być przygotowywane w zewnętrznych systemach CAM i

przenoszone do sterowania z wykorzystaniem sieci komputerowej lub poprzez łącze USB.

Programy obróbki mogą być równieŜ przygotowane bezpośrednio w układzie sterującym

elektrodrąŜarki. Przygotowanie programu odbywa się w trybie Preparation (Prep)
wybieranym na ekranie dotykowym w górnym prawym rogu ekranu.

Rys. 9. Widok ekranu układu sterującego w trybie Preparation

Kąt drutu 5°

Dolna
płaszczyzna ruchu

Płaszczyzna
programowania

Po wybraniu tej opcji dostępne są następujące funkcje wybierane poprzez klawisze

programowe w dolnej części ekranu:

- Edytor – przejście do edycji programu - w tej opcji moŜna edytować istniejący program

lub utworzyć nowy,

- CT Export – w tej opcji moŜna dodać do utworzonego programu odpowiednią

technologię obróbki – parametry generatora,

- Widok graficzny – w tej opcji moŜna przeprowadzić symulacje graficzną programu,
- Pliki – w tej opcji moŜna wykonywać operacje na plikach takie jak kopiowanie

usuwanie itp.,

- Edycja tabel – w tej opcji moŜna edytować tabele technologiczne.

Do pisanie programów wykorzystywany jest edytor podobny do Notatnika znanego ze

systemu Windows dlatego teŜ nie zostanie tutaj omówiony.

Program wycinania powinien zawierać poprawną ścieŜkę drutu zaprogramowaną za

pomocą kodów G. Przy czym moŜna pominąć adresy opisujące technologię (F, S), które to
mogą zostać dodane w specjalnej opcji CT Expert.

KaŜdy program musi rozpoczynać się nazwą programu w postaci:

O9999

gdzie

– litera „O” – oznacza adres nazwy programu,
– 9999 – oznacza numer programu (od 1 do 9999).

Program musi być zakończony adresem końca programu (M02 lub M30) oraz znakiem

„%”.

W planowania obróbki z wieloma przejściami (np. obróbka zgrubna, średnio dokładna i

dokładna)  moŜna  zaprogramować  ruch  drutu  w  jednym  przejściu  ale  współrzędne  końca
programu  muszą  pokrywać  się  ze    współrzędnymi  początku  programu.  W  opcji  CT  Export,
dodając  technologie  moŜna  utworzyć  specjalny  program  wywołujący  technologie  oraz
poszczególne przejścia drutu.

W programie moŜna wykorzystać funkcje kompensacji promienia narzędzia (drutu) G40,

G41 i G42.

5. Wykonanie ćwiczenia

wiczenie polega na opracowaniu programu obróbki (wycinania drutowego) wskazanego

przez prowadzącego ćwiczenia przedmiotu.

W ramach ćwiczenia naleŜy wykonać następujące czynności:

1. Czynności przygotowawcze

przyjąć i wrysować połoŜenie podstawowego układu współrzędnych przedmiotu,

przyjąć punkt startu programu (ruchu drutu),

utworzyć nowy program,

napisać program zawierający ścieŜkę narzędzia,

przeprowadzić symulację graficzna w celu sprawdzenia programu.

5. Przygotowanie do ćwiczeń

Przed przystąpieniem do ćwiczenia niezbędna jest znajomość:
- podstawowa wiedza z zakresu elektrodrązenia (instrukcja),
- podstawy programowania ruchów narzędzia przy pomocy kodów G i M (instrukcja oraz

instrukcje do ćwiczeń z przedmiotu Programowanie obrabiarek CNC),

- znajomość układów współrzędnych obrabiarek.

6. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:

datę ćwiczenia nr grupy i podgrupy,

nazwiska osób biorących udział w ćwiczeniu,

rysunek przedmiot z zaznaczonym układem współrzędnych,

wydruk programu,

wnioski.

7. Literatura

1. Praca zbiorowa, Obróbka skrawaniem, ścierna i elektroerozyjna. Laboratorium. Wyd.

Politechnika Warszawska 2007.

2. Instrukcje z do ćwiczeń z przedmiotu „Programowanie obrabiarek CNC”