Σττουδαστές : Γκολέμας Σταμάτιος Χατζηχρήστου Θεοδόσιος

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ «Η χρήση των εργαλειομηχανών στην βιομηχανία και η ανάλυση ενός λογισμικού τους» Σττουδαστές : Γκολέμας Σταμάτιος Χατζηχρήστου Θεοδόσιος Εττιβλέπων : Καφεντζής Θεόδωρος Καβάλα Σεπτέμβριος 2007

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Εργαλειομηχανές Διάκριση ως προς το βαθμό εξειδικεύσεις... Εργαλειομηχανές γενικής χρησεως... Ειδικές εργαλειομηχανές.... Αυστηρά εξειδικευμένες εργαλειομηχανές... Κατάταξη ως προς το βαθμό αυτοματισμού τους... Ορισμοί Ιστορική αναδρομή αριθμητικού ελέγχου εργαλειομηχανων... Πεδίο χρησιμοποίησης εργαλειομηχανών NC, CNC... Βασικές διαφορές συμβατικών και NC, CNC. εργαλειομηχανων... Η φιλοσοφία λειτουργίας... Η ακρίβεια και η ποιότητα κατασκευής τους... Η στιβαρότητα και η αντοχή τους... Τα υποσυστήματα τους Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ψηφιακής καθοδήγησης... Επαναληψιμότητα της κατεργασίας... Η ελαχιστοποίηση των νεκρών χρόνων Η ευκολία προγραμματισμού της μηχανης... Η σημαντική βελτίωση της ασφάλειας εργασίας... ' ^ Η αύξηση της παραγωγικότητας... Το μεγάλο κόστος αγοράς τους... Εξειδικευμένο προσωπικό ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ (COMPUTER AIDED DESIGN - CAD ) Εισαγωγή Ιστορία των συστημάτων CAD Κριτήρια αξιολόγησης ενός λογισμικού CAD Ταξινόμηση των συστημάτων CAD βάσει του τύπου του υπολογιστή... που χρησιμοποιείται Σχεδιασμός σε ηλεκτρονικό υπολογιστή Τρόπος λειτουργίας των συστημάτων CAD Σχεδίαση σε δύο διαστάσεις... Πλεονεκτήματα τρισδιάστατης γεωμετρικής μοντελοποιησης... Μέθοδοι και τεχνικές μοντελοποίησης... Συρματική αναπαράσταση... Στερεά γεωμετρική μοντελοποίηση... Επιφανειακή γεωμετρική μοντελοποίηση... Μεθοδολογία τρισδιάστατης μοντελοποιησης.... Σύγχρονα Αογισμικα CAD Χαρακτηριστικά συγχρόνων Λογισμικών CAD... Feature Based. Λογισμικά... Παραμετρικός σχεδιασμός... Παροχή ολοκληρωμένων Λύσεων σχεδιασμού

3 4. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ...32 ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ (COMPUTER AIDED MANUFACTURING SYSTEMS - CAM ) Λόγοι για την εξελίξει των CAM συστημάτων Βασικά χαρακτηριστικά συστημάτων CAM Τα βήματα προγραμματισμού CAM Πλεονεκτήματα των συστημάτων CAM...35 Η αλληλεπιδραστική καταχώριση Απεικόνιση με γραφικά :...36 Λιγότεροι υπολογισμοί Αυτόματες συνθήκες κατεργασίας Περιορισμοί των συστημάτων CAM Περιορισμοί που προκύπτουν από τη γεωμετρία του προς κατεργασία...37 αντικειμένου Περιορισμοί ως προς τη δυνατότητα κατεργασίας της εργαλειομηχανής Αποθήκευση προγραμμάτων Οργάνωση των εργαλείων ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEM S-FM S) Εισαγωγή Η ευελιξία ενός συστήματος παραγωγής Μηχανοποίηση και αυτοματισμός Ευέλικτα συστήματα παραγωγής: Δομή και συνιστώσες Μονάδα (Module) Κυψέλη (cell) Σύστημα (System) Ευέλικτες μέθοδοι παραγωγής Ευέλικτες κατεργασίας Έλεγχος κατεργασίας και διόρθωση σφαλμάτων Ευέλικτα συστήματα κατεργασίας Διαδικασία κατεργασίας ΠΡΑΚΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Πρόγραμμα CAM POWER MILL Γνωριμία με το περιβάλλον του λογισμικού POWER MILL Εισαγωγή κομματιού στο POWER MILL Μορφοποίηση Κατεργασμένου κομματιού Δημιουργία εργοχώρου Ορισμός κατεργασιών Δημιουργία Εργαλείων Κατεργασίας Δημιουργία BOUNDARIES (ΟΡΙΑ ΔΙΑΔΡΟΜΩΝ) Δημιουργία διαδρομής κοπτικού Ρύθμιση παραμέτρων διαδρομής κοπτικού Αναγνώριση οπών Δημιουργία κατεργασία πατούρας Δημιουργία NC προγράμματος Κώδικας G για το κομμάτι από το POWER MILL (A φάση) Β ΦΑΣΗ ΚΟΜΜΑΤΙΟΥ Κώδικας G ( Β' φάσης) Συμπέρασμα Βιβλιογραφία...88

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1: Μηχανισμός Αντικυθήρων (εθνικό αρχαιολογικό μουσείο ).. Σχήμα 2: Blaise Pascal Ο ττρώτος μηχανικό υπολογιστής..., Σχήμα 3: Charles Babbage και ο υπολογιστής το υ Σχήμα 5: Σχήμα 6: Σχήμα 7: Σχήμα 8: Σχήμα 9: Διάτρητη κάρτα και τασάκι κατασκευασμένο από την πρώτη ψηφιακά καθοδηγούμενοι εργαλειομηχανη με την βοήθεια A P T Χρήση εργαλειομηχανών CNC σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές, με κριτήριο την ταχύτητα κοπ ής...13 Κατεργασία (φινίρισμα ) σφαιρική επιφάνεια σε PVC με κονδυλοφόρο εργαλείο σφαιρική απόληξης...14 Από το μηχανολογικό σχέδιο σε έτοιμο κομμάτι Οικονομικό όφελος και κέρδος σε χρόνο με χρήση CNC εργαλειομηχανών, για το ίδιο προϊών...18 Πίνακας 1. Πίνακας 2. Πίνακας 3. Εικόνα 1. Εικόνα 2. Εικόνα 5. Εικόνα 3. Εικόνα 4. Σχήμα 1. Σχήμα 2. Σχήμα 3. Κώδικας Μ για εργαλειομηχανές CNC Στοιχεία κατεργασίας και εργαλείων... Κώδικας G για εργαλειομηχανές CNC 20 Βασική αρχιτεκτονική δομή ενός συστήματος CAD...24 Συσκευές εισόδου και εξόδου συστήματος CAD Καταχώρηση δεδομένων Γεωμετρία εργαλείου Είδη εργαλείων για διαφορετικές κατεργασίες...39 Κυψέλη συστήματος FMS για τόρνευση τεμαχίω ν Σύγχρονο μηχανουργείο με σύστημα FMS Αυτοματοποιημένοι γραμμή παραγωγής σε αυτοκινητοβιομηχανία...43 Εικόνα 1. Φορείς αυτόματης αλλαγής κοπτικών εργαλείων τύπου ιμάντα σε κέντρα κατεργασίας φρεζαρίσματος Κέντρα κατεργασίας με δυο ατράκτους κατεργασίες και δυο συστήματα αυτόματης αλλαγής εργαλείων Σχήμα 3. Σχήμα 4. Σχήμα 5. Σχήμα 6. Εικόνα 1. Εικόνα 2. Εικόνα 3. Σύστημα δυο πελατών για φόρτωση και εκφόρτωση τεμαχίων...44 Ευέλικτες νησίδες παραγωγής με σταθμούς πέντε και δώδεκα πελατών φόρτωσης τεμαχίων σε κέντρα κατεργασίας DNC Σύστημα...46 Μερικά συστήματα ποιοτικού έλεγχου, Μερικοί αισθητήρες μετρήσεις φθοράς των εργαλείων. Ένα σύστημα προσαρμοστικού έλεγχου για την προστασία του κοπτικού από υπέρμετρη φόρτιση (θραύση)...47 Μηχανουργικό σχέδιο κομματιού για μηχανουργική κατεργασία Στερεά μορφή κομματιού μετά την κατεργασία Στερεά μορφή κομματιού πριν την κατεργασία... 51

5 Εικόνα 4. Εικόνα 5. Εικόνα 6. Εικόνα 7. Εικόνα 8. Εικόνα 9. Εικόνα 1. Εικόνα 1. Εικόνα 2. Εικόνα 3. Εικόνα 4. Εικόνα 5. Εικόνα 6. Εικόνα 7. Εικόνα 8. Εικόνα 9. Εικόνα 10. Εικόνα 11. Εικόνα 12. Εικόνα 13. Εικόνα 14. Εικόνα 15. Εικόνα 16. Εικόνα 17. Εικόνα 18. Εικόνα 19. Εικόνα 20. Εικόνα 21. Εικόνα 22. Εικόνα 23. Εικόνα 24. Εικόνα 26. Εικόνα 27. Εικόνα 28. Εικόνα 29. Εικόνα 30. Εικόνα 31. Εικόνα 32. Εικόνα 1: Δέσιμο κομματιού A Φάση...51 Δέσιμο κομματιού Β Φ άση Γωνιακό στήριγμα για να ττατήσει το κομμάτι...52 Τιράντα συγκρατήσεις κομματιού πάνω στο γωνιακό στήριγμα Περικόχλιο σύσφιξης...53 Ντίζα συγκρατήσεις κομματιού πάνω στο τραπέζι της εργαλειομηχανής.. 53 Περιβάλλον POWER MILL...54 Εισαγωγή αρχείου για κατεργασία...57 Επιλογή κατηγόριας ακατέργαστου από επιλογές προγράμματος...57 Επιλογή ακατέργαστου από αρχείο...58 Ανοιγμα αρχείου προς κατεργασία απο α ρχείο Μορφή κομματιού μετά την εισαγωγή του στο πρόγραμμα...59 Διαδικασία περιστροφής ή μετακινήσεις κομματιού...59 Δημιουργία εργοχώρου για την έναρξη της κατεργασίας...60 A Φάση κατεργασίας... Β Φάση κατεργασίας... Περιγραφή δημιουργίας κοπτικού εργαλείου Δημιουργία BOUNDARIES Δημιουργία BOUNDARIES με χρήση επιλεγμενης επιφάνειας Παράθυρο επιλογής τύπου κατεργασίες Υποκαρτέλα παραμέτρων κατεργασίας Καρτέλα ρυθμίσεων κατεργασίας...64 Δημιουργία Κεντραδόρο MINI MASTER Οψη μοντέλου για επιλογή οπών...66 Καρτέλα αναγνωρίσεις οπ ώ ν... Καρτέλα επιλογής τρυπήματος για εργαλείο MINI MASTER Καρτέλα επιλογής ρυθμίσεων τρυπήματος... Καρτέλα αναγνωρισμένων οπών μοντέλου...68 Καρτέλα ρυθμίσεων τρυπήματος...68 Καρτέλα δημιουργίας εργαλείου (Τρυπάνι)... Καρτέλα επιλογής κατεργασία τρυπήματος (τρυπάνι)...70 Καρτέλα επιλογής διαμέτρου οπ ώ ν Επιλογή δημιουργία BOUNDARIES για διάνοιξη οπών A φ άσης...72 Δημιουργία BOUNDARIES για την δημιουργία πατούρας A φάση...72 Εισαγωγή OFFSET...73 Καρτέλα κατεργασίας πατούρας Καρτέλα δημιουργίας NC προγράμματος... Καρτέλα επεξεργασίας NC προγράμματος... Δέσιμο β φάσης

6 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ 1. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Από τους προϊστορικούς χρόνους ο άνθρωπος χρησιμοποίησε τη μυϊκή του δύναμη για την εξασφάλιση της τροφής του και την κατασκευή των πρώτων εργαλείων και όπλων του. Με την πάροδο του χρόνου, οι απαιτήσεις από τα προϊόντα της εργασίας του έγιναν μεγαλύτερες με αποτέλεσμα την παραγωγή διαρκώς πολυπλοκότερων αντικειμένων. Έτσι τα εργαλεία του έγιναν πιο σύνθετα και η επιδεξιότητα του αυξήθηκε. Συγχρόνως ανακάλυψε και χρησιμοποίησε νέα υλικά με καλύτερες ιδιότητες, η κατεργασία των οποίων απαιτούσε νέα εργαλεία ή βελτίωση των παλαιών. Στη φάση αυτή της πρωτόγονης παραγωγής, η ανθρώπινη δύναμη και επιδεξιότητα αποτελεί το βασικό παράγοντα που καθορίζει την ποιότητα των προϊόντων. Για τη μείωση του σωματικού κόπου του χρησιμοποίησε διάφορες μηχανικές διατάξεις οι οποίες μετασχηματίζουν ή πολλαπλασιάζουν τη μυϊκή του δύναμη ή τη δύναμη των κατοικίδιων ζώων του. Η περιορισμένη αυτή ισχύς δεν του επέτρεψε να παραμορφώσει ή να κόψει αποτελεσματικά μέταλλα με απστέλεσμα να είναι σε θέση να τα μορφοποιήσει μόνο με τη μέθοδο της χύτευσης ή της σφυρηλάτησης. Οι μέθοδοι αυτές παρουσιάζουν μικρή ακρίβεια και παραγωγικότητα, και η ποιότητα των τελικών προϊόντων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιδεξιότητα του τεχνίτη. Με τη χρησιμοποίηση των ατμομηχανών, των μηχανών εσωτερικής καύσης και τελικά των ηλεκτρικών κινητήρων, η διαθέσιμη ισχύς του ανθρώπου αυξήθηκε σημαντικά και επέτρεψε την ανάπτυξη νέων μεθόδων κατεργασίας και διαμόρφωσης μετάλλων με μεγάλη παραγωγικότητα. Συγχρόνως, έγιναν μεγάλες πρόοδοι στη μεταλλουργία που έθεσαν στη διάθεση του ανθρώπου νέα υλικά με σημαντικά καλύτερες ιδιότητες. Η μηχανοποίηση της παραγωγής επέτρεψε την αύξηση της παραγωγής, τη μείωση του κόστους, τη βελτίωση της ακρίβειας κατασκευής και τη χρησιμοποίηση νέων υλικών. Επίσης, ο ρόλσς της ανθρώπινης δύναμης εκμηδενίστηκε και μειώθηκε σημαντικά η σημασία της ανθρώπινης επιδεξιότητας στην παραγωγή. Στη δεκαετία εμφανίστηκαν οι αναλογικοί και στη συνεχεία οι ψηφιακοί υπολογιστές. Τα εργαλεία αυτά έχοντας την ικανότητα να μετρούν μεταβλητές και να εκτελούν ταχύτατα υπολογισμούς, έδωσαν τεράστια ώθηση στον αυτόματο έλεγχο Σήμερα οι ψηφιακοί υπολογιστές έχουν ολοκληρωτικά επικρατήσει των αναλογικών. Εκατομμύρια απ αυτούς είναι εγκατεστημένοι στη βιομηχανία όπου ελέγχουν διεργασίες παρακολουθώντας και ελέγχοντας πλήθος μεταβλητών. Στη ίδια δεκαετία οι ανάγκες της αεροναυπηγικής βιομηχανίας για την κατασκευή εξαρτημάτων αεροσκαφών μεγάλης ακρίβειας οδήγησαν στην ανάτπυξη των αυτομάτων εργαλειομηχανών. Πρώτη η πολεμική αεροπορία των ΗΠΑ ανέθεσε στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) την κατασκευή ηλεκτρονικά οδηγούμενης αυτόματης, προγραμματιζόμενης φρέζας μεγάλης ακρίβειας. Έτσι χιλιάδες μοντέρνες αυτόματες εργαλειομηχανές (CNC) είναι εγκατεστημένες και λειτουργούν στη βιομηχανία. Η πρόοδος αυτή στις μεθόδους κατεργασίας, στις πρώτες ύλες και στην κατασκευή εργαλειομηχανών συνεχίζεται μέχρι σήμερα με επιταχυνόμενο ρυθμό. Ταυτόχρονα προετοιμάζεται μια νέα βιομηχανική επανάσταση με την πλήρη αυτοματοποίηση της παραγωγής με τη βοήθεια των ηλεκτρονικών υπολογιστών

7 2. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ 2.1. Εργαλειομηχανές Ονομάζουμε τις μηχανές με τις οποίες επεξεργαζόμαστε διάφορα κομμάτια και τους δίνουμε τη μορφή που επιθυμούμε. Οι μηχανές αυτές δηλαδή αντικαθιστούν τα εργαλεία του χεριού, κάνουν την παραγωγή μεγαλύτερη, δίνουν μεγαλύτερη ακρίβεια στις κατασκευές και ελαττώνουν την χειρωνακτική εργασία. Εργαλειομηχανές υπάρχουν για όλες τις εργασίες. Για την εργασία του μηχανουργού υπάρχει ο τόρνος, η φραιζομηχανή, το δράπανο, η πλάνη και το πριόνι κλπ, ενώ για τον ξυλουργό είναι η πριονοκορδέλα, η ξεχονδριάστρα κλπ. Στην μηχανουργική πράξη συναντάμε μεγάλη ποικιλία εργαλειομηχανών και πληθώρα τύπων ανάλογα με το είδος της. Άρα προκύπτει η ανάγκη κατάταξης τους ανάλογα με τα οφέλη που αποκομίζουμε. Η κατάταξη τους γίνεται με βάση επιλεγμένα κριτήρια που θα αναφέρουμε παρακάτω. Τις εργαλειομηχανές διαχωρίζουμε σε κατηγορίες ανάλογα με το βαθμό εξειδικεύσεις τους ανάλογα με το βαθμό αυτοματισμού τους και ανάλογα με το είδος κίνησης τους 2.2. Διάκριση ως προς το βαθμό εξειδικεύσεις Εργαλειομηχανές γενικής χρήσεως Ονομάζουμε τις μηχανές που είναι κατασκευασμένες να εκτελούν πολλά είδη εργασιών της κατηγόριας τους σε ποικιλία από τεμάχια σε ότι αφορά το μέγεθος και την μορφή τους.οι εργαλειομηχανές αυτές χρησιμοποιούνται κυρίως στην παραγωγή κατά μονάδα και κατά μικρές παρτίδες. Ειδικές εργαλειομηχανές Ονομάζουμε τις εργαλειομηχανές στις οποίες εκτελείται αποκλείστηκα και μόνο μια καθορισμένη εργασία. Αυστηρά εξειδικευμένες εργαλειομηχανές Είναι οι εργαλειομηχανές που είναι μελετημένες μόνο για την εκτέλεση ορισμένης φάσεως κατεργασίας σε ορισμένο τεμάχιο.οι ειδικές και η αυστηρά εξειδικευμένες εργαλειομηχανές βρίσκουν εφαρμογή στην παραγωγή κατά παρτίδες μεγάλου μεγέθους και στην μαζική παραγωγή.

8 Εργαλειομηχανές μεταφοράς Είναι συγκρότημα εργαλειομηχανών όπου το ακατέργαστο κομμάτι μεταφερόμενο κατεργαζόμενο και ελεγχόμενο από εργαλειομηχανη σε εργαλεισμηχανη απολαμβάνετε τελικά έτοιμο. Τέτοια συγκροτήματα εργαλειομηχανών χρησιμοποιούνται στην ροϊκή παραγωγή. Εργαλειομηχανές πολλαπλών κατεργασιών είναι σύνθετες εργαλεισμηχανές, ως επί το πλείστον ψηφιακά καθοδηγούμενες με δυνατότητα εκτέλεσες πολλών διαφορετικών κατεργασιών σε περίπλοκα συνήθως τεμάχια Κατάταξη ως προς το βαθμό αυτοματισμού τους Ηυιαυτόματη, ονομάζουμε την εργαλειομηχανη εκείνη στην οποία οι απαιτούμενες κινήσεις για την κατεργασία ενός κομματιού γίνεται αυτόματος χωρίς δηλαδή οποιαδήποτε ενέργεια του χειριστή στο τέλος της κατεργασίας του κομματιού η εργαλειομηχανη σταματά αυτομάτως και για να επαναληφθεί η κατεργασία άλλο όμοιου κομματιού, θα πρέπει να αποσυρθεί από την εργαλειομηχανη το έτοιμο κομμάτι, να τοποθετηθεί το ακατέργαστο κομμάτι και να ξεκινήσει εκ νέου η εργαλειομηχανη, όλα αυτά εκτελούνται από το χειριστή. Αυτόαατη, ονομάζουμε την εργαλειομηχανη που εκτός από τις αυτόματες κινήσεις που χαρακτηρίζουν την ημιαυτόματη εργαλειομηχανη επιπλέον και η αφαίρεση του έτοιμου κομματιού και η τοποθέτηση του ακατέργαστου γίνεται επίσης αυτόματα. Ανάλογα με την κίνησή τους οι εργαλειομηχανές κατατάσσονται σε περιστροφικής κινήσεως (τόρνος, δράπανο, φραιζομηχανή) και ευθύγραμμης κινήσεως (πλάνη, πριόνι). Την κίνησή τους παίρνουν από ηλεκτροκινητήρες. Η μετάδοση της κίνησης γίνεται ή με λουριά ή με οδοντωτούς τροχούς (γρανάζια) Ορισμοί Η έννοια αριθμητικός έλεγχος (NUMERICAL CONTROL ή NC) ταυτίζεται σχεδόν με τις μηχανουργικές κατεργασίες και τις εργαλειομηχανές. Ο αριθμητικός έλεγχος δίδει τη δυνατότητα στο χειριστή να «επικοινωνεί» με την εργαλειομηχανή και να την «καθοδηγεί» μέσω ενός κώδικα, δηλαδή μιας ακολουθίας γραμμάτων και αριθμών. Ο κώδικας αυτός αντικαθιστά, σε μεγάλο ποσοστό, τις επιμέρους χειρωνακτικές εργασίες του χειριστή, οι οποίες πλέον εκτελούνται αυτόματα, με μεγαλύτερη ακρίβεια και δυνατότητα συνεχών επαναλήψεων. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της μονάδας ελέγχου της εργαλειομηχανής (Machine Control Unit MCU), που βρίσκεται πάνω στην εργαλειομηχανή και ελέγχει τις λειτουργίες της. Οι εργαλειομηχανές που λειτουργούν με τον τρόπο αυτό λέγονται ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές (NC). Εάν ανάμεσα στο χειριστή και στη μονάδα ελέγχου της εργαλειομηχανής NC παρεμβάλλεται, για λόγους ευκολότερου και πιο αποδοτικού χειρισμού, ηλεκτρονικός υπολογιστής, η μηχανή ονομάζεται ψηφιακά καθοδηγούμενη εργαλειομηχανή με ηλεκτρονικό υπολογιστή (CNC). Με τον τρόπο αυτό η λειτουργία της εργαλειομηχανής αυτοματοποιείτε περισσότερο, ενώ ο έλεγχος της μπορεί να γίνεται πλέον και από απόσταση (R e m o t e C o n t r o l ). Τέτοιες σύγχρονες εργαλειομηχανές φαίνονται στο παρακάτω σνήυα Α.1 για διάφορες μηχανουργικές κατεργασίες.

9 2.5. Ιστορική αναδρομή αριθμητικού ελέγχου εργαλειομηχανών Η εξέλιξη του αριθμητικού ελέγχου στη μηχανουργική τεχνολογία, όπως θα φανεί στην παράγραφο αυτή, στηρίζεται σε βασικές αρχές, που αναπτύχθηκαν πολλούς αιώνες πριν. Αρχικές προσπάθειες έχουν καταγραφεί στην Κίνα και στην Ελλάδα, με αντιπροσωπευτικότερη τον «Μηχανισμό των Αντικυθήρων», ο οποίος χρησιμοποιούνταν πιθανώς για αστρονομικούς και ημερολογιακούς υπολογισμούς. Βρέθηκε το σε αρχαίο ναυάγιο κοντά στο Αντικύθηρα από σφουγγαράδες της Σύμης. Ο μηχανισμός του ήταν ιδιαίτερα σύνθετος, έχοντας εσωτερικά 32 οδοντωτούς τροχούς ενώ είχε επιγραφές για το ζωδιακό κύκλο και τους μήνες (βλ. σχήμα 1). Εικόνα 1: Μηχανισμός Αντικυθήρων (εθνικό αρχαιολογικό μουσείο ) Πολύ αργότερα, τον 14 αιώνα μ.x, η ιδέα του ελέγχου μηχανικών διατάξεων μέσω ακολουθίας πληροφοριών, όπως είναι και ο αριθμητικός έλεγχος, εμφανίζεται στην κίνηση διακοσμητικών μορφών σε ρολόγια μεγάλων εκκλησιών. Το 1642 ο Blaise Pascal ( ), κατασκεύασε τον πρώτο μηχανικό υπολογιστή χρησιμοποιώντας ένα περίπλοκο σύστημα οδοντωτών τροχών (σχήμα 2) Σχήμα 2: Blaise Pascal Ο πρώτος μηχανικό υπολογιστής

10 Σχεδόν δύο αιώνες μετά, το 1808, ένας Γάλλος κλωστοϋφαντουργός και εφευρέτης, ο Joseph Jacquard χρησιμοποίησε διάτρητες μεταλλικές κάρτες σε υφαντικές μηχανές και κατόρθωσε να αναπαράγει με ταχύτητα πολύπλοκα σχέδια σε υφάσματα. Περίπου 55 χρόνια αργότερα ανακαλύφθηκε το μηχανικό πιάνο. Η λειτουργία του βασιζόταν στη διέλευση αέρα μέσα από ένα κατάλληλο τρυπημένο και κινούμενο ρολό χαρτιού που ενεργοποιούσε την κίνηση των πλήκτρων. Το 1834 ολοκληρώθηκε από τον Charles Babbage ( ) ένας μηχανικός υπολογιστής, που μπορούσε να κάνει αριθμητικές πράξεις, με ακρίβεια έξι δεκαδικών ψηφίων (βλ. σχήμα 3). Σχήμα 3: Charles Babbage και ο υπολογιστής του Πάνω οπό εκατό χρόνια πέρασαν έως το 1940, χρονιά κατά την οποία ο Aiken στις Ηνωμένες Πολιτείες και ο Zuse στη Γερμανία έφτιαξαν την πρώτη ηλεκτρονική υπολογιστική διάταξη με χρήση ρελέ. Τρία χρόνια αργότερα, το 1943, κατασκευάστηκε από τους John Mauchly και Prosper E c k e r t ο πρώτος ηλεκτρονικός υπολογιστής. Πρόκειται για το θρυλικό ENIAC (βλ. σχήμα 4), ένα δημιούργημα μεγάλων διαστάσεων και βάρους τριάντα τόνων, που περιείχε 18 Κμ καλώδια, συνδέσεις και απορροφούσε ισχύ 174 Watt. Ο προγραμματισμός του ήταν μια πολύπλοκη εργασία, σχεδόν ιεροτελεστία, και απαιτούσε τη συνδυασμένη ρύθμιση 6000 διακοπτών. Η εξωπραγματική για την εποχή εκείνη υπολογιστική ισχύς είναι σήμερα σχεδόν αστεία, αφού σε μια κοινή αριθμομηχανή ( Calculator) είναι πολλαπλάσιες φορές μεγαλύτερη. Σχήμα 4: John Mauchly, Prosper Eckert και ο ENIAC

11 Χρειάστηκε να περάσουν ακόμα δεκαπέντε χρόνια και να μεσολαβήσει η ανακάλυψη των ημιαγωγών το 1948, για να αναπτυχθούν εμπορικοί επαναπρογραμματιζόμενοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές στην αυγή του Από τότε η αλματώδης ανάπτυξη στην ηλεκτρονική (ολοκληρωμένα κυκλώματα μικρής και μεγάλης κλίμακας, μικροεπεξεργαστές, συστήματα μαζικής αποθήκευσης και γραφικής απεικόνισης κ.λ.π.) οδήγησε στη σημερινή εικόνα των υπολογιστών και επέβαλε τη σύγχρονη τεχνολογική επανάσταση. Ο σύγχρονος αριθμητικός έλεγχος των εργαλειομηχανών ξεκίνησε, όταν, κατά τη διάρκεια του πολέμου με τους Ιάπωνες στον Ειρηνικό Ωκεανό, η Αμερικανική πολεμική αεροπορία είχε εξαιρετικά μεγάλες απώλειες. Η ταχεία παραγωγή και επισκευή αεροσκαφών και ανταλλακτικών στάθηκε πραγματικός πονοκέφαλος για τους μηχανικούς της αεροπορικής βιομηχανίας. Έτσι, πέρα από τη μειωμένη παραγωγική ικανότητα των συμβατικών εργαλειομηχανών, η συνεχής παραγωγή χωρίς συντήρηση και η κόπωση των τεχνιτών οδηγούσε, συχνά, σε ελαττωματικά και επικίνδυνα τεμάχια. Ακόμα, οι απαιτήσεις της βιομηχανίας για ακόμα πιο σύνθετα τεμάχια, δεν μπορούσαν να καλυφθούν από τα συμβατικά μηχανουργεία. Έως το 1949 η εξέλιξη ήταν αργή, αφού η τεχνολογία ήταν σε πρώιμο στάδιο. Αυτήν ακριβώς τη χρονιά, ανατέθηκε στον John Pearson και στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) η αποστολή της ανάπτυξης αυτοματοποιημένων εργαλειομηχανών. Ο μηχανικός αυτός και οι συνεργάτες του πρώτοι προσδιόρισαν τις αρχές λειτουργίας των μηχανών αυτών. Σκέφτηκαν, λοιπόν, ότι χρειάζεται ηλεκτρονικός υπολογιστής, για να προσδιορίζει τις διαδρομές του κοπτικού εργαλείου. Αυτές οι κινήσεις έπρεπε να αποθηκεύονται στο μόνο μέσο εκείνης της εποχής, δηλαδή στις διάτρητες κάρτες (βλ. σχήμα 5). Σχήμα 5; Διάτρητη κάρτα και τασάκι κατασκευασμένο από την πρώτη ψηφιακά καθοδηγούμενοι εργαλειομηχανη με την βοήθεια APT

12 Επίσης, η μηχανή θα έπρεπε να διαθέτει ένα μέσο ανάγνωσης, ώστε να διαβάζει αυτόματα τις κάρτες αυτές. Τέλος, κρίθηκε απαραίτητη η ύπαρξη μίας κεντρικής μονάδας ελέγχου, ώστε να καθοδηγεί τους σερβοκινητήρες. που θα κινούσαν τους κοχλίες κίνησης των μηχανών. Το 1952 η πρώτη ψηφιακή εργαλειομηχανή, μια κατακόρυψη φρεζομηχανή, επιδείχτηκε με επιτυχία στο ΜΙΤ. Η ογκώδης αυτή φρεζομηχανή είχε όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά και εκτελούσε ταυτόχρονες και ανεξάρτητες μεταξύ τους κινήσεις σε τρεις άξονες κατεργασίας. Αυτή η μέρα, ήταν η αυγή μιας πενηντάχρονης εκρηκτικής εξέλιξης. Το 1954, άρχισε να χτίζεται η πρώτη συμβολική γλώσσα προγραμματισμού. Ονομάστηκε "Αυτόματος Προγραμματισμός Εργαλείων" (ΑυΙοπιαΙίααΙΙγ Prograoimed Tool, APT) και περιέγραφε με σχετική ευκολία τη μορφή του κατεργαζόμενο τεμαχίου και τις οδηγίες προς τη μηχανή, για να το κατασκευάσει. Ένα χαρακτηριστικό κομμάτι που φτιάχτηκε με την τεχνολογία εκείνης της εποχής, είναι το τασάκι του σχήματος Α.7 που μοιράστηκε σε όλους τους παρευρισκόμενους Το 1958, η εταιρία Bandix. αγόρασε την πατέντα από τον Pearson και κατασκεύασε την πρώτη εμπορική ψηφιακά καθοδηγούμενη εργαλειομηχανή. Από εκείνα τα χρόνια, η βιομηχανία κατάλαβε τη σημασία της χρήση των μηχανών αυτών.έτσι άρχισε η προσπάθεια αυτοματοποιήσεις όλων των μηχανουργικών κατεργασιών και η ανάπτυξη αντιστοιχιών NC εργαλειομηχανών. Η εξέλιξη των μικροϋπολογιστών οδήγησε στη μετάβαση από τις NC στις CNC εργαλειομηχανές και η ανάπτυξη των αισθητήρων και των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου στις αντίστοιχες CNC. Έτσι σήμερα, από την απίή διάτρηση, έως την πολύπλοκη επεξεργασία ανάγλυφων επιφανειών, χρησιμοποιούνται απλές και φθηνές ή σύνθετες και ακριβές εργαλειομηχανές Πεδίο χρησιμοποίησης εργαλειομηχανών NC, CNC. Σήμερα, όλες οι συμβατικές και μη συμβατικές μηχανουργικές κατεργασίες υποστηρίζονται από ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές NC, CNC. Το γεγονός αυτό έχει, ως αποτέλεσμα, πολλές μεγάλες εταιρείες σε αρκετές χώρες του κόσμου με παράδοση στη μηχανουργική τεχνολογία, όπως είναι οι ΗΠΑ. η Γερμανία και η Ιαπωνία, να μην κατασκευάζουν πια συμβατικές εργαλειομηχανές, ήδη από την αρχή της δεκαετίας του 90. Μία από τις βασικές αιτίες για την εξέλιξη αυτή, είναι η αδυναμία των συμβατικών εργαλειομηχανών να πραγματοποιήσουν περίπλοκες κατεργασίες με μεγάλες ταχύτητες. Ενώ όλες οι μηχανουργικές κατεργασίες, απλές ή σύνθετες, μπορεί να γίνουν από ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές, δεν συμβαίνει το ίδιο και με τις συμβατικές εργαλειομηχανές. Αυτό μπορεί να φανεί με τα παρακάτω απλά παραδείγματα! Είναι γνωστό από το μάθημα των μηχανουργικών κατεργασιών ότι οι ταχύτητες κοπής συνεχώς αυξάνουν. Σε αυτό βοηθούν τόσο η ανάπτυξη ανθεκτικότερων κοπτικών εργαλείων όσο και η εξέλιξη των ίδιων των εργαλειομηχανών. Έτσι, οι άλλοτε εξωτικές ταχύτητες κοπής των 500 m/min θεωρούνται πια συμβατικές. Κοπή σε υψηλές ταχύτητες (High Speed Cutting HSC) σημαίνει σήμερα ταχύτητες από 1500 έως 2000 m/min. Ακόμα και ο πιο έμπειρος μηχανουργός δεν μπορεί να καθοδηγήσει χειροκίνητα εργαλειομηχανές. σε ταχύτητες μεγαλύτερες από 150 m/min. Μάλιστα, σε ταχύτητες μεγαλύτερες από 500 m/min είναι δύσκολο ακόμα και να παρακολουθήσει κανείς την κίνηση του κοπτικού εργαλείου.

13 Στο (σχήμα 6) παρουσιάζεται η καταλληλότητα χρήσης των συμβατικών και ψηφιακών εργαλειομηχανών. για διάφορες κατεργασίες σε χαμηλές, μέσες και μεγάλες ταχύτητες. Από το σχήμα γίνεται φανερό πως οι ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές καλύπτουν σχεδόν όλο το φάσμα κατεργασιών και ταχυτήτων. Σχήμα 6: Χρήση εργαλειομηχανών CNC σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές, με κριτήριο την ταχύτητα κοπής. Οι σημερινές μηχανικές διατάξεις είναι σύνθετες και αποτελούνται από τεμάχια με πολύπλοκη γεωμετρία. Πολλές φορές μάλιστα περιέχουν μεταλλικά εξαρτήματα με ανάγλυφες επιφάνειες, που είναι δύσκολη ακόμα και η μαθηματική τους περιγραφή. Ομως, ακόμα και η κατασκευή ενός σφαιρικού τμήματος σε συμβατικό τόρνο απαιτεί συνδυασμένες κινήσεις και στις δύο κατευθύνσεις κατεργασίας, ενώ η γεωμετρική ποιότητα είναι συνήθως από κακή έως μέτρια. Στη συμβατική φρέζα η κατασκευή μιας σφαιρικής διαμόρφωσης είναι ακατόρθωτη. Τέτοιες επιφάνειες, όπως η σφαιρική που φαίνεται στο σχήμα 7 είναι αδύνατο να κατασκευαστούν νωρίς τη χρήση ψηφιακά καθοδηγούμενων εργαλειομηχανών.

14 Σχήμα?: Κατεργασία (φινίρισμα ) σφαιρική επιφάνεια σε PVC με κονδυλοφόρο εργαλείο σφαιρική απόληξης Πως κατασκευαζόταν όμως στο παρελθόν τέτοιες επιφάνειες ; Η απάντηση είναι ότι μόνο με χύτευση ήταν δυνατό, αφού πρώτα έμπειροι τεχνίτες κατασκεύαζαν στο χέρι τα καλούπια, με πολύ μεγάλο, όμως, κόπο και χρόνο. Η κατασκευή τέτοιων καλουπιών είναι σήμερα απλή και φθηνή υπόθεση με χρήση ενός CNC κέντρου κατεργασίας (ψηφιακά καθοδηγούμενη φρέζα με δυνατότητα αυτόματης αλλαγής εργαλείου). Ολοένα και περισσότερο η δομή της γραμμής παραγωγής εντάσσεται στην παραγωγή των εργοστασίων, στο εξωτερικό αλλά και στην Ελλάδα. Οι γραμμές παραγωγής απαιτούν μεγάλες και συνεχόμενες παρτίδες πανομοιότυπων εξαρτημάτων, με μεγάλη διαστατική ακρίβεια και μικρό ποσοστό ελαττωματικών τεμαχίων. Η κατασκευή, λοιπόν, τέτοιων τεμαχίων απαιτεί γρήγορες κατεργασίες, με μεγάλη επαναληψιμότητα (δηλαδή μπορούν να επαναληφθούν ακριβώς οι ίδιες κατεργασίες, όσες φορές κι αν είναι επιθυμητό) και υψηλή ακρίβεια κατασκευής Βασικές διαφορές συμβατικών και NC, CNC. εργαλειομηχανών Αυτή η παράγραφος θα μπορούσε να ονομάζεται και "βασικές ομοιότητες συμβατικών και NC. CNC. εργαλειομηχανών". αφού σήμερα οι ομοιότητες είναι ελάχιστες, σε σχέση με τις διαφορές. Πρακτικά, σε κάθε περίπτωση μηχανουργικής κατεργασίας μόνο η κινηματική αρχή παραμένει κοινή και για τους δύο τύπους εργαλειομηχανών. Αυτό σημαίνει ότι στην τόρνευση. τόσο σε συμβατικές όσο και σε NC, CNC εργαλειομηχανές, το τεμάχιο περιστρέφεται και το κοπτικό εργαλείο κινείται γραμμικά σε δύο άξονες που είναι κάθετοι μεταξύ τους. Επίσης, στο φρεζάρισμα. το εργαλείο και στις δύο περιπτώσεις περιστρέφεται, ενώ το τεμάχιο μετακινείται γραμμικά ή στρέφεται σε σχέση με την άτρακτο της εργαλειομηχανής. Οι βασικότερες διαφορές των συμβατικών από τις ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές είναι :

15 Η φιλοσοφία λειτουργίας. Στις παραδοσιακές εργαλειομηχανές ο τεχνίτης-χειριστής. με βάση τα τεχνικά σχέδια, τοποθετεί το τεμάχιο στη μηχανή, τη ρυθμίζει, τη θέτει σε λειτουργία και, τέλος, ελέγχει το αποτέλεσμα. Στις ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές, το πρόγραμμα εργασίας μεταβιβάζεται στη μηχανή συνήθως μέσω συνδεδεμένου ηλεκτρονικού υπολογιστή ή, στη χειρότερη περίπτωση, πληκτρολογείται κατευθείαν στην οθόνη της ίδιας της μηχανής (βλ. σχήμα 8). Με αυτόν τον τρόπο, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο προγραμματιστήςχειριστής μπορεί να ελέγχει διαδοχικά το πρόγραμμα του, μέσω κοπής στο κενό (χωρίς δηλαδή τεμάχιο κατεργασίας, ενώ η εργαλειομηχανή πραγματοποιεί τις προγραμματισμένες κινήσεις της) ή με τη βοήθεια προσομοιωτών (στην ίδια την οθόνη της εργαλειομηχανής ή σε ηλεκτρσνικό υπολογιστή), μειώνονται αισθητά οι πιθανότητες λαθών και ο χρόνος προετοιμασίας της εργαλειομηχανής. Επίσης, η χρήση των NC, CNC εργαλειομηχανών συμβάλλει στη συντονισμένη συνεργασία ανάμεσα σε τομείς της επιχείρησης (σχεδιασμός - προγραμματισμός - παραγωγή - ποιοτικός έλεγχος - διάθεση. 1 Μηχανολογικό Σχέδιο 2. Προγραμματισμός S. Ετοιμο αντικείμενο 4 Κατεργασία 3. Εισαγωγή προγράμματος στη μηχανή Σχήμα 8: Αττό το μηχανολογικό σχέδιο σε έτοιμο κομμάτι. Η ακρίβεια και η ττοιότητα κατασκευής τους. Οι ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές μπορούν να εκτελέσουν απλές και σύνθετες κατεργασίες, με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Ακριβώς για το λόγο αυτό η ποιότητα κατασκευής τους και η ακρίβεια συναρμολόγησης των εξαρτημάτων τους δεν θυμίζει σε τίποτα αυτή των συμβατικών μηχανών. Ακόμα και εξαρτήματα των μηχανών αυτών που έχουν μικρή συμμετοχή στη μηχανουργική κατεργασία, κατασκευάζονται με πολύ υψηλότερες προδιαγραφές, σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές.

16 Η στιβαρότητα και η αντοχή τους. Οι μεγάλες ταχύτητες και δυνάμεις κοπής που αναπτύσσονται στις ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές απαιτούν αυξημένη ακαμψία και δυνατότητα απόσβεσης των ταλαντώσεων, που μπορεί να δημιουργηθούν. Μάλιστα, εάν αναλογιστεί κανείς την ακρίβεια κατεργασίας που απαιτείται, οι ανάγκες αυτές γίνονται πιο επιτακτικές. Για τους λόγους αυτούς, η μελέτη της δυναμικής των NC, CNC εργαλειομηχανών αποτελεί πρώτη προτεραιότητα. Σε αρκετές μάλιστα περιπτώσεις, τα δομικά τους στοιχεία κατασκευάζονται από σύνθετα υλικά, αντί από χυτοσίδηρο ή χυτοχάλυβα Τα υποσυστήματα τους. Είναι προφανές ότι ακόμα και η απλούστερη ψηφιακά καθοδηγούμενη εργαλειομηχανή περιέχει και καθοδηγείται από σύνθετα ηλεκτρονικά κυκλώματα, ενώ οι συμβατικές έχουν μόνο ένα σχετικά απλό ηλεκτρικό δίκτυο παροχής ισχύος. Η ρύθμιση επίσης της ταχύτητας κοπής και της πρόωσης, δε γίνεται πια με μηχανικό τρόπο αλλαγής γραναζιών, αλλά γίνεται αυτόματα μέσω τσυ προγράμματσς κατεργασίας. Ακόμα και το δέσιμο των κοπτικών εργαλείων και, μερικές φορές, η τροφοδοσία σε υλικό κατεργασίας γίνονται αυτόματα στις ψηφιακές εργαλειομηχανές Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ψηφιακής καθοδήγησης Ήδη έχει διαφανεί από τις προηγούμενες παραγράφους η υπεροχή των ψηφιακά καθοδηγούμενων εργαλειομηχανών. σε σύγκριση με τις αντίστοιχες συμβατικές. Αξίζει όμως να παρουσιαστούν συνοπτικά τα πλεονεκτήματα της σύγχρονης αυτής τεχνολογίας, του αριθμητικού ελέγχου των εργαλειομηχανών ; Η παραγωγή τεμαχίων συνθέτης γεωμετρίας με υψηλής διαστατική ακρίβειας και ποιότητα μορφής. Η σύγχρονη κίνηση σε πολλούς άξονες επιτρέπει την κατεργασία σύνθετων επιφανειών στο χώρο, όπως αυτές του σχήματος Α.12. Σε πολλές περιπτώσεις, δεν απαιτούνται κατασκευαστικά σχέδια για τεμάχια με μορφή, που μπορεί να περιγράφει από μαθηματικές σχέσεις. Επαναληψιμότητα της κατεργασίας Η αυτοματοποιημένη παραγωγή αυξάνει τη χωρίς λάθη παραγωγή και αναπαραγωγή των τεμαχίων. Με τον τρόπο αυτό, μειώνεται το ποσοστό των ελαττωματικών κομματιών και περιορίζεται η διάρκεια του ελέγχου ποιότητας. Βελτιώνεται, λοιπόν, η επαναληψιμότητα της κατεργασίας, αφού ο τεχνίτης δεν καθοδηγεί, αλλά επιβλέπει και ελέγχει τη μηχανή. Αντίθετο, στις συμβατικές εργαλειομηχανές, εισέρχονται πολλά λάθη του χειριστή Λόγω απειρίας, έλλειψης προσοχής ή και κόπωσης. Είναι χαρακτηριστική η φράση "μην αγοράζετε τίποτε που έχει κατασκευαστεί Δευτέρα και Παρασκευή", αφού οι εργαζόμενοι, τις μέρες αυτές, είτε προσαρμόζονται στην εργασία τους μετά το Σαββατοκύριακο, είτε προετοιμάζονται γγ αυτό. Τέτοιο φαινόμενα ελαχιστοποιούνται με χρήση NC. CNC εργαλειομηχανών.

17 Η ελαχιστοποίηση των νεκρών χρόνων Πρόκειται για τους χρόνους σχεδίασης και κατασκευής συσκευών πρόσδεσης, ρύθμισης της μηχανής, δεσίματος και λυσίματος των τεμαχίων, αλλαγής κοπτικών εργαλείων κ. λ, π. Επίσης, ο χρόνος παραμονής του τεμαχίου στην εργαλειομηχανή μειώνεται σημαντικά, λόγω των μεγάλων ταχυτήτων και προώσεων κοπής. Με αυτόν τον τρόπο υπάρχει σαφής έλεγχος και προγραμματισμός της παραγωγής, αψού ο συνολικός χρόνος κατεργασίας είναι καθορισμένος Η ευκολία προγραμματισμού της μηχανής, που Οφείλεται στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών, επιφέρει μεγάλη ευελιξία στις κατεργασίες που εκτελούνται. Επειδή το πρόγραμμα καθοδήγησης για κάθε κομμάτι αποθηκεύεται σε ηλεκτρσνική μορφή, είναι πολύ εύκολη η παραγωγή παραλλαγών ενός προϊόντος, που έχει ήδη κατασκευαστεί. Μάλιστα, απαιτσύνται λιγότερες ιδιοσυσκευές συγκράτησης, αφού, λόγω της ευελιξίας των μη συμβατικών εργαλειομηχανών, χρειάζονται λιγότερα δεσίματα, για να γίνουν οι ίδιες κατεργασίες. Επίσης, μειώνεται το κόστος κατασκευής και αποθήκευσης των ιδιοσυσκευών συγκράτησης, πσυ για μεγάλα μηχανουργεία είναι ιδιαίτερο υψηλό. Η σημαντική βελτίωση της ασφάλειας εργασίας Αφού ο χειριστής, κατά τη διάρκεια της κοπής, είναι σε αρκετή απόσταση από το κοτπικό εργαλείο. Στις συμβατικές εργαλειομηχανές. το σώμα, αλλά κυρίως τα χέρια και το μάτια του χειριστή, είναι πσλύ κοντά στη θέση κοπής. Ο χειριστής πρέπει να είναι συνεχώς σε εγρήγορση, κάτι που τον κουράζει και ττνευματικά εκτός από σωματικά. Η αύξηση της παραγωγικότητας Η αύξηση της παραγωγικότητας, της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών και, κατά συνέπεια, της ανταγωνιστικότητας μιας επιχείρησης. Σε αυτό συμβάλλουν η μείωση του συνολικού κόστους παραγωγής και η δυνατότητα βελτιστοποίησης της κατεργασίας. Έτσι, η μείωση των νεκρών χρόνων και οι μικρότερες ανάγκες σε προσωπικό, μειώνουν το λειτουργικό κόστος του μηχανουργείου. Στο (σχήμα 9) φαίνεται διαγραμματικά το κέρδος της χρήσης ψηφιακών και συμβατικών εργαλειομηχανών. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η χρήση και των δύσ εργαλειομηχανών στην αρχή είναι ζημισγόνα μιας και δεν απασβένεται το κόστος αγοράς τους. Στην πορεία όμως, η ψηφιακή εργαλειομηχανή απασβένεται περίπου στο 1/3 του χρόνου μιας συμβατικής, ενώ φτάνει σε μεγαλύτερη απόδοση (κέρδος) πολύ γρηγορότερα. Αυτό συμβαίνει, επειδή ένας τεχνίτης μπορεί να επιβλέπει και να εξυπηρετεί ακόμα και δύο ή τρεις ψηφιακές εργαλειομηχανές. Επίσης το κόστος ανά τεμάχιο είναι πια μικρότερο, ενώ η διάρκεια ζωής των κοπτικών εργαλείων είναι η καλύτερη δυνατή, αφού οι χρόνοι κοπής και οι βέλτιστες συνθήκες κατεργασίας είναι γνωστά.

18 Σχήμα 9; Οικονομικό όφελος και κέρδος σε χρόνο με χρήση CNC εργαλειομηχανών, για το ίδιο προϊών. Τα κυριότερα μειονεκτήματα των ψηφιακά καθοδηγούμενων εργαλειομηχανών εμφανίζονται κυρίως σε μικρά μηχανουργεία, λόγω της δυσκολίας τους να υιοθετήσουν νέες παραγωγικές δομές. Αυτά είναι : Το μεγάλο κόστος αγοράς τους Στην καλύτερη περίπτωση είναι πέντε φορές μεγαλύτερο από της αντίστοιχης συμβατικής εργαλείο μηχανής. Βέβαια, όπως ήδη περιγράφηκε, σε περίπτωση μεγάλων παρτίδων παραγωγής ή όγκου εργασίας, η απόσβεση του κόστους αυτού γίνεται πολύ γρήγορα. Τα μικρά όμως μηχανουργεία, που ασχολούνται με απλές κατασκευές και εργασίες επισκευής, έχουν αντικειμενική δυσκολία να επενδύσουν μεγάλο ποσά σε σύγχρονες εργαλειομηχανές. Εξειδικευμένο προσωπικό Οι ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές απαιτούν εξειδικευμένο και εκπαιδευμένο προσωπικό, για να τις προγραμματίζει, να τις ρυθμίζει και να τις συντηρεί. Μάλιστα αυτή η εκπαίδευση είναι μακροχρόνιο και διαρκής. Οι χειριστές τέτοιων εργαλειομηχανών έχουν μεγαλύτερη παραγωγική ικανότητα αλλά είναι και υψηλότερα αμειβόμενοι από τους τεχνίτες συμβατικών εργαλειομηχανών.

19 Όλες οι διαδικασίες καθοδήγησης και ελέγχου των εργαλειομηχανών NC και CNC οπό το χειριστή τους είναι μονόδρομες. Ο τεχνικός NC ή CNC καθορίζει την ακολουθία των κινήσεων της εργαλειομηχανής τις τιμές των συνθηκών κατεργασίας (πρόωση, βάθη κοπής, ταχύτητα κοπής, κ.λ.π.), ελέγχει τη χρήση ή όχι του υγρού κοπής, διαχειρίζεται τα κοπτικά εργαλεία, κ.λ.π. Για όλα αυτά, συντάσσει ένα πρόγραμμα καθοδήγησης σε τυποποιημένη γλώσσα προγραμματισμού (κώδικας), μεταφέρει τον κώδικα στη μονάδα ελέγχου και ενεργοποιεί την εκτέλεση του. Ο κώδικας G και Μ παρακάτω πίνακες. καθώς επίσης και τα στοιχεία των εργαλείων περιγράφονται στους Μ 0 Μ 1 Μ 2 Μ 3 Μ 4 Μ 5 Μ 7 Μ 8 Μ 9 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΕΝΟ STOP (ΑΡΧΙΖΟΥΜΕ START ΑΠΌ ΤΗΝ ( ΕΠΟΜΕΝΗ ΕΝΤΟΛΗ ) ( ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΟ STOP ) ΤΕΛΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ. "ΑΡΧΗ ΑΠΌ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΕΝΤΌΛΗ ( " ( ΔΕΞΙΕΣ ΣΤΡΌΦΕΣ ( ΑΡΙΣΤΕΡΕΣ ΣΤΡΌΦΕΣ ( STOP ΠΕΡΙΣΤΡΌΦΗΣ ( ΣΑΠΌΥΝΕΛΑΙΌ ΕΣΩΤΕΡΙΚΑ ( ΜΕΣΑ ΑΠΌ ΤΌ ΕΡΓΑΛΕΙΌ ) ( ΣΑΠΌΥΝΕΛΑΙΌ ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ( STOP ΣΑΠΌΥΝΕΛΑΙΌ Μ 17 ( ΤΕΛΌΣ ΠΡΌΓΡΑΜΜΑΤΌΣ. Μ 19 ( STOP ΜΕ ΠΡΌΣΑΝΑΤΌΛΙΣΜΌ Μ 41 ( 1Η ΣΚΑΛΑ ΣΤΡΌΦΩΝ Μ 42 ( 2η ΣΚΑΛΑ ΣΤΡΟΦΩΝ 31, Μ 43 ( 3η ΣΚΑΛΑ ΣΤΡΟΦΩΝ Μ 30 ( ΤΕΛΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Πίνακας 1: Κώδικας Μ για εργαλειομηχανές CNC D ( ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ) Τ ( ΘΕΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ) Ν ( ΕΝΤΟΛΗ ) Ρ ( ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΥΠΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ) S ( ΣΤΡΟΦΕΣ - ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΜΕ G 96 ΚΟΠΗΣ) F ( ΠΡΟΩΣΗ ) Πίνακας 2: Στοιχεία κατεργασίας και εργαλείων

20 G Ο G 1 G 2 G 3 G 4 G 9 G 10 G 11 G 12 G 13 G 25 G 26 G 33 G 34 G 35 G 40 G 41 G 42 G 53 G 54 G 55 G 56 G 57 G 58 G 59 G 60 G 70 G 71 G 90 G 91 G 92 G 94 G 95 G 96 G 97 ( ΓΡΗΓΟΡΗ ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ) ( ΕΥΘΕΙΑ ΚΙΝΗΣΗ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΜΠΥΛΗΣ (ΜΕ ΤΗΝ ΦΟΡΑ ΤΟΥ ΡΟΛΟΓΙΟΥ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΜΠΥΛΗΣ (ΑΝΤΙΘΕΤΑ ΤΗΣ ΦΟΡΑΣ ΤΟΥ ΡΟΛΟΓΙΟΥ) ( ΑΝΑΜΟΝΗ ΚΑΜΙΑ ΚΙΝΗΣΗ ) ( STOP ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΓΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΡΑΔΙΑ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΓΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΡΑΔΙΑ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΓΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΡΑΔΙΑ ) ( ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΓΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΡΑΔΙΑ ) ( ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ) ( ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ) ( ΣΠΕΙΡΩΜΑΤΑ ) ( ΣΠΕΙΡΩΜΑΤΑ ) ( ΣΠΕΙΡΩΜΑΤΑ ) ( ΑΚΥΡΩΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ) ( ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ " ΚΙΝΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΤΟΥ ΚΟΜΜΑΤΙΟΥ") ( ΚΙΝΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ "ΔΕΞΙΑ ΤΟΥ ΚΟΜΜΑΤΙΟΥ" (ΑΚΥΡΩΣΗ G54-G59 ( ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΖΕΡΟ ( ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΖΕΡΟ ( ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΖΕΡΟ ( ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΖΕΡΟ ( ΠΡΟΣΘΕΣΗ Η ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΣΤΟ G54-G57 ( ΠΡΟΣΘΕΣΗ Η ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΣΤΟ G54-G58 ( STOP ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΌΠΩΣ G9" ( ΑΓΓΛΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΝΤΣΩΝ ( ΜΕΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΙΛΙΟΣΤΩΝ ( ΑΠΟΛΥΤΕΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ( ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ " ΒΗΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ " ( ΜΕ S= ΑΝΩΤΕΡΟ ΟΡΙΟ ΣΤΡΟΦΩΝ { ΠΡΟΩΣΗ ΣΕ ΜΜ/ΜΙΝ ( ΠΡΟΩΣΗ ΣΕ ΜΜ/ ΣΤΡΟΦΗ ( ΣΤΑΘΕΡΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΟΠΗΣ ( ΓΡΗΓΟΡΗ ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ Πίνακας 3: Κώδικας G για εργαλειομηχανές CNC

21 Όλα τα τταραπάνω οι φράσεις του κώδικα G που περιγράψαμε είναι ένα μέρος από της εντολές τις οποίες αποτελείται, και αυτό γιατί οι παραπάνω εντολές έχουν χαρακτηρισθεί παγκόσμιος κοινές για όλες της εταιρίες κατασκευής μηχανημάτων CNC που χρησιμοποιούν κώδικα G. Οι υπόλοιπες εντολές είναι διαφορετικές για κάθε κατασκευαστή εργαλειομηχανων. Με αυτό τσν τρόπσ θέλουν να περιγράφουν σύμφωνα με τσ δικού τους μηχάνημα, κάποιες εδικές εργασίες, ή ακόμα και ενέργειες όπως κάποια αναφορά σφαλμάτων ή ρυθμίσεων που πρέπει να γίνουν. Η CNC καθοδήγηση έχει το πλεονέκτημα της συνεργασίας της με συστήματα σχεδίασης CAD (Computer Aided design) και συστήματα κατεργασιών (Cσmputer Aided Manufacturing. CAM) με ηλεκτρονικό υπολογιστή, ενώ δίδεται η δυνατότητα ένταξης της σε ολσκληρωμένα συστήματα παραγωγής με υπολσγιστές (Camputer integrated Manufacturing CIM) και ευέλικτα συστήματα παραγωγής (Flexible manufacturing Systems FMS ). Επιπλέον, ένα μεγάλο ποσοστό υπολογισμών και διαδικασιών ελέγχσυ καθοδήγησης διεξάγσνται στσν ηλεκτρονικό υπολογιστή ταχύτερα και με μικρότερο κόστος. Για όλα αυτά όμως θα γίνει εκτενέστερη αναφσρά στις παρακάτω παραγράφσυς.

22 3. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ (COMPUTER AIDED DESIGN - CAD ) 3.1. Εισαγωγή Ο σχεδιασμός με τη βοήθεια υττολογιστή (CAD) ορίζεται ως η δημιουργία και ο χειρισμός σχεδιαστικών πρωτοτύττων ως εργαλείο του μηχανικού στη διαδικασία σχεδιασμού. Οι τεχνικές σχεδιασμού εξελίχθηκαν τα τελευταία τριάντα χρόνια, α;ς ένα ανεξάρτητο εργαλείο για την τεχνολογία, το σχεδίασμά και την παραγωγική διαδικασία σε βιομηχανίες. Η τεχνολογία των συστημάτων CAD αποτελείται από τρεις συνιστώσες, το υλικό μέρος (υπολογιστές κλπ.), το λογισμικό και το χρήστη, Η ανάμειξη των υπολογιστών και της ανθρώπινης ικανότητας στη λήψη αποφάσεων οδηγούν στο βέλτιστο CAD σύστημα, του οποίου οι πρωταρχικές λειτουργίες είναι ο σχεδιασμός, η ανάλυση και η κατασκευή. Επικρατεί η αντίληψη πως τα συστήματα CAD αποτελούν σχεδιαστική πλατφόρμα, οι δυνατότητες τους όμως εκτείνονται από το σχεδίασμά αντικειμένων. Στη μηχανολογία μπορούν εξαχθούν από τα συστήματα αυτά πληροφορίες χρήσιμες για ανάλυση μηχανισμών με πεπερασμένα στοιχεία, μετάδοση θερμότητας, ανάλυση τάσεων, δυναμική εξομοίωση μηχανισμών και διαδικασιών, ρευστοδυναμική ανάλυση κλπ.

23 3.2. Ιστορία των συστημάτων CAD Τα συστήματα CAD αποτελούν την επανάσταση στην αναπαράσταση με γραφικό τρόπο. Δημιουργήθηκαν από την αεροδιαστημική βιομηχανία και τις αυτοκινητοβιομηχανίες, ως μια μέθοδος αύξησης του ρυθμού της τεχνολογικής εξέλιξης και μείωση αρκετών επίπονων διεργασιών του σχεδιαστή. Τα πρώτα γραφικό σε υπολογιστή παρουσιάστηκαν τη δεκαετία του 1950, Στα μέσα της δεκαετίας αυτής το σύστημα SAGE (Semi Automatic Ground Environment) μετέτρεπε πληροφορίες από ραντάρ σε φωτογραφίες στον υπολογιστή. Για πρώτη φορά γίνεται χρήση μιας φωτεινής πένας, που επέτρεπε στο χρήστη την επιλογή πληροφοριών, επιλέγοντας στην κατάλληλη περιοχή στην οθόνη. Σταθμό στην ανάπτυξη των γραφικών σε υπολογιστή αποτελεί το 1963 η πρωτοποριακή εκείνη την εποχή μελέτη του Ivan Sutherland. Ο Ivan Sutherland στη διδακτορική διατριβή του περιγράφει μια ταλαντούμενη ακτίνα καθοδικού σωλήνα. Η ακτίνα αυτή με καθοδήγηση από υπολογιστή αναπαριστά εικόνες στην οθόνη, τις οποίες μπορεί να επεξεργαστεί ο χρήστης με τη βοήθεια μιας φωτεινής πένας. Το 1965 ο Ivan Sutherland παρουσίασε τη δημοσίευση 'The ultimate Display (Ivan Sutherland, 1965), στην οποία αναφερόταν ότι στο μέλλον οι υπολογιστές θα μπσρσύν να απστελέσουν το μέσο για τη δημιουργία εικονικών κόσμων, με τη χρήση γραφικών. Το 1968 ο Ivan Sutherland δημιούργησε ένα σύστημα απεικόνισης, με το οποίο παρουσιαζόταν στο χρήστη τρισδιάστατες απεικονίσεις, δημιουργημένες με τη χρήση υπολογιστή. Οι εικόνες αυτές αποτελούσαν διαφσρετικές απεικονίσεις ενός αντικειμένου και εναλλάσσονταν με την κίνηση του κεφαλιού του χρήστη δεξιό και αριστερό. Οι απεικονίσεις δεν ήταν ρεαλιστικές, αφού περιλάμβαναν απλό σχέδια με γραμμές (μοντέλα συρματικής αναπαράστασης), αλλά η στερεσσκοπική απεικόνιση έδινε στο χρήστη την αίσθηση ότι κοίταζε ένα στερεό τρισδιάστατο αντικείμενο. Το σύστημα αυτό θεωρείται η αρχή για τα συστήματα CAD και την τεχνολογία των γραφικών σε υπσλογιστή. Στα τέλη της δεκαετίας του 70, υπολογιστές με μεγαλύτερη ισχύ, περισσότερη μνήμη και μικρότερο μέγεθος, έγιναν προσιτοί ακόμα και σε μικρές επιχειρήσεις. Η δεκαετία του 1980 μπορεί να χαρακτηριστεί ως η δεκαετία της έρευνας των εφαρμογών του CAD/CAM. Ο κύριος σκοπός για τη δεκαετία αυτή, είναι η ολοκλήρωση ή και αυτοματοποίηση διαφόρων στοιχείων του σχεδιασμού και της κατασκευής, για τη δημιουργία του αυτόμότοποιημενού εργοστασίου του μέλλοντος. Σημαντική συνεισφορά στα συστήματα CAD προσέφερε η χρήση της θεωρίας της στερεός μοντελοποίησης (Solid modelling). To κύριο πλεονέκτημα της στερεός αναπαράστασης βρίσκεται στο γεγονός ότι δίνει λετπομερής γεωμετρικές αναπαραστάσεις στερεών, που υποστηρίζουν το σχεδίασμά και τις κατασκευαστικές εφαρμογές. Η δεκαετία του 1990 είναι η δεκαετία της ολοκληρωμένης παραγωγής και του αυτοματοποιημένου σχεδιασμού. Οι μηχανολογικές, κατασκευαστικές και σχεδιαστικές εφαρμογές γίνονται περισσότερες, αυξάνοντας την ευελιξία και την ποιότητα των εφαρμογών και μειώνοντας ταυτόχρονα το απαιτούμενο κόστος και χρόνο. Η ταχεία ανάπτυξη των επικοινωνιών και των δικτύων των υπολογιστών με τη συνεχή εξόπλωση του INTERNEt. Βοηθούν, ώστε να βελτιωθούν και να εξαπλωθούν οι εφαρμογές CAD με πολύ πιο γρήγορους ρυθμούς, αυξάνοντας αντίστοιχα και την ποιότητα των τελικών προϊόντων.

24 3.3. Κριτήρια αξιολόγησης ενός λογισμικού CAD Το κριτήρια αξιολόγησης ενός συστήματος CAD είναι; => Τυποττοιημένη και ανοικτή αρχιτεκτονική. Πρέπει να δέχεται εύκολα και χωρίς προβλήματα λογισμικό τρίτων εταιριών, καθώς και διάφορα περιφερειακά. => Δυνατότητες μοντελοποίησης. Στα περισσότερα εμπορικά λογισμικά υπάρχουν τρεις μέθοδοι μοντελοποίησης : Συρματική, Επιφανειακή και Στερεά Μοντελοποίηση. => Δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ διαφόρων συστημάτων συντεταγμένων, για ευκολότερη αναπαράσταση μοντέλων. => Για τη μεταφορά δεδομένων από ένα σύστημα σε ένα άλλο, πρέπει να υπάρχει η απαραίτητη τυποποίηση της μσρφής των δεδομένων για τα γραφικά. => Το λογισμικό πρέπει να είναι σχεδιασμένο, ώστε ο χρήστης να αφιερώνει περισσότερο χρόνο στο σχεδιασμό, παρά στην εισαγωγή εντολών. => Το πλήθος των απαραίτητων βημάτων, για την ενεργοποίηση μιας εντολής, να είναι το μικρότερο δυνατό. => Κάθε εντολή, που μπορεί να επηρεάσει τη βάση δεδομένων, πρέπει να έχει προστασία απέναντι σε κάθε προσπάθεια αλλαγής των παραμέτρων της. => Οι μπόρες εντολών πρέπει να είναι σχεδιασμένες, για εύκολη πρόσβαση οπό το χρήστη. => Ένα πλήθσς εντολών πρέπει να είναι προσβάσιμο κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης άλλων εντολών, χωρίς να επηρεάζουν τη διαδικασία εκτέλεσης των εντολών αυτών. => Ο σχεδιασμός του περιβάλλοντος εργασίας του συστήματος πρέπει να είναι φροντισμένος, τακτοποιημένος και απλός. Το λειτουργικό σύστημα δρα σαν το μέσο αλληλεπίδρασης μεταξύ hardware και εφαρμογής CAD. Η βασική αρχιτεκτονική δομή του συστήματος CAD φαίνεται στην Εικόνα 1. Εικόνα 1. Βασική αρχιτεκτονική δομή ενός συστήματος CAD

25 3.4. Ταξινόμηση των συστημάτων CAD βάσει του τύττου του υπολογιστή που χρησιμοποιείται Γενικά τα συστήματα CAD ταξινομούνται στις παρακάτω τέσσερις κατηγορίες: Συστήματα που λειτουργούν με Υπερυπολογιστές (main face-based systems). Συστήματα που λειτουργούν με Μίνι-υπολογιστές (Mminicomputer- based systems). Συστήματα που λειτουργούν με Σταθμούς εργασίας (Workstation- based systems). Συστήματα που λειτουργούν με Μικροϋπολογιστές (Microcomputer-based systems ή PC). Ωστόσο τα συστήματα CAD μπορούν να ταξινομηθούν και με άλλους τρόπους. Ταξινόμηση σύμφωνα με το πεδίο εφαρμογής (field of application ); Στο μηχανολογικό σχέδιο Στο αρχιτεκτονικό σχέδιο Στο σχέδιο ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ταξινόμηση σύμφωνα με τη μέθοδο μοντελοποίησης (modeling methods). Σχεδιασμός σε δύο ή τρεις διαστάσεις Σχεδιασμός ανάγλυφων επιφανειών (sculptured surfaces). Μοντελοποίηση τρισδιάστατων στερεών αντικειμένων (solid modeling). Τα συστήματα CAD συνοδεύονται πάντοτε από παρελκυόμενα εξαρτήματα και περιφερειακές συσκευές, τα οποία χωρίζονται σε συσκευές εισόδου και εξόδου όπως στην Εικόνα 2. Εικόνα 2. Συσκευές εισόδου και εξόδου συστήματος CAD

26 3.5. Σχεδιασμός σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Οι γεωμετρικές αναπαραίττάσεις αντικειμένων, που δημιουργούνται σε ένα σύστημα CAD βασίζονται στην δημιουργία γραφικών με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τα γραφικά αυτό ορίζονται ως παραγωγή, αναπαράσταση και επεξεργασία του μοντέλου ενός αντικειμένου καθώς και δυνατότητα παρατήρησης του από διαφορετικές γωνίες μέσω της συνεργασίας του λογισμικού με το (Hardware). Τα γραφικά αποτελούν τεχνική για τη βελτίωση της επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου και υπολογιστή, βασιζόμενη στη φράση, ότι "μια εικόνα αξίζει όσο χίλιες λέξεις". Μέσω των γραφικών είναι δυνατή η εξομοιώσει, όποτε και η πρόβλεψη πολλών γεγονότων της πραγματικής ζωής, όπως η πρόσκρουση των αυτοκινήτων, το πιλοτάρισμα αεροπλάνων, η απόδοση διάφορων συσκευών κλπ Τρόπος λειτουργίας των συστημάτων CAD Το συστήματα CAD παρέχουν ένα περιβάλλον εργασίας, στο οποίο υπάρχουν εντολές, κουμπιά και menu για το χειρισμό του χώρου σχεδίασης και τη δημιουργία των σχεδίων. Για την εκτέλεση αυτών των λειτουργιών χρησιμοποιούντο λογισμικά μαθηματικά μοντέλα τα οποία αποτελούνται κυρίως από μήτρες μετασχηματισμών. Για την παραγωγή και την οπτικοποίηση των σχεδίων λοιπόν ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία; Οι χειρισμοί του χρήστη μετατρέπονται σε μαθηματικά μοντέλα τπνάκων γίνεται επεξεργασία των μαθηματικών μοντέλων με την εκτέλεση των απαιτούμενων κάθε φορά πράξεων. Το αποτέλεσμα μεταφράζεται σε γραφικά στην οθόνη του υπολογιστή. Όλα τα σχήματα λοιπόν εκφράζονται από το λογισμικό με μαθηματικό τρόπο. Όταν για παράδειγμα ο χρήστης περιστρέφει ένα αντικείμενο στο χώρο σχεδίασης, το πρόγραμμα με τη χρήση μετασχηματισμών περιστροφής υπολογίζει τις τελικές συντεταγμένες του αντικειμένου και το εμφανίζει στην οθόνη στη νέο του θέση. Γενικά στις λειτουργίες του λογισμικού χρησιμοποιείται η κατάλληλη μήτρα (πίνακας) μετασχηματισμού. Το εμπορικά Λογισμικά CAD έχουν δημιουργηθεί με τη χρήση κατάλληλων πυρήνων ανάτττυξης. Οι πυρήνες ανάπτυξης είναι προϊόντα πολύ υψηλού κόστους, τα οποία αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη ενός λογισμικού CAD. Κάθε εταιρία λογισμικού CAD αναπτύσσει το προϊόν της με τη χρήση ενός τέτοιου πυρήνα. Η ανάπτυξη έχει κυρίως την έννοια της σχεδίασης του περιβάλλοντος εργασίας του λογισμικού, αφού οι δυνατότητες του λογισμικού εξαρτώνται σε μεγάλο ποσοστό από τις δυνατότητες του πυρήνα ανάπτυξης που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα ο πυρήνας ανάτττυξης του Autocad δεν υποστήριζε παλαιότερα τη δημιουργία καμπυλότητας ως προς δύο επίπεδα ταυτόχρονα, οπότε το λογισμικό είχε περιορισμό στο θέμα αυτό σε σχέση με τα σχήματα που μπορούσε να παράγει Οι διαθέσιμοι πυρήνες ανάπτυξης είναι σχετικά λίγοι (λιγότεροι από πέντε) σε σχέση με το πλήθος των εμπορικών λογισμικών εργαλείων CAD και περιλαμβάνουν όλες τις μαθηματικές λειτουργίες του λογισμικού CAD, που αναφέρονται παραπάνω. Ενδεικτικά αναφέρονται ο πυρήνας ACIS που χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη διαφόρων CAD λογισμικών, ενώ κάποιες εταιρίες, όπως η Parametric Tecnology (Pro Engineer Πυρήνας Granite) έχουν ανάπτυξη οι ίδιες πυρήνες για τα προϊόντα που διαθέτουν.

27 3.7. Σχεδίαση σε δύο διαστάσεις Η σχεδίαση σε δύο διαστάσεις αποτέλεσε την πρώτη μορφή σχεδίασης σε υπολογιστή. Η σχεδίαση σε δύο διαστάσεις εξακολουθεί να έχει ευρεία χρήση, παρά την εξέλιξη του υπολογιστικού εξοπλισμού και των συστημάτων CAD. Αυτό οφείλεται στο ότι αποτελεί τη βασική μορφή τεχνικής σχεδίασης σε όλες τις ειδικότητες των μηχανικών. Επιπλέον υπάρχουν εφαρμογές, στις οποίες η τρίτη διάσταση δεν έχει ιδιαίτερη σημασία, εφόσον η τρισδιάστατη απεικόνιση δεν προσθέτει καμία χρήσιμη πληροφορία. Για παράδειγμα, μια πινακίδα κυκλοφορίας που έχει σχεδιασμένο ένα αυτοκίνητο, προειδοποιώντας για την ολισθηρότητα του δρόμου έχει ως σκοπό την προειδοποίηση των οδηγών για το συγκεκριμένο κίνδυνο. Η πληροφορία δεν εξαρτάται καθόλου από το αν το σχέδιο του αυτοκινήτου είναι τρισδιάστατο ή δισδιάστατο Κατά συνέπεια δεν υπάρχει λόγος παραγωγής ενός προοπτικού σχεδίου, στο οποίο θα αποδίδονται λετπομέρειες, που θα εξυπηρετήσουν αισθητικούς λόγους. Οι σύνθετες πληροφορίες για το ακριβές σχήμα και την υφή της επιφάνειας του αυτοκινήτου ενδέχεται να αποσπάσουν την προσοχή κάποιου από την ουσία της εικόνας (που είναι η επικινδυνότητα της οδήγησης) ή να τον εμποδίσουν να αντιληφθεί γρήγορα το μήνυμα της σήμανσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, λοιπόν, η χρήση τεχνικών τρισδιάστατης μοντελοποίησης μπορεί να επιβραδύνει τις διαδικασίες μετάδοσης της πληροφορίας. Η σχεδίαση σε δύο διαστάσεις έχει σημαντικούς περιορισμούς, οι οποίοι επιβάλουν σε αρκετές εφαρμογές τη χρήση τρισδιάστατων γεωμετρικών μοντέλων. Τα βασικότερα μειονεκτήματα της σχεδίασης σε δύο διαστάσεις είναι: Αδυναμία κατανόησης του προϊόντος (δεν υπάρχει δυνατότητα προοπτικών προβολών του προϊόντος, κλπ.), οπότε δημιουργείται η ανάγκη κατασκευής περισσότερων φυσικών πρωτοτύπων, τα οποία έχουν μεγάλο κόστος και απαιτούν χρόνο με αποτέλεσμα τη μη ελεγχόμενη ή καθυστερημένη είσοδο του προϊόντος στην αγορά. Υπάρχει ανάγκη για σχεδίασμά πολλών όψεων, τροποποίηση όλων των όψεων. Μια αλλαγή στο σχέδιο απαιτεί την Δεν υπάρχει η δυνατότητα εξαγωγής του σχεδίου σε σύστημα ΡΕΑ ή CAM, για το σχεδίασμά των χαρακτηριστικών του προϊόντος. Εξαίρεση αποτελούν μόνο ειδικές περιπτώσεις κοπής λαμαρίνας, όπου ο σχεδιασμός αφορά τον προσδιορισμό της θέσης των επιμέρους κομματιών πάνω στο φύλλο λαμαρίνας, οπότε γίνεται σε δύο διαστάσεις.