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