ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Transcript

1 Α.Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΠΟΣΤΟΛΙΔΟΥ ΟΝΟΜΑ: ΑΘΑΝΑΣΙΑ Α.Ε.Μ :3032 ΕΞΑΜΗΝΟ: ΠΤΥΧΙΟ ΤΕΣΣΕΡΑ Επιβλέττων Καθηγητής ΚΑΦΕΤΖΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Καβάλα 2006

2 Α.Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΠΟΣΤΟΛΙΔΟΥ ΟΝΟΜΑ: ΑΘΑΝΑΣΙΑ Α.Ε.Μ: 3032 ΕΞΑΜΗΝΟ: ΠΤΥΧΙΟ ΤΕΣΣΕΡΑ Επιβλέπων Καθηγητής ΚΑΦΕΤΖΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Καβάλα 2006

3 Αφιερώνεται στους γονείς μου

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ιστορική αναδρομή ελέγχου εργαλειομηχανών 1.2 Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Μηχανές με NC 2.1 Τρόπος λειτουργίας εργαλειομηχανών 2.2 Πλεονεκτήματα του NC 2.3 Λειτουργίες του NC 2.4 Κατάταξη των συστημάτων ελέγχου NC 2.5 Γλώσσες προγραμματισμού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Βασικά στοιχεία ελέγχου εργαλειομηχανών 3.1 Αρχές αυτομάτου ελέγχου 3.2 Συστήματα καθοδήγησης ανοικτού βρόγχου 3.3 Συστήματα καθοδήγησης κλειστού βρόγχου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αρχές προσαρμοστικού ελέγχου Σελ.4 Σελ.9 Σελ.17 Σελ.21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η εξέλιξη της τεχνολογίας NC σε CNC και DNC Σελ Που χρησιμοποιούνται οι εργαλειομηχανές CNC 5.3 Στόχοι ανάπτυξης και εφαρμογής των νέων συστημάτων CNC 5.4 Βασικές αρχές αριθμητικού ελέγχου 5.5 Ελεγκτές τριών αξόνων 5.6 Ελεγκτές τεσσάρων και πέντε αξόνων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Προγραμματισμός εργαλειομηχανών CNC 6.1 Κατάλογος των κωδικών Μ για τον τόρνο Denford 6.2 Κατάλογος των κωδικών Μ για την φρέζα Denford 6.3 Κατάλογος των κωδικών G για τον τόρνο Denford 6.4 Κατάλογος των κωδικών G για την φρέζα Denford ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ευέλικτα συστήματα κατεργασίας 7.1 Η ευελιξία ενός συστήματος παραγωγής 7.2 Αυτόματη αλλαγή εργαλείων Σελ.31 Σελ.36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Αυτοματισμός της παραγωγής με υπολογιστές Σελ Συστήματα της παραγωγής με ενσωμάτωση υπολογιστών (CIM) 8.2 Πλεονεκτήματα της παραγωγής με υποστήριξη υπολογιστών 8.3 Εισαγωγή στη λειτουργία του CIM 8.4 Επιμέρους συστήματα CIM 8.5 Τεχνική των ρομπότ 8.6 Τρόποι λειτουργίας 8.7 Παραδείγματα εφαρμογής 8.8 Καθοδήγηση των ρομπότ με αισθητήρες

5 8.9 Παραδείγματα εφαρμογής 8.10 Σχεδιασμός παραγωγής και έλεγχος παραγωγής (PPS) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Κατεργασία ηλεκτρικής απαλλαγής (EDM) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 Κοπή με νερό Σελ.64 Σελ.67

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η λειτουργία όλων των μηχανικών διατάξεων και των μηχανών απαιτεί πάντα κάποιο βαθμό καθοδήγησης και ελέγχου. Όσο πιο πολύπλοκη είναι η μηχανική διάταξη, τόσο πιο σύνθετη είναι η καθοδήγηση της και τόσο δυσκολότερος είναι ο έλεγχος της. Η παραδοσιακή δομή ελέγχου και καθοδήγησης μηχανικών δ ιατάζω ν από το χειριστή τους, συνεχώς υποβοηθείται ή αντικαθίστανται από κάποιο βαθμό αυτοματοποίησης. Στην εξέλιξη αυτή δεν θα μπορούσε να μη συμμετέχει η μηχανουργική τεχνολογία και μάλιστα η περιοχή των εργαλειομηχανών. Ιδιαίτερα, στις περιόδους υψηλής οικονομικής, εμπορικής και στρατιωτικής ανάπτυξης που ακολούθησαν το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, η αυτοματοποίηση των εργαλειομηχανών τέθηκε ως ο βασικότερος στόχος. Οι λόγοι αυτής της εξέλιξης προέκυψαν από την ανάγκη παραγωγής μεγάλων παρτίδων πανομοιότυπων τεμαχίων, με μικρό κόστος κατεργασίας και μεγάλη ακρίβεια κατασκευής. Η ανάπτυξη εξελιγμένων δομικών στοιχείων εργαλειομηχανών, δηλαδή των στοιχείων που αποτελούν τον κορμό ή σκελετό τους αλλά και των ιδιαίτερα ανθεκτικών κοπτικών εργαλείων, ώθησαν την παγκόσμια μηχανουργική παραγωγή σε υψηλά επίπεδα. Όμως, είναι γεγονός ότι οι παραγωγικές δυνατότητες των συμβατικών εργαλειομηχανών περιορίζονται, σε μεγάλο βαθμό, από την ικανότητα του χειριστή τους. Έτσι, η ποιότητα εργασίας και η παραγωγικότητα του τεχνίτη εργαλειομηχανικού είναι παράμετρος, που εξαρτάται από την εμπειρία, την εκπαίδευση, τη φυσική κατάσταση, ακόμα και την ψυχολογία και διάθεσή του. Είναι λοιπόν φυσικό η εξέλιξη των εργαλειομηχανών να κινηθεί και προς την κατεύθυνση του αυτομάτου ελέγχου τους και τη μείωση του ποσοστού συμμετοχής του χειριστή κατά τη λειτουργία τους. Στην προσπάθεια αυτή δεν θα μπορούσε να μείνει αμέτοχη η τεχνολογία των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, η οποία γνώρισε εκρηκτική ανάπτυξη τα τελευταία πενήντα χρόνια. ΟΡΙΣΜΟΙ Η έννοια αριθμητικός έλεγχος (Numerical Control ή NC) ταυτίζεται σχεδόν με τις μηχανουργικές κατεργασίες και τις εργαλειομηχανές. Ο αριθμητικός έλεγχος δίνει 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 ποσοοττό, 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.

7 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 λάγους 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 αυτοματοποιείται περισσότερο, ενώ ο έλεγχός της μπορεί να γίνεται πλέον και από απόσταση. Η CNC καθοδήγηση έχει το πλεονέκτημα της συνεργασίας της με συστήματα σχεδίασης (Computer Aided Design, CAD) και συστήματα κατεργασιών (Computer Aided Manufacturing,CAM) με ηλεκτρονικό υπολογιστή, ενώ δίδεται η δυνατότητα ένταξής της σε ολοκληρωμένα συστήματα παραγωγής (Flexible Manufacturing Systems, FMS). Επιπλέον, ένα μεγόλο ποσοστό υπολογισμών και διαδικασιών ελέγχου καθοδήγησης διεξάγονται στον ηλεκτρονικό υπολογιστή ταχύτερα και με μικρότερο κόστος. Όλες οι διαδικασίες καθοδήγησης και ελέγχου των εργαλειομηχανών NC και CNC από 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, κλπ.), ελέγχει τη χρήση ή όχι του υγρού κοπής, διαχειρίζεται τα κοπτικά εργαλεία, κλπ.. Για όλα αυτό συντάσσει ένα πρόγραμμα καθοδήγησης σε τυποποιημένη γλώσσα προγραμματισμού, μεταφέρει τον κώδικα στη μονάδα ελέγχου και ενεργοποιεί την εκτέλεση του προγράμματος. Κανένας δεν μπορεί να ισχυρισθεί ότι αυτή η αλληλουχία δεν είναι αυτοματοποιημένη. Όμως, η πρόοδος της τεχνολογίας και, ιδιαίτερα η ανάπτυξη των αισθητήρων και των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ), επιτρέπει στους κατασκευαστές εργαλειομηχανών να πάνε ένα βήμα παραπέρα. Στο σχεδίασμά δηλαδή "σκεπτόμενων" διατάξεων, που ανάλογα με την εξέλιξη της μηχανουργικής κατεργασίας, παίρνουν αποφάσεις και επεμβαίνουν στο πρόγραμμα καθοδήγησης. Οι μηχανές αυτές χαρακτηρίζονται άμεσα καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές με ηλεκτρονικό υπολογιστή (Direct Numerical Control - DNC). Στις DNC εργαλειομηχανές μπορεί να ελέγχεται αυτόματα η ταχύτητα κοπής, η χρήση ψυκτικού υγρού, η φθορά των κοπτικών εργαλείων, κλπ. Ιδιαίτερα για τη φθορά των κοπτικών εργαλείων πολλές ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές διαθέτουν ειδικές μετρητικές διατάξεις στις οποίες μετρώνται το κοπτικά εργαλεία, σε τακτικά χρονικά διαστήματα, κατά τη διάρκεια μιας κατεργασίας. Είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί οι παραδοσιακές εργαλειομηχανές χαρακτηρίζονται σήμερα συμβατικές. Η χρήση των εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση επιφέρει μεν εντυπωσιακή αύξηση της παραγωγικότητας αλλά απαιτεί

8 εξειδικευμένους χειριστές. Η σταδιακή μάλιστα διάχυση εργαλειομηχανών αυτής της τεχνολογίας στα ελληνικά μηχανουργεία απαιτεί ολοένα και περισσότερο χειριστές που απέχουν πολύ από την παραδοσιακή μορφή του μηχανουργού.

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ Η εξέλιξη του αριθμητικού ελέγχου στη μηχανουργική τεχνολογία στηρίζεται σε βασικές αρχές που αναπτύχθηκαν πολλούς αιώνες πριν. Αρχικές προσπάθειες έχουν καταγραφεί στην Κίνα και στην Ελλάδα με αντιπροσωπευτικάτερη τον Μηχανισμά των Αντικυθήρων, ο οποίος χρησιμοποιούνταν πιθανώς για αστρονομικούς και ημερολογιακούς υπολογισμούς. Βρέθηκε το σε αρχαίο ωαυάγιο κοντά στα Αντικύθηρα απά σφουγγαράδες της Σύμης. Ο μηχανισμάς του ήταν ιδιαίτερα σύνθετος έχοντας εσωτερικά 32 οδοντωτούς τροχούς ενώ είχε επιγραφές για το για το ζωδιακά κύκλο και τους μήνες. Πολύ αργότερα τον 14 αιώνα μ.χ, η ιδέα του ελέγχου μηχανικών διατάξεων μέσω ακολουθίας πληροφοριών, όπως είναι και ο αριθμητικός έλεγχας, εμφανίζεται στην κίνηση διακοσμητικών μορφών σε ρολόγια μεγάλων εκκλησιών. Σχήμαΐ.1.1: Ο μηχανισμός των Αντικυθήρων Το 1642 ο Blaise Pascal ( ), κατασκεύασε τον πρώτο μηχανικό υπολογιστή χρησιμοποιώντας ένα περίπλοκο σύστημο οδοντωτών τροχών. Σχήμα 1.1.2: Ο Blaise Pascal και ο πρώτος μηχανικός υπαλαγιστής Σχεδόν δύα αιώνες μετά, το 1808 ένας Γάλλος κλωοτοϋφαντουργός και εφευρέτης, ο Joseph Jacquard, χρησιμοποίησε διάτρητες μεταλλικές κάρτες σε υφαντικές μηχανές και κατόρθωσε να αναπαράγει με ταχύτητα πολύπλοκα σχέδια σε υφάσμαοτα. Περίπου 55 χρόνια αργότερα ανακαλύφθηκε το μηχανικό πιάνο. Η λειτουργία του βασιζόταν στη διέλευση αέρα μέσα από ένα κατάλληλα τρυπημένο και κινούμενο ρολό χαρτιού, που

10 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. Σχήμα 1.1.3: Ο Charles Babbage και ο υπολογιστής του Πάνω από 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 Eckert ο πpώjoς ηλεκτρονικός υπολογιστή! Σχήμα 1.1.4: Ο John Mauchly, ο Prosper Eckert και ο ENIAC Πρόκειται για το θρυλικό ENIAC (βλ. σχήμα α.6 σελ 8), ένα δημιούργημα μεγάλων διαστάσεων και βάρους τριάντα τόνων, που περιείχε 18 km καλώδια, συνδέσεις και απορροφούσε ισχύ 174 kwatt. Ο προγραμματισμός του ήταν μια πολύπλοκη εργασία σχεδόν ιεροτελεστία και απαιτούσε τη συνδυασμένη ρύθμιση 6000 διακοπτών. Η εξωπραγματική για την εποχή εκεινή υπολογιστική ισχύς είναι σήμερα σχεδόν αστεία, αφού σε μια κοινή αριθμομηχανή είναι πολλαπλάσιες φορές μεγαλύτερη. 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

11 στην ηλεκτρονική οδήγησε στη σημερινή εικόνα των υπσλογιστών και επέβαλε τη σύγχρσνη τεχνολσγική 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 πονοκέφαλας 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. Ακάμα οι απαιτήσεις της βιομηχανίας για ακόμα πιο σύνθετα τεμάχια δεν μπορούσαν να καλυφθούν από τα συμβατικά μηχανουργεία. Έως το 1949 η εξέλιξη ήταν αργή, αψού η τεχνολογία ήταν σε πρώιμο στάδιο. Αυτήν ακριβώς τη χρονιά ανατέθηκε στον John Pearson και στο Τεχνολογικά Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΓΓ) η αποστολή της ανάπτυξης αυτοματοποιημένων εργαλειομηχανών. Ο μηχανικός αυτός και οι συνεργάτες του πρώτοι προσδιόρισαν τις αρχές λειτουργίας των μηχανών. 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 διότρητες κάρτες. 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 κατακάρυφη φρεζομηχανή επιδείχτηκε με επιτυχία στο ΜΓΓ. Η ογκώδης αυτή φρεζομηχανή είχε όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά και εκτελούσε ταυτόχρονες και ανεξάρτητες μεταξύ τους κινήσεις σε τρεις άξονες κατεργασίας. Το 1954 άρχισε να χτίζεται η πρώτη συμβολική γλώσσα προγραμματισμού. Ονομάστηκε 'Αυτόματος Προγραμματισμός Εργαλείων '' (Automatically Programmed Tool, APT) και περιέγραφε με σχετική ευκολία τη μορφή του κατεργαζόμενου τεμαχίου και τις οδηγίες προς τη μηχανή για να το κατασκευάσει. Το 1958 η εταιρία Bendix αγόρασε την πατέντα από τον Pearson και κατασκεύασε την πρώτη εμπορική ψηφιακά καθοδηγούμενη εργαλειομηχανή. Απά εκείνα τα χράνια η βιομηχανία κατάλαβε τη σημασία της χρήσης των μηχανών αυτών. Έτσι άρχισε η προσπάθεια αυτοματοποίησης όλων των μηχανουργικών κατεργασιών και η ανάπτυξη αντιστοίχων 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 DNC. Έτσι σήμερα από την απλή διάτρηση έως την πολύπλοκη επεξεργασία ανάγλυφων επιφανειών χρησιμοποιούνται

12 απλές και φθηνές ή σύνθετες και ακριβές εργαλειομηχανές. Με την εξέλιξη αυτή οι παραδοσιακές δομές των μηχανουργείων δε συμβαδίζουν με τις δυνατότητες και τις απαιτήσεις των νέων μηχανών αλλά και τις παραγωγικές ανάγκες του σημερινού κόσμου. Βασική έρευνα ΑνάτΓτυξη της τεχνολογίας Εφαρμογή και εξέλιξη Σχεδίαση ττρώτων'νο Σχήμα 1.1.5: Ιστορική αναδρομή της ψηφιακής καθοδήγησης των εργαλειομηχανών. Η συνεργασία των μηχανουργικών κατεργασιών με NC, CNC και DNC μηχανές με άλλες λειτουργίες που υποστηρίζονται από ηλεκτρονικό υπολογιστή οδήγησαν στη δημιουργία των ολοκληρωμένων με υπολογιστή συστημάτων παραγωγής (CIM). Έτσι από τη σύλληψη ενός νέου προϊόντος, αυτό σχεδιάζεται, εξελίσσεται και βελτιστοποιείται μέσω των συστημάτων ανάπτυξης (Computer Aided Engineering - CAE),που περιλαμβάνουν συστήματα σχεδίασης (CAD) και προγράμματα υπολογισμών αντοχής με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Κατόπιν ο προγραμματισμός των κατεργασιών γίνεται σε συστήματα CAM λαμβάνοντας υπόψη τεχνολογικές παραμέτρους των κατεργασιών αυτών. Τα σύγχρονα μηχανουργεία εντάσσουν τις NC, CNC και DNC εργαλειομηχανές σε ακόμα πιο σύνθετες δομές, που ονομάζονται ευέλικτα συστήματα παραγωγής (FMS). Τα συστήματα αυτά ενσωματώνουν ηλεκτρονικό σχεδίασμά της παραγωγής, αυτόματες μεταφορικές διατάξεις και αποθήκες, βιομηχανικά ρομπότ και διατάξεις ποιοτικού ελέγχου. Όλα αυτά καθοδηγούνται και εποπτεύονται από έμπειρους μηχανικούς και τεχνικούς με τη βοήθεια δικτύου ηλεκτρονικών υπολογιστών. Με τον τρόπο αυτό η σύγχρονη παραγωγή μετατρέπεται από σπαζοκεφαλιά σε ελεγχόμενη και απλοποιημένη διαδικασία. Η χρήση της τεχνολογίας λογισμικού και υπολογιστών με στοιχεία τεχνητής νοημοσύνης οδηγεί στην πρώιμη έννοια του αυτομάτου εργοστασίου στο οποίο η συμμετοχή του ανθρώπινου παράγοντα στη λήψη αποφάσεων και στην καθοδήγηση μειώνεται ακόμα περισσότερο.

13 1.2 Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων Σχεδόν οτιδήποτε μπορεί να κατασκευασθεί σε μια συμβατική εργαλειομηχανή μπσρεί να κατασκευασθεί σε εργαλεισμηχανή NC, μαζί με τα πολλά πλεονεκτήματα της. Οι κινήσεις μιας εργαλεισμηχανής πσυ κατασκευάζει ένα προϊόν είναι δύσ βασικών ειδών: σημείου προς σημείο δηλ. κινήσεις σε ευθεία γραμμή και συνεχούς διαδρομής δηλ. κινήσεις περιγράμματος. Το Καρτεσιανό ή ορθογώνια, σύστημα συντεταγμένων επινσήθηκε από τον Γάλλο μαθηματικό φιλόσσφο Rene Descartes. Με το σύστημα αυτό, σπσιοδήποτε συγκεκριμένα σημείο μπορεί να περιγράφει με μαθηματικούς όρους από οποιοδήποτε άλλο σημείο κατά μήκος τριών καθέτων μεταξύ τους αξόνων. Η ιδέα αυτή ταιριάζει τέλεια στις εργαλεισμηχανές επειδή η κατασκευή τους βασίζεται γενικά σε τρεις άξσνες κίνησης (Χ,Υ,Ζ) και σε έναν άξονα περιστροφής. Σε μια απλή κατακόρυφη φραίζα, ο άξονας X είναι η οριζόντια κίνηση (δεξιά ή αριστερά) της τράπεζας, σ άξονας Υ είναι η εγκάρσια κίνηση της τράπεζας και ο άξονας Ζ είναι η κατακόρυφη κίνηση του γόνατος ή της ατράκτου. Τα συστήματα NC βασίζονται υπερβολικά στην χρήση ορθογώνιων συντεταγμένων επειδή ο προγραμματιστής μπορεί να προσδιορίσει ακριβώς κάθε σημείο μιας κατασκευής. Όταν σε ένα εξάρτημα πρσσδισρισθούν τα σημεία, χρησιμοποισύνται δύο τεμνόμενες ευθείες, μια κατακόρυφη και μια οριζόντια. Οι ευθείες αυτές πρέπει να είναι κάθετες μεταξύ τους, και το σημείο όπου τέμνονται ονομάζεται αρχή ή σημείο μηδέν.

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Μηχανές με NC Οι πρώτες μηχανές είχαν σχεδιασθεί έτσι ώστε ο χειριστής να βρίσκεται όρθιος μπροστά στη μηχανή ενώ χειριζόταν τις μονάδες ελέγχου. Αυτή η σχεδίαση δεν χρειάζεται πλέον, επειδή στο NC ο χειριστής δεν ελέγχει πιά τις κινήσεις της εργαλειομηχανής. Στις συμβατικές εργαλειομηχανές, για την απομάκρυνση του υλικού ξοδεύονταν μόνον το 20% του χρόνου. Όταν μπήκαν οι μονάδες ηλεκτρονικού ελέγχου, ο χρόνος για την απομάκρυνση του μετάλλου αυξήθηκε στο 80% και ακόμη περισσότερο. Ακόμη έχει ελαττωθεί ο χρόνος που χρειάζεται ώστε το εργαλείο κοπής να έλθει σε κάθε θέση κατεργασίας. 2.1 Τρόπος λειτουργίας εργαλειομηχανών με NC Η εργαλειομηχανή λειτουργεί με τον Αριθμητικό Έλεγχο (NC) περίπου με τον ίδιο τρόπο που θα λειτουργούσε με ένα χειριστή, αλλά εδώ αυτό γίνεται αυτόματα. Ο NC προσφέρει σχεδόν απίστευτη οικονομία στο κόστος παραγωγής, στην ακρίβεια των εξαρτημάτων και πολλά άλλα οφέλη. Περιληπτικά τα παρακάτω βήματα εργασίας με NC είναι: 1. Τα αριθμητικά στοιχεία μπορούν να εισαχθούν στο σύστημα με διάτρητη ταινία, εύκαμπτο δίσκο, μαγνητική ταινία ή απευθείας από έναν υπολογιστή. 2. Μια μονάδα μετάφρασης διαβάζει τα στοιχεία και τα μετατρέπει σε κάποια ηλεκτρική μορφή την οποία μπορεί να κατανοήσει το σύστημα. 3. Ένα σύστημα μνήμης αποθηκεύει τα στοιχεία μέχρι να χρειασθούν. 4. Σερβομηχανισμοί (μετατροπείς) στην εργαλειομηχανή μετατρέπουν τα στοιχεία σε πραγματικές κινήσεις της μηχανής. 5. Μια συσκευή μετρά τις κινήσεις της μηχανής για να καθορίσει αν οι σερβομηχανισμοί έχουν δώσει τις σωστές εντολές. 6. Μια μονάδα ανάδρασης στέλνει πίσω πληροφορίες από την συσκευή μέτρησης για σύγκριση έτσι ώστε η μηχανή να μετακινηθεί στην σωστή θέση.

15 Κέντρο κατεργασίας τόρνευσης Σχήμα 2.1.1: Συστήματα αυτόματης αλλαγής κοπτικών εργαλείων σε κέντρσ τόρνευσης Ότσν η διότρητη ταινία για ένα συγκεκριμένα εξόρτημα έχει ελεγχθεί ως προς την ακρίβεια, είναι έτοιμοι να χρησιμοποιηθεί. Η ταινία περιέχει σε δυαδική μορφή πλήρεις πληροφορίες για την μετακίνηση της τρόπεζας της μηχανής σε κόθε θέση εργασίας. Αυτό που χρειόζεται είναι μια απλή βόση για στερέωση του εξαρτήματος. Η διότρητη ταινία οδηγεί με ακρίβεια την εργαλειομηχανή στην σωστή θέση, σταματό εκεί, περιστρέφει το κοπτικό εργαλείο, καθορίζει τις ταχύτητες και την πρόωση και εκτελεί όλες τις εργασίες που χρειόζονται προκειμένου να κατασκευασθεί το τελειωμένο εξόρτημα. Σήμερα ο NC χρησιμοποιείται σε όλα τα είδη εργαλειομηχανών, σε μηχανές ηλεκτρικής εκκένωσης, σε μηχανές συγκόλλησης και σε συστήματα εποπτείας καθώς και στις περισσότερες κατασκευαστικές και συναρμολογητικές διαδικασίες. MCU : Η MCU είναι ο ενδιόμεσος σε όλη την εργασία NC. Η κύρια λειτουργία της είναι να πόρει το πρόγραμμα του εξαρτήματος και να μετατρέψει την πληροφορία αυτή σε γλώσσα που να μπορεί να κατανοήσει η εργαλειομηχανή έτσι ώστε να μπορέσει να εκτελέσει τις λειτουργίες που χρειόζονται για να παραχθεί το τελειωμένο εξόρτημα. Αυτό μπορεί να σημαίνει ΟΝ ή OFF ρωστήρων ή πηνίων και έλεγχο των κινήσεων της εργαλειομηχανής μέσω ηλεκτρικών ή υδραυλικών σερβομηχανισμών. Μια από τις πρώτες λειτουργίες που πρέπει να εκτελέσει η MCU είναι να πόρει τα στοιχεία που βρίσκονται σε δυαδική κωδικοποίηση από την διότρητη ταινία και να τα μεταβάλλει σε σε δυαδικά ψηφία. Αυτή η πληροφορία στέλνεται στη συνέχεια σε μια περιοχή αναμονής, που γενικό ονομόζεται προσωρινή μνήμη της MCU. Σκοπός της προσωρινής μνήμης είναι να επιτρέψει τις πληροφορίες ή τα στοιχεία να μεταφερθούν ταχύτερα σε άλλες περιοχές της MCU. Η περιοχή αποκωδικοποίησης στοιχείων και ελέγχου της MCU επεξεργάζεται πληροφορίες που ελέγχουν όλες τις

16 κινήσεις της εργαλειομηχανής όπως δίνονται από την διάτρητη ταινία. Η περιοχή αυτή ακόμη επιτρέπει στον χειριστή να διακόπτει ή να κάνει αλλαγές στο πρόγραμμα με το χέρι μέσω του πίνακα ελέγχου. CPU : Η CPU οποιουδήποτε υπολογιστή περιέχει τρία τμήματα: μονάδα ελέγχου, αριθμητική - λογική και μνήμη. Το τμήμα ελέγχου της CPU είναι αυτό που κάνει την σημαντικώτερη δουλειά στον υπολογιστή. Μερικές από τις κυριότερες λειτουργίες κάθε κομματιού της CPU είναι οι παρακάτω: 1. Τμήμα ελέγχου Συντονίζει και διαχειρίζεται όλο το σύστημα του υπολογιστή. Λαμβάνει και αποκωδικοποιεί στοιχεία από το πρόγραμμα που βρίσκεται στην μνήμη. Στέλνει σήματα σε άλλες μονάδες του συστήματος NC για να εκτελέσουν ορισμένες λειτουργίες. 2. Αριθμητική - Λογική Κάνει όλες τις πράξεις όπως, πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό και μέτρηση σύμφωνα με το πρόγραμμα. Δίνει απαντήσεις σε λογικά προβλήματα (συγκρίσεις, αποφάσεις κ.λ.π) 3. Μνήμη Διαθέτει προσωρινή μνήμη για τα στοιχεία που υφίστανται επεξεργασία. Εκτελεί την γρήγορη μεταφορά πληροφοριών από την κύρια μνήμη του υπολογιστή. Διαθέτει καταγραφέα μνήμης που δείχνει την συγκεκριμένη διεύθυνση για αποθήκευση και ανάκληση μιας λέξης. 2.2 Πλεονεκτήματα NC 1. Υπάρχει αυτόματη ή ημιαυτόματη λειτουργία των εργαλειομηχανών. Ο βαθμός αυτοματοποίησης μπορεί να επιλεγεί όσο θέλουμε. 2. Η ευέλικτη κατασκευή εξαρτημάτων είναι πολύ ευκολότερη. Για την κατασκευή άλλου εξαρτήματος μόνο η ταινία χρειάζεται αλλαγή. 3. Ελαττώνεται ο χώρος αποθήκευσης. Γενικά χρησιμοποιούνται απλές βάσεις στήριξης, ελαττώνοντας τον αριθμό των βάσεων που πρέπει να αποθηκεύουν.

17 4. Μπορούν να κατασκευασθούν με οικονομία μικρές παρτίδες εξαρτημάτων. Συχνά μπορεί να κατασκευασθεί με NC ταχύτερα και καλύτερα ένα απλό κομμάτι. 5. Ελαττώνεται ο μη παραγωγικός χρόνος. Ξοδεύεται περισσότερος χρόνος στην μηχανουργική κατεργασία του εξαρτήματος και λιγότερος χρόνος σε μετακίνηση και αναμονή. 6. Ελαττώνεται το κόστος των εργαλείων. Στις περισσότερες περιπτώσεις δεν χρειάζονται πολύπλοκες βάσεις στήριξης. 7. Τα έξοδα επίβλεψης και συναρμολόγησης είναι μικρότερα. Η ποιότητα του προϊόντος βελτιώνεται, πράγμα που ελαττώνει την ανάγκη επίβλεψης. 8. Αυξάνεται ο χρόνος αξιοποίησης της μηχανής. Ο χρόνος στον οποίο η μηχανή είναι ακίνητη είναι μικρότερος επειδή οι αλλαγές εξαρτημάτων και εργαλείων είναι γρήγορες και αυτόματες. 9. Η επεξεργασία πολύπλοκων σχημάτων είναι εύκολη. Τα νέα χαρακτηριστικά των μονάδων ελέγχου και οι νέες δυνατότητες προγραμματισμού καθιστούν πολύ εύκολη την μηχανουργική κατεργασία περιγραμμάτων και πολύπλοκων σχημάτων. 10. Το απόθεμα εξαρτημάτων γίνεται μικρότερο. Τα εξαρτήματα μπορούν να κατασκευασθούν όπως χρειάζεται από τις πληροφορίες στην διάτρητη ταινία. 2.3 Λειτουργίες NC Οι λειτουργίες NC έχουν προτυποποιηθεί από το ΕΙΑ και το ASCII. Αυτό το σύστημα κωδικοποίησης χρησιμοποιείται από τους περισσότερους κατασκευαστές μηχανών και ελέγχου NC. Αν και υπάρχουν μικρές παραλλαγές μεταξύ κάθε συστήματος, οι κώδικες λειτουργίας είναι βασικά οι ίδιοι. Στην εργασία NC χρησιμοποιούνται διάφορα είδη κωδικών λειτουργίας για να δείχνουν την κατηγορία της εργασίας που πρόκειται να εκτελέσει η εργαλειομηχανή. Οι περισσότερο συνηθισμένες είναι οι προκαταρκτικές ή εργασίες G, οι παραλειπόμενες ή εργασίες Μ, και οι εργασίες χαρακτήρα διεύθυνσης ή εργασίες από A μέχρι W, που πρέπει να εμφανίζονται στο χειρόγραφο και στην ταινία NC. Ο προγραμματισμός NC πραγματοποιείται σε μια μορφή μεταβλητού block με υπολογισμό διεύθυνσης λέξης. Κάθε λέξη εντολής αποτελείται από ένα χαρακτήρα διεύθυνσης (Χ,Υ,Ζ ή Μ) που ακολουθείται από τα αριθμητικά στοιχεία. Η διεύθυνση γράμματος λέει στην MCU ποιες εργασίες να εκτελέσει, ενώ ο αριθμητικός κώδικας συνήθως δίνει την απόσταση, την ταχύτητα, πρόωσης κ.λ.π

18 2.4 Κατάταξη των συστημάτων ελέγχου NC Υπάρχει η διάκριση μεταξύ των συστημάτων ελέγχου σημείου, ευθυγράμμου τμήματος, καμπύλης τροχιάς. Στα αριθμητικά συστήματα ελέγχου σημείου, φέρεται το τεμάχιο σε μια καθορισμένη ως προς το εργαλείο θέση που ορίζεται με αριθμούς. Η διαδρομή από το ένα σημείο στο επόμενο διανύεται στον δυνατό ελάχιστο χρόνο. Στην περίπτωση αυτών διανύονται όλοι οι συμμετέχοντες άξονες με την μέγιστη ταχύτητα και μόλις επιτευχθεί η τιμή των συντεταγμένων η κίνηση σταματά. Ανάλογα με την τελική θέση, η διάρκεια κινήσεως στους άξονες δεν είναι σε όλους η αυτή. Η κατεργασία π.χ. το τρύπημα αρχίζει, μόλις επιτευχθεί σε όλους τους άξονες η επιθυμητή τιμή θέσεως. Τα συστήματα ελέγχου σημείου χρησιμοποιούνται εκτός από τα δρόπανα και στις πρέσσες κοπής και στις μηχανές καλωδιώσεως. Πολλές φορές απαιτείται να μην αρχίσει η κατεργασία του τεμαχίου αμέσως μετά την άφιξή του στην τελική θέση αλλά κατά την διάρκεια της κινήσεώς του προς τη θέση αυτή, δηλαδή κατά μήκος ενός ευθυγράμμου τμήματος από το ένα σημείο οτο επόμενο. Σε μια εργαλειομηχανή με έλεγχο ευθυγράμμου τμήματος, η κατεργασία του αντικειμένου γίνεται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής παράλληλης προς τη διεύθυνση των αξόνων της μηχανής. Τα συστήματα ελέγχου ευθυγράμμου τμήματος χρησιμοποιούνται σε τόρνους και φρέζες, αν πρόκειται να κατασκευαστούν σε αυτές τις μηχανές απλά τεμάχια. Τα συστήματα ελέγχου καμπύλης τροχιάς χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δύσκολων τεμαχίων. Για την λήψη μιας οποιασδήποτε ευθύγραμμης ή καμπύλης τροχιάς, π.χ. για την κατεργασία ενός πτερυγίου στροβίλου, πρέπει να είναι εναρμονισμένες μεταξύ τους. Διοκρίνει κανείς το σύστημα ελέγχου 2 αξόνων, το σύστημα ελέγχου 2 από 3 άξονες, το σύστημα ελέγχου 5 οξόνων. Με το σύστημα ελέγχου τροχιάς 2 αξόνων της μηχανής, π.χ. κατά τον X και Ζ άξονα ενός τόρνου, ώστε να δημιουργηθεί ένα εκ περιστροφής στερεό οιασδήποτε μορφής.

19 Σχήμα 2.4.1: Φρεζομηχανή 5 αξόνων Για φρεζομηχανές χρησιμοποιείται το σύστημα 2 από 3 όξονες με τη δυνατότητα, την ταυτόχρονη κατεργασία κατό τη διεύθυνση 2 αξόνων της μηχανής, π.χ. με τους όξονες X, Υ μια οποιαδήποτε τροχιό στο επίπεδο X, Υ. Με αλλαγή αξόνων στους όξονες X, Ζ μπορεί να γίνει και κίνηση στην διεύθυνση Ζ. Έτσι μπορούν π.χ. να κατασκευαστούν μήτρες καλουπιών. Με το σύστημα ελέγχου τροχιός 3 αξόνων, μπορεί να κινηθεί το εργαλείο σε σχέση με το τεμάχιο σε οποιεσδήποτε τροχιές στον χώρο. Η πρόωση γίνεται εδώ ταυτόχρονα και στους τρεις άξονες X, Υ, Ζ. Το σύστημα ελέγχου τροχιάς 5 αξόνων επιτρέπει την ταυτόχρονη κίνηση κατά μήκος 5 αξόνων της μηχανής εναρμονισμένων, όμως, μεταξύ τους, δηλαδή στους 3 άξονες της μηχανής X, Υ, Ζ για την τροχιά στον χώρο και 2 για τις στροφές γύρω από τους άξονες στροφής, δηλαδή για μια κλίση του εργαλείου και μια στροφή ενός στρεπτού τραπεζιού, με σκοπό να έλθει το εργαλείο σε μια ορισμένη θέση ως προς το τεμάχιο. Με μια μηχανή, η οποία μπορεί να εκτελέσει αυτές τις κινήσεις, είναι δυνατή η κατασκευή οπών, π.χ. οπές με άξονες οιασδήποτε διευθύνσεως στο χώρο ή σε πολύ μικρό χρόνο, από ότι στο σύστημα ελέγχου 3 αξόνων, να κατασκευαστούν δύσκολα τεμάχια, διότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαχαιροκεφαλές αντί κοντυλιών. Φρεζομηχανές 5 αξόνων χρησιμοποιούνται προ πάντων για την κατεργασία επιφανειών ελευθέρας μορφής, π.χ. για την κατασκευή μητρών σφυρηλασίας και καλουπιών χυτεύσεως. Τα τυποποιημένα συστήματα ελέγχου τροχιάς χρησιμοποιούνται προπάντων σε φρεζομηχανές, τόρνους, ζουμποψάλιδα, μηχανές κοπής με φλόγα, μηχανές συγκολλήσεως και σχεδιαοτικές μηχανές. Τα συστήματα ελέγχου τροχιάς για ειδικές

20 μηχανές, π.χ. για μηχανές πριονισμού περιγραμμάτων με στρογγυλό τραπέζι (σχήμα 2), περιέχουν ένα δομικό στοιχείο για τον μετασχηματισμό των συντεταγμένων, το οποίο επιτρέπει τον προγραμματισμό του περιγράμματος σε συντεταγμένες X, Υ κατά τρόπο, ώστε πάντοτε η πριονοταινία να βρίσκεται σε εφαπτομενική θέση ως προς την περίμετρο. 2.5 Γλώσσες προγραμματισμού NC Στον προγραμματισμό NC υπάρχει μεγάλη ποικιλία γλωσσών υπολογιστών (σχεδόν εκατό). Πολλές όμως από αυτές είναι ειδικές γλώσσες και έτσι δεν χρησιμοποιούνται πολύ. Οι επτά περισσότερο συνηθισμένες γλώσσες προγραμματισμού NC είναι οι APT, ADAPT, UNIAPT, NUFORM, SPLIT, ACTION, και COMPACT II. Θα εξετάσουμε με συντομία κάθε μια ξεχωριστό. APT : Η γλώσσα APT (Automatic Programming of Tools, Αυτόματος Προγραμματισμός Εργαλείων) είναι η παλαιότερη και μια από τις ισχυρότερες γλώσσες επεξεργαστών NC, που αναπτύχθηκε αρχικά από μια ομάδα στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Συστημάτων του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασσαχουσσέτης ( ΜΓΓ) των ΗΠΑ το Το πεδίο της APT διευρύνθηκε αργότερα από το Κέντρο Βιομηχανικής Παραγωγικότητας του Ινστιτούτου Ερευνών της ΙΓΓ στο Σικάγο σε συνεργασία με μια ομάδα χρηματοδοτών της APT και κατασκευαστών. Η APT χρησιμοποιείται γενικά σε υπολογιστές με μεγάλες δυνατότητες και μπορεί να εκτελεί τις μαθηματικές πράξεις που χρειάζονται για πολύπλοκες καμπύλες με χρήση τεχνικών περιγραμμάτων με τέσσερις και πέντε άξονες. ADAPT: Η γλώσσα ADAPT αναπτύχθηκε σαν προσαρμογή (ADAPTation) της γλώσσας APT και έχει σχεδιασθεί να λειτουργεί σε μικρούς υπολογιστές. Η ανάπτυξη της υποβοηθήθηκε από την Αμερικανική Πολεμική Αεροπορία και χρησιμοποιείται για προγραμματισμό δύο ταυτόχρονων κινήσεων σε περιγράμματα σε ένα επίπεδο και σε έναν τρίτο άξονα γραμμικού ελέγχου. UNIAPT: Η γλώσσα UNIAPT είναι σχεδόν ίδια με την γλώσσα APT εκτός από το ότι υπάρχουν μερικές λέξεις σε κάθε γλώσσα που δεν αναγνωρίζονται ή δεν είναι συμβατές από την άλλη. Η γλώσσα UNIAPT και ο επεξεργαστής της λειτουργούν σε αποκλειστικό τοπικό μίνι υπολογιστή. Η UNIAPT μπορεί να χειρίζεται προγραμματισμό για όλες τις εργαλειομηχανές που έχουν τρεις άξονες και για τις περισσότερες με τέσσερις και πέντε άξονες. Σε μερικές περιπτώσεις, υπάρχει μια προαιρετική μονάδα επεξεργασίας πολλών αξόνων που επιτρέπει στο

21 σύστημα UNIAPT να κατεργάζεται εξαρτήματα σε συνεχή διαδρσμή πέντε αξόνων. NUFORM : Η γλώσσα NUFORM χρησιμοποιεί Αριθμητικούς (Numeric) κώδικες αντί μνημονικούς. Δεν χρησιμοποιούνται λέξεις, κώδικες αριθμών, συντμήσεις ή σημεία στίξης. Ο προγραμματιστής θα πρέπει να τοποθετήσει κάθε αριθμητική εισαγωγή στοιχείων σε ένα χειρόγραφο των 80 στηλών στην κατάλληλη στήλη. Κάθε γραμμή του χειρόγραφου πρέπει στη συνέχεια να διατρηθεί σε δελτίο των 80 στηλών και κατόπι όλο το πακέτο των δελτίων τροφοδοτεί τον υπολογιστή. Στη συνέχεια ο υπολογιστής παράγει το πρόγραμμα σε διάτρητα δελτία, διάτρητη ταινία, έντυπη λίστα ή σε οποιονδήποτε συνδυασμό των παραπάνω. Η γλώσσα NUFORM και ο επεξεργαστής της λειτουργούν γενικά σε αποκλειστικό τοπικό μίνι υπολογιστή και πρέπει να δίνεται μεγόλη προσοχή όταν γίνονται σύγκρίσεις. SPLIT: Η γλώσσα SPLIT (Sundstrand Processing Language, Internationally Translated, Γλώσσα Επεξεργασίας Sundstrand, Διεθνής Μετάφραση) και ο επεξεργαστής της που εξαρτάται από την εργαλειομηχανή, λειτουργεί είτε αποκλειστικά είτε με αλληλεπίδραση σε τοπικό υπολογιστή που μπορεί να μοιράζεται με άλλους χρήστες ή να είναι αποκλειστικός. Η SPLIT είναι η γονική γλώσσα μιας ομάδας που σποτελείται από τις γλώσσες SPILT, ACTION και COMPACT II. Αν και οι γλώσσες αυτές μοιάζουν πολύ, οι επεξεργαστές κάθε μιας είναι πολύ διαφορετικοί. ACTION: Η γλώσσα ACTION μοιάζει πολύ με την γλώσσα SPLIT αλλά χρησιμοποιεί πολύ διαφορετικούς επεξεργαστές. Η ACTION έχει σχεδιασθεί για να μαθαίνεται εύκολα, για να ελαττώνει τον χρόνο προγραμματισμού εξαρτημάτων αλλά να εξακολουθεί να μπορεί να χειρίζεται τα περισσότερα εξαρτήματα που θέλουν προγραμματισμό NC. Η γλώσσα ACTION και ο επεξεργαστής της που εξαρτάται από την εργαλειομηχανή λειτουργεί είτε αποκλειστικά είτε με αλληλεπίδραση σε τοπικό ή απομακρυσμένο υπολογιοτή. Η ACTION σε τοπική λειτουργία με αλληλεπίδραση μπορεί να αναβαθμιστεί και να προεκταθεί σε απευθείας σύστημα NC. COMPACT II: Η γλώσσα COMPACT II και ο επεξεργαστής της που εξαρτάται από την εργαλειομηχανή λειτουργεί σε περιβάλλον αλληλεπίδρασης σε απομακρυσμένο υπολογιστή με συμμετοχή από άλλους χρήστες. Η γλώσσα αυτή και ο επεξεργαστής της αναπτύχθηκαν για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες μιας μεγάλης πλειονότητας προγραμματικών απαιτήσεων καθώς και για εξαρτήματα με μέτρια πολυπλοκότητα. Η COMPACT II χρησιμοποιείται πολύ σε όλη την βιομηχανία για φραιζάρισμα, τόρνευση, διάτρηση, εσωτερική τόρνευση, EDM, διάτρηση υπό πίεση κ.λ.π.

22 ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ 3.1 Αρχές αυτομάτου ελέγχου Οι λειτουργίες των εργαλειομηχανών ψηφιακής καθοδήγησης προγραμματίζονται στη μονάδα κεντρικού ελέγχου ή σε κάποιο υπολογιστή που είναι συνδεδεμένος με τη μηχανή και την εξυπηρετεί. Το σύστημα ελέγχου μετατρέπει τις εντολές καθοδήγησης σε σήματα ελέγχου υπά μορφή ηλεκτ-ρικής τάσης ή παλμών. Τα σήματα αυτά ενεργοποιούν τελικά όλες τις λειτουργίες της εργαλειομηχανής, με βάση τις αρχές των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ). Τα συστήματα αυτά ονομάζονται αυτόματα, διότι η λειτουργία τους δεν γίνεται αντιληπτή από το χειριστή της εργαλειομηχανής. Οι διαδικασίες αυτομάτου ελέγχου συνθέτουν μία ολόκληρη επιστήμη, με εφαρμογές, εκτός από τη μηχανουργική τεχνολογία, στην ιατρική, στη βιολογία, στις οικονομικές επιστήμες και στην επιχειρηματική δραστηριότητα. Στις εφαρμοσμένες θετικές επιστήμες, εκεί που ανήκει και η μηχανουργική τεχνολογία, ο αυτόματος έλεγχος χρησιμεύει στο να παρακολουθούνται διάφορες καταστάσεις, να μετρώνται τα φυσικά μεγέθη και να επηρεάζεται ρ εξέλιξη μίας διαδικασίας προς τον καλύτερο και πιο επιθυμητό τρόπο. Για τον αυτόματο έλεγχο απαιτείται η ύπαρξη και συνεργασία ενός συνόλου ηλεκτρονικών και μηχανικών διατάξεων. Πιο συγκεκριμένα χρειάζονται: Κεντρικό σύστημα ελέγχου, το οποίο να συντονίζει όλες τις επιμέρους διεργασίες, που συμμετέχουν στο σύστημα αυτομάτου ελέγχου. Στην περίπτωση των εργαλειομηχανών ψηφιακής καθο-δήγησης, το ρόλο αυτό αναλαμβάνει η μονάδα ελέγχου της μηχανής MCU. Το κεντρικό σύστημα ελέγχου πρέπει να έχει έναν τρόπο επικοινωνίας με τον χειριστή της μηχανής, που στην προκειμένη περίπτωση είναι η οθόνη και το πληκτρολόγιο. Επίσης υπάρχουν και διάφορα πλήκτρα, τα οποία διευκολύνουν την εισαγωγή δεδομένων και ελέγχουν διάφορες λειτουργίες της εργαλειομηχανής. Μηχανισμοί και διαδικασίες, που να μπορούν να επιδράσουν και να διαμορφώσουν το μέγεθος που ελέγχεται. Αισθητήρες για τη μέτρηση του μεγέθους, που πρέπει νο ελεγχθεί κατά τη λειτουργία της εργαλειομηχανής. Για παράδειγμα, εάν ελέγχεται η ακρίβεια της κίνησης κατά μήκος ενός γραμμικού άξονα κατεργασίας, χρησιμοποιείται σαν αισθητήρας ένας κωδικοποιητής θέσεως. Εάν το μέγεθος που μετριέται, είναι οι δυνάμεις κοπής, τότε χρησιμοποιείται

23 απευθείας δυναμόμετρο ή γίνεται επεξεργασία της ισχύος που απορροφά η άτρακτος της εργαλειομηχανής. Ηλεκτρονικά κυκλώματα και ηλεκτρικά υποσυστήματα, που να μπορούν να επεξεργάζονται και να μεταφέρουν τα σήματα καθο-δήγησης, που παράγονται στο κεντρικό σύστημα ελέγχου προς τους μηχανισμούς. Επίσης, οι ίδιες διαδικασίες γίνονται και στην περίπτωση μεταφοράς των σημάτων των αισθητήρων προς το κεντρικό σύστημα ελέγχου. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ενισχυτές, ανορθωτές, μετασχηματιστές, καλωδιάσεις κ.λ.π. Στις εργαλειομηχανές με ψηφιακή καθοδήγηση, η κύρια λειτουργία του συστήματος αυτομάτου ελέγχου είναι να τοποθετεί την τράπεζα ή την άτρακτο της μηχανής στην προγραμματισμένη θέση. Η διαδικασία αυτή αποτελεί το 95% του συνολικού χρόνου λειτουργίας του συστήματος. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι ελέγχου με τους οποίους το σύστημα αριθμητικού ελέγχου εκπληρώνει την ακριβή τοποθέτηση, πρόκειται για το σύστημα κλειστού και ανοικτού βρόγχου. 3.2 Συστήματα καθοδήγησης ανοικτού βρόγου Η αρχή λειτουργίας του συστήματος καθοδήγησης ανοικτού βρόγχου φαίνεται στο σχήμα. Το σήμα ελέγχου κάθε μετατόπισης ή κίνησης, που προέρχεται από την κεντρική μονάδα ελέγχου, ενισχύεται, ώστε να μπορεί να ενεργοποιήσει τον αντίστοιχο κινητήρα. Με τη σειρά του ο κινητήρας μεταδίδει κίνηση στους ολισθητήρες της εργαλειομηχανής απευθείας είτε έσω κατάλληλου μειωτήρα στροφών. Με τη διαδικασία αυτή, η παροχή ισχύος από τους κινητήρες ρυθμίζεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να προκύπτει η επιθυμητή ταχύτητα ή πρόωση κατεργασίας. Εάν όμως για παράδειγμα το φορτίο της εργαλειομηχανής μεταβληθεί, διότι αυξάνεται το βάθος κοπής τότε η ταχύτητα του σερβοκινητήρα θα επηρεασθεί. Η μείωση της ταχύτητας όμως δεν θα γίνει αντιληπτή από την κεντρική μονάδα ελέγχου αφού δεν υπάρχει κάποιος τρόπος να φτάσει ως εκεί η πληροφορία. Για το λόγο αυτό το σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόγχου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μηχανές με μεταβαλλόμενο φορτίο κοπής. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε εργαλειομηχανές διάτρησης όπου το φορτίο κοπής είναι σταθερό. Η εφαρμογή τέτοιων συστημάτων περιορίζεται σε κατεργασίες, στις οποίες δεν απαιτείται ακρίβεια μεγαλύτερη από 25 pm.

24 της μετατόπισης στους ολισθητήρες εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση. 3.3 Συστήματα καθοδήγησης κλειστού βρόγχου Τα προβλήματα ελέγχου που δεν είναι δυνατό να λυθούν με χρήση συστήματος ανοικτού βρόγχου λύνονται με συστήματα κλειστού βρόγχου. Η λειτουργία των συστημότων αυτών βασίζεται στην αρχή της ανάδρασης που είναι το θεμέλιο στην επιστήμη του αυτομάτου ελέγχου. Ανάδραση σημαίνει η σύγκριση της πραγματικής τιμής ενός μεγέθους με την επιθυμητή τιμή και κατάλληλη επέμβαση, ώστε η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών τιμών να ελαχιστοποιηθεί. Για παράδειγμα, εάν το ελεγχόμενο μέγεθος είναι η μετατόπιση ενός άξονα κατεργασίας μίας εργαλειομηχανής, πρέπει να υπάρχει ένα σύστημα μέτρησης. Ανά πόσα στιγμή συγκρίνεται η πραγματική θέση του ολισθητήρα με την προγραμματισμένη θέση. Η διαφορά των τιμών οδηγείται στην κεντρική μονάδα ελέγχου και το σήμα καθοδήγησης αυξάνει ή μειώνει την ταχύτητα του αντίστοιχου σερβοκινητήρα, ώστε να διορθωθεί το λάθος. Η αρχή λειτουργίας ενός συστήματος κλειστού βρόγχου φαίνεται στο σχήμα. Οι διαφορές από το αντίστοιχο σχήμα του συστήματος καθοδήγησης ανοικτού βρόγχου είναι η εισαγωγή του κωδικοποιητή θέσης και της μονάδας ανάδρασης. Τα συστήματα ανάδρασης είναι ηλεκτρονικές συσκευές που συγκρίνουν σε ηλεκτρικές ή μαγνητικές κλίμακες. Εάν το σύστημα είναι ψηφιακό η συσκευή συγκρίνει παλμούς ενώ εάν είναι αναλογικό συγκρίνει τάσεις. Έχουν όλα μια βασική κατασκευαστική αρχή. Όταν ένα σύστημα επιτύχει την επιθυμητή θέση και τη διατηρεί, το σύστημα ανάδρασης παράγει παλμούς μηδενικού μεγέθους ή μηδενική τάση. Στην περίπτωση αυτή, η κεντρική μονάδα ελέγχου δεν έχει κάποιο ερέθισμα, ώστε να τροποποιήσει κάποιες από τις αρχικές εντολές της. Σε αντίθετη περίπτωση όταν στο σύστημα ανάδρασης

25 παράγονται παλμοί ή τάση, το σύστημα ελέγχου ρυθμίζει τις αρχικές εντολές της. Σχήμα 3.3.1: Σύστημα ελέγχου κλειστού βρόγχου για τον έλεγχο της μετατόπισης στους ολισθητήρες εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση. Σε συστήματα κλειστού βρόγχου με παλμούς, απαιτούνται περίπου ηλεκτρικοί παλμοί, για να μετακινηθεί ο ολισθητήρας 25mm. Ο κάθε παλμός ελέγχεται από το σύστημα ανάδρασης και αυτό σημαίνει ότι υπάρχει δυνατότητα ελέγχου της κίνησης του ολισθητήρα κατά 2.5pm. Έτσι η ακρίβεια που επιτυγχάνουν τα συστήματα κλειστού βρόγχου. Πέρα από την ανάδραση για τον έλεγχο της θέσης κάποιου ολισθητήρα, υπάρχουν και άλλες παράμετροι που πρέπει να ελέγχονται αυτόματα. Τυπική περίπτωση αποτελεί ο έλεγχος της ταχύτητας κοπής, που χρησιμοποιείται για να βελτιστοποιήσει την ποιότητα σύνθετων επιφανειών.

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΡΧΕΣ ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ Οι εργαλειομηχανές με ψηφιακή καθοδήγηση έχουν μεγάλο κόστος εγκατάστασης και επισκευών. Το αυξημένο κόστος εγκατάστασης δηλώνει ότι οι μηχανές αυτές για να αποδώσουν οικονομικά, πρέπει να λειτουργούν κοντά στα όρια που έχει ορίσει ο κατασκευαστής τους. Για παράδειγμα, η πρόωση στην κατεργασία και η ταχύτητα κοπής πρέπει να είναι όσο το δυνατόν κοντά στα όρια ισχύος που έχει η μηχανή. Με ταν τρόπο αυτό η παραγωγικότητα της εργαλειομηχανής βελτιστοποιείται. Από την άλλη πλευρά, η λειτουργία των μηχανών στα όρια τους εγκυμονεί πάντα κάποιο κίνδυνο υπέρβασής τους και τη δημιουργία βλαβών. Ο κίνδυνος αυτός αυξάνεται όσο πιο πολύπλοκο είναι το τεμάχιο κατεργασίας αφού αλλάζει συνεχώς το βάθος άρα και οι δυνάμεις κοπής. Οι μεταβολές στις δυνάμεις λόγω μεταβολών του βάθους κοπής είναι ως ένα βαθμό προβλέψιμες αφού η αρχική και η τελική μορφή του τεμαχίου είναι γνωστή. Υπάρχουν όμως και άλλες συνθήκες που επηρεάζουν την αλλαγή των συνθηκών κοπής, όπως είναι η φθορά του κοπτικού εργαλείου ή οι μεταβολές στην ποιότητα της πρώτης ύλης. Το πρόβλημα αυτό λύνεται στις σύγχρονες εργαλειομηχανές με την εισαγωγή τεχνικών προσαρμοστικού ελέγχου. Ο βασικός στόχος του προσαρμοστικού ελέγχου είναι να συμπληρώνει το σύστημα ελέγχου της μηχανής με αισθητήρες που προσδιορίζουν τις συνθήκες κοπής. Με τη χρήση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που επεξεργάζονται τα συστήματα των αισθητήρων, μπορούν να ρυθμίζονται αυτόματα η πρόωση και η ταχύτητα κοπής στις βέλτιστες ανά περίπτωση τιμές. Στο σχήμα φαίνεται ένα παράδειγμα λειτουργίας του προσαρμοστικού ελέγχου στον αριθμητικό έλεγχο εργαλειομηχανών. Καθώς το κοπτικό εργαλείο μετατοπίζεται από δεξιά προς τα αριστερά, το βάθος κοπής αυξάνεται και, κατά συνέπεια, αυξάνουν οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις κοπής. Έτσι, η απορροφούμενη ισχύς από τον κινητήρα της κινητήριας ατράκτου της εργαλειομηχανής αυξάνεται και πιθανά να υπερβεί τη μέγιατη επιτρεπόμενη. Για το λόγο αυτό, το σύστημα προσαρμοστικού ελέγχου μεταβάλλει αφενός την πρόωση κατεργασίας, ώστε να μειωθούν οι δυνάμεις κοπής, και αφετέρου την ταχύτητα κοπής, ώστε να μειωθεί η απορροφούμενη ισχύς, προστατεύοντας έτσι το σύστημα εργαλειομηχανή - κοπτικό εργαλείο - κατεργαζόμενο τεμάχιο. Οι βασικοί στόχοι ενός συστήματος ελέγχου, που ενσωματώνει τεχνικές προσαρμοστικού ελέγχου είναι : Η προστασία της κύριας ατράκτου κοπής της εργαλειομηχανής από υπερφορτίσεις ή απότομες μεταβολές ισχύος κατά την είσοδο και έξοδο από θέσεις κοπής.

27 Η προστασία του κοπτικού εργαλείου και του κατεργαζόμενου τεμαχίου από βλάβη ή καταστροφή. Ο σταθερός ρυθμός αφαίρεσης υλικού, στρατηγική που προσφέρει καλύτερη ποιότητα κατεργασίας. Η βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής του κοπτικού εργαλειού με τη διατήρηση σταθερών συνθηκών κοπής. Η μεταβολή της παροχής υγρού κοπής, ώστε να διασφαλίζεται η μέγιστη δυνατή ισχύς κοπής. Η επίτευξη μέγιστης ταχύτητας μεταφοράς σε περίπτωση απρόβλεπτου κενού κατεργασίας. Η ελαχιστοποίησης των τεχνολογικών παραμέτρων κοπής, που πρέπει να εισαχθούν από το χειριστή, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνός λαθών λόγω άγνοιας ή απειρίας. Απαιτήσεις ελέγχου εργαλειομηχανών Όπως φάνηκε στις προηγούμενες παραγράφους, οι δυνατότητες των σύγχρονων εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση στηρίζονται σε μεγάλο βαθμό στις εφαρμογές, που προσφέρει ο αυτόματος έλεγχος. Επειδή ίσως να φάνηκε ότι τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου είναι αλάθητα και προσφέρουν πάντα μεγάλη ακρίβεια, είναι σωστό να αναφερθούν και τα προβλήματα που συχνά αντιμετωπίζουν. Όλα αυτά τα προβλήματα σχετίζονται κυρίως με το μεγάλο αριθμό υπολογισμών, που πρέπει να εκτελέσουν αλλά και με το ότι έχουν να συνεργαστούν με καθαρά μηχανικές διατάξεις. Τα μηχανικά εξαρτήματα των εργαλειομηχανών δεν βρίσκονται πάντα σε άριστη κατάσταση, αφού συχνά εμφανίζουν φυσιολογικές φθορές ή απορρυθμίζονται. Έτσι σε περίπτωση που εμφανίζονται μηχανικά προβλήματα σε συνδυασμό με το μεγάλο αριθμό πράξεων καθοδήγησης, είναι πιθανό να δημιουργηθούν προβλήματα στην ποιότητα των μηχανουργικών κατεργασιών. Διακριτική ικανότητα Η μονάδα κεντρικού ελέγχου MCU των εργαλειομηχανών αποτελεί τον εγκέφαλο που ελέγχει όλες τις λειτουργίες τους και κυρίως την καθοδήγηση των κινήσεων του κοπτικού εργαλείου και του τεμαχίου. Και αν αυτό πρόβλημα ελέγχου φαίνεται απλό στην περίπτωση εκτέλεσης γραμμικών μετατοπίσεων, τα πράγματα είναι κατά πολύ δυσκολότερα στην περίπτωση κατεργασίας διαφόρων καμπύλών. Η δυσκολία αυτή είναι σημαντική ακόμα και κατά μήκος μόνο δύο αξόνων, για παράδειγμα στην τόρνευση σφαιρικών επιφανειών. Όπως είναι γνωστό από τη γεωμετρία, οι γραμμές και οι επιφάνειες αποτελούνται από άπειρο αριθμό σημείων. Δεν είναι φυσικά δυνατό να περιγραφούν οι μετατοπίσεις των αξόνων κατεργασίας σε όλα αυτά τα σημεία, αφού πρακτικά αυτό απαιτεί

28 άπειρους υπολογισμούς. Στην πράξη, αυτά που γίνεται είναι να διαιρούνται οι μετατοπίσεις ανά άξονα σε ένα πεπερασμένο αριθμά διαδοχικών διαστημάτων. Με τον τρόπο αυτό υπολογίζεται η θέση πεπερασμένου αριθμού σημείων, που είναι τα άκρα των διαστημάτων αυτών. Το πόσα πολλά είναι τα σημεία αυτά εξαρτάται από την διακριτική ικανότητα της μονάδας κεντρικού ελέγχου. Το μέγεθος αυτό εξαρτάται από τη χωρητικότητα της MCU, την ακρίβεια μετατόπισης των κινητήρων των αξόνων κατεργασίας αλλά και την ικανότητα ελέγχου των μετρητών θέσης. Έτσι η συνολική ακρίβεια των μετατοπίσεων από το σύστημα αυτομάτου ελέγχου των εργαλειομηχανών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διακριτική ικανότητα τους. Σχήμα 4.1: Διακριτική ικανότητα διαγραφής τροχιάς του κοπτικού εργαλείου Όσο προχωρά η εξέλιξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών τόσο μεγαλώνουν και οι δυνατότητες αύξησης του διακριτικού ελέγχου των εργαλειομηχανών. Φυσικά επειδή η ανάπτυξη των άλλων μηχανικών και ηλεκτρονικών συστημάτων που εκτελούν τις εντολές καθοδήγησης είναι πολύ αργή, η αύξηση της διακριτικής ικανότητας τελικά καθορίζεται από την εξέλιξη αυτών των εξαρτημάτων των εργαλειομηχανών. Επαναληψιμότητα Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που επέβαλαν την εφαρμογή του αριθμητικού ελέγχου στη μηχανουργική τεχνολογία, ήταν η ανάγκη της εκτέλεσης κατεργασιών με μεγάλη ακρίβεια. Όμως ακόμα και στην περίπτωση παραγωγής ενός τέλειου τεμαχίου.

29 TO ζητούμενο είναι κατά πόσο αυτό μπορεί να επαναληφθεί από μία έως χιλιάδες ή ακόμα και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Υπάρχει δηλαδή η απαίτηση της επαναληψιμότητας και της πιστής αναπαραγωγής ενός συγκεκριμένου συνόλου κατεργασιών. Για να γίνει πιο απλή η έννοια της επαναληψιμότητας αυτή μπορεί να ορισθεί από το εάν το κοπτικό εργαλείο ή το τεμάχιο μπορεί να πάει σε μια συγκεκριμένη θέση, για περισσότερες από μία φορές. Ένα αυτό γίνει για όλες τις θέσεις καθοδήγησης και κατά μήκος όλων των αξόνων κατεργασίας, το δεύτερο και τα επόμενα τεμάχια θα είναι ακριβώς όμοια με το πρώτο. Στην περίπτωση των συμβατικών εργαλειομηχανών, το πρόβλημα της μικρής επαναληψιμότητας είναι ένα από τα μεγαλύτερα αίτια της μειωμένης ακρίβειας που προσφέρουν. Τα προβλήματα που μπορούν να παρου-σιασθούν στην παραγωγή ενός συγκεκριμένου τεμαχιού με χρήση συμβατικών εργαλειομηχανών, μπορεί να είναι: Παραγωγή του πρώτου τεμαχίου σύμφωνα με τις απαιτήσεις ποιότητας και τις προβλεπόμενες ανοχές και αναπαραγωγή όλων των υπολοίπων με κάποιο σφάλμα. Αυτό για παράδειγμα μπορεί να οφείλεται σε συστηματικό λάθος στη νέα επιλογή μηδενικών σημείων και συστημάτων αναφοράς. Αυτή η περίπτωση είναι σπάνια. Παραγωγή του πρώτου τεμαχίου και ενός ακόμα αριθμού τεμαχίων σύμφωνα με τις απαιτήσεις ποιότητας και τις προβλεπόμενες ανοχές και αναπαραγωγή των υπολοίπων με κάποιο σφάλμα. Τυπική αιτία μπορεί να είναι η αλλαγή χειριστή, η αλλαγή εργαλειομηχανής ή ακόμα και η απορρύθμισή της. Περιοδική παραγωγή, σωστών τεμαχίων, με ενδιάμεσες παρτίδες ελαττωματικών. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην αλλαγή χειριστών και σε άλλες περιοδικά μεταβαλλόμενες συνθήκες παραγωγής. Και στις τρεις περιπτώσεις, η παραγωγή ελαττωματικών τεμαχίων οδηγεί σε αύξηση του κόστους παραγωγής και στη μείωση της παραγωγικότητας. Σε μεγάλο βαθμό το πρόβλημα αυτό λύνεται στις κατεργασίες με εργαλειομηχανές ψηφιακής καθοδήγησης, αφού η σχεδιαστική φιλοσοφία τους εξασφαλίζει την επαναληψιμότητα ενός κύκλου κατεργασιών. Αυτή η ικανότητα πιστής αναπαραγωγής μεγάλου αριθμού όμοιων τεμαχίων, οφείλεται σε δύο κυρίως λόγους. Ο πρώτος είναι ότι η αλληλουχία του κύκλου των κατεργασιών βρίσκεται αποθηκευμένη σε ψηφιακή μορφή, που δεν επηρεόζεται από τον ανθρώπινο παράγοντα και τις συνθήκες εργασίας. Ο δεύτερος είναι η μεγάλη ακαμψία και στιβαρότητα των εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση, είναι κυρίως μηχανικά προβλήματα και ανθρώπινα λάθη.

30 Αστάθεια Όπως φάνηκε στην περιγραφή του αυτομάτου ελέγχου, τα συστήματα που τον περιέχουν, μπορούν να είναι απλά (π.χ. συστήματα ανοικτού βράγχου) ή πιο σύνθετα (π.χ. συστήματα κλειστού βρόγχου). Σε όλες τις περιπτώσεις, υπάρχει ένας αριθμός ελέγχων που πρέπει να γίνουν, ώστε να εξασφαλιστεί η ακρίβεια των μετατοπίσεων των αξόνων κατεργασίας. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες, που μπορεί να δημιουργήσουν προβλήματα στη λειτουργία των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Στην περίπτωση αυτή τα συστήματα δεν μπορούν να εκπληρώσουν με ακρίβεια την αποστολή τους και λειτουργούν σε κατάσταση αστάθειας. Στην περίπτωση των εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση, αν υποτεθεί ότι έχει πάθει βλάβη έναας μετρητής θέσης, αυτός ή μετράει λάθος τη θέση του άξονα που τον περιέχει, ή δε δίνει καθόλου μέτρηση. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα αυτομάτου ελέγχου θέσης δε δέχεται τουλάχιστον ένα από τα δεδομένα που χρειάζεται, για να λειτουργήσει σωστά. Αυτό έχει ως συνέπεια να μην μπορεί να γίνει ο έλεγχος θέσης για το συγκεκριμένο άξονα κατεργασίας, με επακόλουθο να μειωθεί η ακρίβεια της κατεργασίας. Σε ακόμα χειρότερη περίπτωση, οι λανθασμένες ενδείξεις του μετρητή μπορεί να οδηγήσουν σε βλάβη της εργαλειομηχανής, αν για παράδειγμα οδηγήσουν το κοπτικό εργαλείο σε σύγκρουση με το τεμάχιο. Ένα άλλο πρόβλημα που μπορεί να δημιουργήσει αστάθεια στο σύστημα αυτομάτου ελέγχου της εργαλειομηχανής, είναι το να φθάνουν σε αυτό οι μετρήσεις καθυστερημένα. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε βλάβη των μετρητών θέσης ή ακόμα και σε υπερφόρτωση του υπολογιστή, που επεξεργάζεται τις μετρήσεις. Στη δεύτερη περίπτωση ο χρόνος απόκρισης του συστήματος, όπως αυτός ονομάζεται, είναι τόσο μεγάλος, ώστε το σύστημα αυτομάτου ελέγχου δεν μπορεί να λειτουργήσει σωστά και να οδηγήσει πάλι σε μείωση της ακρίβειας μετατόπισης. Οι σύγχρονες εργαλειομηχανές με ψηφιακή καθοδήγηση έχουν εξελιχθεί πάντως σε τέτοιο βαθμό, που σπάνια αντιμετωπίζουν προβλήματα αστάθειας του συστήματος αυτομάτου ελέγχου τους.

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ NC ΣΕ CNC ΚΑΙ DNC Μεγάλη ώθηση στην ανάπτυξη του αριθμητικού ελέγχου έδωσαν οι μικροεπεξεργαστές και οι μικροϋπολογιστές, με τους οποίους κατορθώθηκε σημαντική συμπίεση του κόστους του συστήματος ελέγχου. Πριν από την εμφάνιση αυτών στην αγορά, ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου γινόταν με λογικά κυκλώματα μικρού βαθμού ολοκλήρωσης, με αποτέλεσμα τα συστήματα αυτά να έχουν περιορισμένες δυνατότητες και μεγάλο κόστος. Η Τεχνολογία αυτή ανομάστηκε NC (αριθμητικός έλεγχος). Με τη χρησιμοποίηση όμως μικροεπεξεργαστών, έγινε δυνατή η αύξηση των δυνατοτήτων του συστήματος, όπως π.χ η διόρθωση του προγράμματος (editing), με ταυτόχρονη μείωση του κόστους. Τα νέα αυτά συστήματα, προς διάκριση ονομάστηκαν CNC (αριθμητικός έλεγχος με υπολογιστή). Οι μικροϋπολογιστές άνοιξαν το δρόμο για την εφαρμογή ελέγχου σε πραγματικό χρόνο. Στην περίπτωση αυτή, μία ομάδα εργαλειομηχανών με CNC συνδέεται με ένα κεντρικό υπολογιστή σαν να ήταν κοινά τερματικά. Ο κεντρικός υπολογιστής με κατάλληλα προγράμματα μπορεί να στέλνει πληροφορίες και εντολές ταυτόχρονα σε μερικές ή όλες τις εργαλειομηχανές με τις οποίες είναι συνδεδεμένος, η εκτέλεση δε των εντολών αυτών γίνεται σε πραγματικό χρόνο. Επίσης ο κεντρικός υπολογιστής μπορεί να κρατάει στατιστικά στοιχεία για το χρόνο και τη διάρκεια απασχόλησης των εργα- Σχήμα5.1.1; Κατεργασία πολύπλοκων επιφανειών λειομηχανών για ενημέρωση της διοίκησης. Τα συστήματα με κεντρικό υπολογιστή ονομάστηκαν DNC (Direct Numerical control). 5.2 Που χρησιμοποιούνται οι εργαλειομηχανές CNC Ο έλεγχος των μηχανών με αριθμητικό έλεγχο έχει επιφέρει επανάσταση στον κατασκευαστικό τομέα. Η τεχνολογία CNC μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιοδήποτε είδος μηχανής ή οποιαδήποτε διαδικασία η οποία απαιτεί καθοδήγηση από τον άνθρωπο. Όπως συμβαίνει με όλα τα συστήματα, οι λόγοι που επιβάλλουν τη χρήση των εργαλειομηχανών CNC είναι όχι μόνο