ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ (Computer Numerical Control CNC)

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΗΧΑΝΩΝ Διευθυντής : Καθηγητής Γεώργιος Χρυσολούρης ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΩΝ (Computer Numerical Control CNC) Μούρτζης Δημήτρης Δημητρακόπουλος Γιώργος Επίκουρος Καθηγητής Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΑΤΡΑ 2012

2 Συντομεύσεις CT: Chip Thickness, Πάχος αποβλήτου F: Ταχύτητα πρόωσης Rpm: Rotations per Minute, Στροφές / λεπτό CS: Cutting speed, Ταχύτητα κοπής D: Διάμετρος W: Βάθος κοπής Τ: Αριθμός κοπτικών ακμών εργαλείου R: Πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή f: Ταχύτητα πρόωσης ανά κοπτική ακμή CAM: Computer Aided Manufacturing Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εργαστηριακές Ασκήσεις Σελίδα Εργαστηριακή Άσκηση 1 4 Λύση άσκησης 1 5 Εργαστηριακή Άσκηση 2 9 Λύση άσκησης 2 10 Εργαστηριακή Άσκηση 3 13 Λύση άσκησης 3 14 Εργαστηριακή Άσκηση 4 17 Λύση άσκησης 4 18 Εργαστηριακή Άσκηση 5 19 Λύση άσκησης 5 20 Εισαγωγή στο CAM Computer Aided Manufacturing 23 Παραδείγματα πολύπλοκων εξαρτημάτων 37 Παράρτημα 1 : G Codes, M Codes 38 Παράρτημα 2 : Πίνακες 39 Βιβλιογραφία 40 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 3

4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 Θεωρήστε ότι για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος 1 διατίθεται ένα μπλοκ αλουμινίου με διαστάσεις 70505mm. Μετά την επιλογή της κατάλληλης εργαλειομηχανής και των κοπτικών εργαλείων να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι υπολογισμοί : 1. Να υπολογιστεί η ταχύτητα περιστροφής του κοπτικού εργαλείου (rotations per minute rpm) και η ταχύτητα πρόωσης (F) για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος Να υπολογισθεί το αποδεκτό πάχος απόβλητου (CT) για την συγκεκριμένη κατεργασία. 3. Να συνταχθεί το τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή του εξαρτήματος του σχήματος 1 Σχήμα 1α : Αξονομετρικό σχέδιο εξαρτήματος Σχήμα 1β : Κατασκευαστικό σχέδιο εξαρτήματος Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 4

5 ΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 1 ΒΗΜΑ 1 : Επιλογή εργαλειομηχανής Παρατηρώντας το αξονομετρικό σχέδιο του εξαρτήματος προκύπτει ότι για την κατασκευή του θα πρέπει να επιλέξουμε 3 αξονική CNC φρέζα. ΒΗΜΑ 2 : Επιλογή κοπτικών εργαλείων Σύμφωνα με το κατασκευαστικό σχέδιο του εξαρτήματος παρατηρούμε ότι θα πρέπει να γίνει χρήση δύο διαφορετικών κοπτικών εργαλείων. Το πρώτο (Τ1) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για το αρχικό ξεχόνδρισμα του εξαρτήματος θα είναι φρεζοκοπτικό με διάμετρο Φ10mm και 4 κοπτικές ακμές και το δεύτερο (Τ2) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για την διάτρηση των οπών θα πρέπει να είναι τρυπάνι με διάμετρο Φ9.5mm. ΒΗΜΑ 3 : Υπολογισμός της ταχύτητας κοπής και της ταχύτητας πρόωσης Υπολογισμοί για το κοπτικό εργαλείο Τ1 (φρεζοκοπτικό): Από τα στοιχεία του Πίνακα 2 (Παράρτημα 2) επιλέγουμε ταχύτητα κοπής (Cutting Speed) CS=200 γιατί το εξάρτημα θα κατασκευαστεί από μπλοκ αλουμινίου και υπολογίζουμε την ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου: ΣΗΜΕΙΩΣΗ: θα πρέπει να γίνει μετατροπή της τιμής D από mm σε inch. Άρα D=10/25,4 = 0,39inch CS rpm D 12 CS rpm D 4 rpm 2051,2 Για τον υπολογισμό της πρόωσης (Feed Rate) από τον Πίνακα 1 (Παράρτημα 2) επιλέγουμε R=0,004 πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή σε (inch) και Τ=4 γιατί έχει επιλεγεί φρεζοκοπτικό με 4 κοπτικές ακμές. F R T rpm F 32,82inch / min ΒΗΜΑ 4 : Υπολογισμός του αποδεκτού πάχους απόβλητου CT Για τον υπολογισμό του αποδεκτού πάχους αποβλήτου CT θα πρέπει να ορίσουμε μια τιμή για το βάθος κοπής (Cutting Depth) W. Έστω λοιπόν W=5mm=0,19inch W 0,19 CT R CT 0,004 CT 0,045mm 0, 0027inch D 0,39 Σύμφωνα με τον Πίνακα 1 (Παράρτημα 2) παρατηρούμε ότι η τιμή CT ΔΕΝ είναι αποδεκτή και θα πρέπει να υπολογιστεί η ταχύτητα πρόωσης ανά κοπτική ακμή (f) σύμφωνα με μία επιθυμητή τιμή του πάχους αποβλήτου. Ορίζουμε λοιπόν CT=0,008 f D W CT f 0,39 0,19 0,008 f 0,011 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 5

6 Με τη νέα τιμή του πάχους αποβλήτου ανά κοπτική ακμή επαναϋπολογίζουμε την τιμή της ταχύτητας πρόωσης: F 2051,2 4 0,011 F 90,25inch / min ΒΗΜΑ 5 : Τρόπος συγκράτησης του εξαρτήματος Διαδρομή κοπτικού Πρόγραμμα κατεργασίας Σχήμα 1γ : Διαδρομή κοπτικού Στο Σχήμα 1γ περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο θα δεθεί το μπλοκ αλουμινίου στο τραπέζι της εργαλειομηχανής με τη βοήθεια σφικτήρων συγκράτησης (``clamps``) καθώς και η διαδρομή του κοπτικού εργαλείου κατά την διαδικασία της διάτρησης των οπών (#1 έως #5) Σχήμα 1δ : Διαδρομή κοπτικού Στο Σχήμα 1δ περιγράφεται η διαδρομή του κοπτικού κατά την κατεργασία της εσωτερικής εσοχής του εξαρτήματος (#7 έως #11) Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 6

7 Σχήμα 1ε : Διαδρομή κοπτικού Στο Σχήμα 1ε περιγράφεται η διαδρομή της τελευταίας φάσης κατασκευής του εξαρτήματος. Τεχνολογικό Πρόγραμμα: % O1000 N1 G49 G64 G80 G0 G90 G40 (T1 DRILL D 10) N2 T0002 M6 N3 X13.7 Y12.7 S70 M3 N4 G43 Z88.9 H1 N5 G81 G94 X12.7 Y12.7 Z73 R89.9 F1000 N6 Z R13.7 N7 Y139.7 N8 Z R89.9 N9 G80 (T2 END MILL D 9.5) N10 T0003 M6 N11 G0 X0 Y S70 M3 N12 G43 Z N13 G1 Y F1000 N14 Z51.27 N15 Y N16 Z N17 Y N18 Z N19 Z N20 Y N21 Z53.77 N22 Y N23 Z N24 Y N25 Z N26 Z N27 Y N28 Z56.27 N29 Y N30 Z N31 Y N32 Z N33 Z N34 Y N35 Z58.77 N36 Y N37 Z N38 Y N39 Z N40 Z N41 Y N42 Z61.27 N43 Y N44 Z N45 Y N46 Z N47 Z N48 Y N49 Z63.77 N50 Y N51 Z N52 Y N53 Z N54 Z N55 Y N56 Z66.27 N57 Y N58 Z N59 Y N60 Z N61 Z N62 Y N63 Z68.77 N64 Y N65 Z N66 Y N67 Z N68 Z N69 Y N70 Y Z Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 7

8 N71 Y Z N72 Y Z N73 Z69.92 N74 Y Z N75 Y Z N76 Y Z71.27 N77 Y N78 Y Z N79 Y29.81 Z N80 Y Z69.92 N81 Z N82 Y29.81 Z N83 Y Z N84 Y Z N85 Y N86 Z N87 Z N88 Y N89 Y Z N90 Y Z N91 Y Z N92 Y Z N93 Z69.92 N94 Y Z N95 Y Z N96 Y Z N97 Y Z73.77 N98 Y N99 Y Z N100 Y Z N101 Y Z N102 Y Z69.92 N103 Z N104 Y Z N105 Y Z % N106 Y Z N107 Y Z N108 Y N109 Z N110 Z N111 Y N112 Y Z N113 Y Z N114 Y Z N115 Y Z N116 Y Z N117 Z69.92 N118 Y Z N119 Y Z N120 Y Z N121 Y Z N122 Y Z76.27 N123 Y N124 Y Z N125 Y Z N126 Y Z N127 Y24.94 Z N128 Y Z69.92 N129 Z N130 Y24.94 Z N131 Y Z N132 Y Z N133 Y Z N134 Y Z N135 Y N136 M5 N137 M30 N138 M2 N139 M30 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 8

9 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 Θεωρήστε ότι για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος 2 διατίθεται ένα μπλοκ αλουμινίου με διαστάσεις 5,04,00,63inch. Μετά την επιλογή της κατάλληλης εργαλειομηχανής και των κοπτικών εργαλείων να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι υπολογισμοί : 1. Να υπολογιστεί η ταχύτητα περιστροφής του κοπτικού εργαλείου (rotations per minute rpm) και η ταχύτητα πρόωσης (F) για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος Να υπολογισθεί το αποδεκτό πάχος απόβλητου (CT) για την συγκεκριμένη κατεργασία. 3. Να συνταχθεί το τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή του εξαρτήματος του σχήματος 2. Σχήμα 2α : Αξονομετρικό σχέδιο εξαρτήματος Σχήμα 2β : Κατασκευαστικό σχέδιο εξαρτήματος Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 9

10 ΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 2 ΒΗΜΑ 1 : Επιλογή εργαλειομηχανής Παρατηρώντας το αξονομετρικό σχέδιο του εξαρτήματος προκύπτει ότι για την κατασκευή του θα πρέπει να επιλέξουμε 3 αξονική CNC φρέζα. ΒΗΜΑ 2 : Επιλογή κοπτικών εργαλείων Σύμφωνα με το κατασκευαστικό σχέδιο του εξαρτήματος παρατηρούμε ότι θα πρέπει να γίνει χρήση δύο διαφορετικών κοπτικών εργαλείων. Το πρώτο (Τ1) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για το αρχικό ξεχόνδρισμα του εξαρτήματος θα πρέπει να είναι φρεζοκοπτικό με διάμετρο Φ0,5inch με 2 κοπτικές ακμές και το δεύτερο (Τ2) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για την διάτρηση των οπών θα πρέπει να είναι τρυπάνι με διάμετρο Φ5/16inch. ΒΗΜΑ 3 : Υπολογισμός της ταχύτητας κοπής και της ταχύτητας πρόωσης. Υπολογισμοί για το κοπτικό εργαλείο Τ1: Από τα στοιχεία του Πίνακα 2 (Παράρτημα 2) επιλέγουμε CS=200 γιατί το εξάρτημα θα κατασκευαστεί από μπλοκ αλουμινίου και υπολογίζουμε την ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου: CS rpm D 12 CS rpm D 4 rpm 1600 Για τον υπολογισμό της πρόωσης (Feed rate) από τον πίνακα 1 επιλέγουμε R=0,004 πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή σε (inch) και Τ=2 γιατί έχουμε επιλέξει φρεζοκοπτικό με 2 κοπτικές ακμές. F R T rpm F 12,8inch / min ΒΗΜΑ 4 : Υπολογισμός του αποδεκτού πάχους απόβλητου CT Για τον υπολογισμό του αποδεκτού πάχους αποβλήτου CT θα πρέπει να ορίσουμε μια τιμή για το βάθος κοπής (Cutting Depth) W. Έστω W=1inch: W 1 CT R CT 0,004 CT 0,045mm 0, 0056inch D 0,5 Σύμφωνα με τον Πίνακα 1 παρατηρούμε ότι η τιμή CT =0,0056inch είναι αποδεκτή. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 10

11 ΒΗΜΑ 5: Τρόπος συγκράτησης του εξαρτήματος Διαδρομή κοπτικού Τεχνολογικό πρόγραμμα Σχήμα 2γ : Διαδρομή κοπτικού Σχήμα 2δ : Διαδρομή κοπτικού Τεχνολογικό Πρόγραμμα: % (L-BRACKET) N001 (TOOL NO. 1) (0.500 DIA. END MILL) (ROUGH/FINISH PART PERIPHERY) N100 G00 G90 G70 N101 X.26 Y.26 S1200 M03 N102 M00 (LOWER AND CLAMP SPINDLE) (BEGIN ROUGH MILL PASS - LEAVE.01STK/SIDE) N103 G01 Y3.26 F7.2 N104 X1.635 N105 Y1.76 N106 X4.26 N107 Y-.26 N108 X-.26 (BEGIN FINISH MILL PASS) N109 X-.25 Y-.25 N110 Y3.25 N111 X1.625 N112 Y1.75 N113 X4.25 N114 Y-.25 N115 X-.25 N116 M00 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 11

12 (UNCLAMP AND RAISE SPINDLE) (AT CYCLE START RETURNS TO TOOL CHANGE) N117 G00 X-10. Y0. N118 M00 N002 (TOOL NO. 2) (5/16 STUB DRILL) (DRILL THE.312 DIA. HOLES) N200 G00 G90 G70 N201 X.688 Y1.25 S1500 M03 N202 M00 (DRILL HOLE) N203 Y2.5 N204 M00 (DRILL HOLE) N205 X-10. Y.0 N206 M00 N003 (TOOL NO. 3) (3/16 STUB DRILL (DRILL.188 DIA. HOLES) N300 G00 G90 G70 N301G00 X3.563 Y.375 S2000 M03 N302 M00 (DRILL HOLE) N303 Y1.125 N304 M00 (DRILL HOLE) N305 G00 X-10. Y.0 N306 M30 % Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 12

13 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 Θεωρήστε ότι για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος 3 διατίθεται ένα μπλοκ αλουμινίου με διαστάσεις inch. Μετά την επιλογή της κατάλληλης εργαλειομηχανής και των κοπτικών εργαλείων να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι υπολογισμοί : 1. Να υπολογιστεί η ταχύτητα περιστροφής του κοπτικού εργαλείου (rotations per minute rpm) και η ταχύτητα πρόωσης (F) για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος Να υπολογισθεί το αποδεκτό πάχος απόβλητου (CT) για την συγκεκριμένη κατεργασία. 3. Να συνταχθεί το τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή του εξαρτήματος του σχήματος 3. Σχήμα 3α : Αξονομετρικό σχέδιο εξαρτήματος Σχήμα 3β : Κατασκευαστικό σχέδιο εξαρτήματος Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 13

14 ΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 3 ΒΗΜΑ 1 : Επιλογή εργαλειομηχανής Παρατηρώντας το αξονομετρικό σχέδιο του εξαρτήματος προκύπτει ότι για την κατασκευή του θα πρέπει να επιλέξουμε 3 αξονική CNC φρέζα. ΒΗΜΑ 2 : Επιλογή κοπτικών εργαλείων Σύμφωνα με το κατασκευαστικό σχέδιο του εξαρτήματος παρατηρούμε ότι θα πρέπει να γίνει χρήση δύο διαφορετικών κοπτικών εργαλείων. Το πρώτο (Τ1) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για το αρχικό ξεχόνδρισμα του εξαρτήματος θα πρέπει να είναι φρεζοκοπτικό με διάμετρο Φ10mm με 2 κοπτικές ακμές και το δεύτερο (Τ2) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για την διάτρηση των οπών θα πρέπει να είναι τρυπάνι με διάμετρο Φ3mm ΒΗΜΑ 3 : Υπολογισμός της ταχύτητας κοπής και της ταχύτητας πρόωσης. Υπολογισμοί για το κοπτικό εργαλείο Τ1: Από τα στοιχεία του Πίνακα 2 (Παράρτημα 2) επιλέγουμε CS=200 γιατί το εξάρτημα θα κατασκευαστεί από μπλοκ αλουμινίου και υπολογίζουμε την ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου: CS rpm D 12 CS rpm D 4 rpm 2051 Για τον υπολογισμό της πρόωσης (Feed Rate) από τον πίνακα 1 επιλέγουμε R=0,004 πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή σε (inch) και Τ=2 γιατί έχουμε επιλέξει φρεζοκοπτικό με 2 κοπτικές ακμές. F R T rpm F 24,61inch / min ΒΗΜΑ 4 : Υπολογισμός του αποδεκτού πάχους απόβλητου CT Για τον υπολογισμό του αποδεκτού πάχους αποβλήτου CT θα πρέπει να ορίσουμε μια τιμή για το βάθος κοπής (Cutting Depth) W. Έστω W=1inch W 1 CT R CT 0,004 CT 0, 0063inch D 0,3937 Σύμφωνα με τον Πίνακα 1 παρατηρούμε ότι η τιμή CT =0,0063inch είναι αποδεκτή. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 14

15 ΒΗΜΑ 5 : Τρόπος συγκράτησης του εξαρτήματος Διαδρομή κοπτικού Τεχνολογικό πρόγραμμα Σχήμα 3γ :Διαδρομή κοπτικού Σχήμα 3δ :Διαδρομή κοπτικού Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 15

16 ΒΗΜΑ 5 : Τεχνολογικό πρόγραμμα Τεχνολογικό Πρόγραμμα % O1000 N1 G49 G64 G17 G80 G0 G90 G40 G99 ( T1 DRILL D 3 ) N2 T0002 M6 N3 X13.7 Y76.2 S70 M3 N4 G43 Z H1 N5 G81 G94 X12.7 Y76.2 Z R F1000. N6 Y Z R26.4 N7 Y76.2 Z R N8 Y Z R26.4 N9 G80 (T2 END MILL D 10) N10 T0003 M6 N11 G0 X0 Y35.8 S70 M3 N12 G43 Z25.4 N13 G1 Z F1000 N14 Y21.35 N15 Z N16 Y35.8 N17 Z25.4 N18 Y38.3 N19 Y40.8 N20 Z N21 Y16.35 N22 Z N23 Y40.8 N24 Z25.4 N25 Y43.3 N26 Y45.8 N27 Z N28 Y11.35 N29 Z N30 Y45.8 N31 Z25.4 (T2 END MILL D 10) N32 T0004 M6 N33 G0 Y101.6 S70 M3 N34 G43 Z-2.5 N35 G1 Y0 F1000 N36 Y Z N37 Y Z N38 Y Z N39 Y-2.5 Z0 N40 Z50.8 N41 Y Z N42 Y Z N43 Y Z N44 Y0 Z53.3 N45 Y101.6 N46 Y Z N47 Y Z N48 Y Z N49 Y104.1 Z50.8 N50 Z N51 Y Z N52 Y Z N53 Y Z N54 Y101.6 Z N55 Y N56 Z N57 Y101.6 Z N58 Y Z N59 Y Z N60 Y Z N61 Y104.1 Z N62 Z0 N63 M5 N64 M30 N65 M2 N66 M30 % Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 16

17 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 Θεωρήστε ότι για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος 4 διατίθεται ένα μπλοκ αλουμινίου με διαστάσεις 70506mm. Μετά την επιλογή της κατάλληλης εργαλειομηχανής και των κοπτικών εργαλείων να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι υπολογισμοί : 1. Να υπολογιστεί η ταχύτητα περιστροφής του κοπτικού εργαλείου (rotations per minute rpm) και η ταχύτητα πρόωσης (F) για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος Να υπολογισθεί το αποδεκτό πάχος απόβλητου (CT) για την συγκεκριμένη κατεργασία. 3. Να συνταχθεί το τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή του εξαρτήματος του σχήματος 4. Σχήμα 4α : Αξονομετρικό σχέδιο εξαρτήματος Σχήμα 4β :Κατασκευαστικό σχέδιο εξαρτήματος Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 17

18 ΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 4 ΒΗΜΑ 1 : Επιλογή εργαλειομηχανής.. ΒΗΜΑ 2 : Επιλογή κοπτικών εργαλείων.. ΒΗΜΑ 3 : Υπολογισμός της ταχύτητας κοπής και της ταχύτητας πρόωσης. ΒΗΜΑ 4 : Υπολογισμός του αποδεκτού πάχους απόβλητου CT.. ΒΗΜΑ 5 : Τεχνολογικό πρόγραμμα.. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 18

19 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5 Θεωρήστε ότι για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος 5 διατίθεται ένα μπλοκ αλουμινίου με διαστάσεις inch. Μετά την επιλογή της κατάλληλης εργαλειομηχανής και των κοπτικών εργαλείων να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι υπολογισμοί : 1. Να υπολογιστεί η ταχύτητα περιστροφής του κοπτικού εργαλείου (rotations per minute rpm) και η ταχύτητα πρόωσης (F) για την κατασκευή του εξαρτήματος του Σχήματος Να υπολογισθεί το αποδεκτό πάχος απόβλητου (CT) για την συγκεκριμένη κατεργασία. 3. Να συνταχθεί το τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή του εξαρτήματος του σχήματος 5. Σχήμα 5α : Αξονομετρικό σχέδιο εξαρτήματος Σχήμα 5α : Κατασκευαστικό σχέδιο εξαρτήματος Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 19

20 ΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 5 ΒΗΜΑ 1 : Επιλογή εργαλειομηχανής Παρατηρώντας το αξονομετρικό σχέδιο του εξαρτήματος προκύπτει ότι για την κατασκευή του θα πρέπει να επιλέξουμε 3 αξονική CNC φρέζα. ΒΗΜΑ 2 : Επιλογή κοπτικών εργαλείων Σύμφωνα με το κατασκευαστικό σχέδιο του εξαρτήματος παρατηρούμε ότι θα πρέπει να γίνει χρήση δύο διαφορετικών κοπτικών εργαλείων. Το πρώτο (Τ1) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για το αρχικό ξεχόνδρισμα του εξαρτήματος θα πρέπει να είναι φρεζοκοπτικό με διάμετρο Φ1inch με 2 κοπτικές ακμές και το δεύτερο (Τ2) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για φινίρισμα θα πρέπει να είναι φρεζοκοπτικό με διάμετρο Φ0,6inch. ΒΗΜΑ 3 : Υπολογισμός της ταχύτητας κοπής και της ταχύτητας πρόωσης. Υπολογισμοί για το κοπτικό εργαλείο Τ1: Από τα στοιχεία του Πίνακα 2 (Παράρτημα 2) επιλέγουμε CS=200 γιατί το εξάρτημα θα κατασκευαστεί από μπλοκ αλουμινίου και υπολογίζουμε την ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου: CS rpm D 12 CS rpm D 4 rpm 800 Για τον υπολογισμό της πρόωσης (Feed rate) από τον πίνακα 1 επιλέγουμε R=0,004 πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή σε (inch) και Τ=2 γιατί έχουμε επιλέξει φρεζοκοπτικό με 2 κοπτικές ακμές. F R T rpm F 6,4inch / min ΒΗΜΑ 4 : Υπολογισμός του αποδεκτού πάχους απόβλητου CT Για τον υπολογισμό του αποδεκτού πάχους αποβλήτου CT θα πρέπει να ορίσουμε μια τιμή για το βάθος κοπής (Cutting Depth) W. Έστω W=0,25inch. W 0,25 CT R CT 0,004 CT 0, 002inch D 1 Σύμφωνα με τον Πίνακα 1 παρατηρούμε ότι η τιμή CT =0,002inch ΔΕΝ είναι αποδεκτή και θα πρέπει να υπολογίσουμε την ταχύτητα πρόωσης ανά κοπτικής ακμής (f) σύμφωνα με μία επιθυμητή τιμή του πάχους αποβλήτου. Ορίζουμε λοιπόν CT=0,008 f D W CT f 1 0,25 0,008 f 0,016 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 20

21 Με τη νέα τιμή του πάχους αποβλήτου ανά κοπτική ακμή επαναϋπολογίζουμε την τιμή της ταχύτητας πρόωσης: F ,016 F 25,6inch / min ΒΗΜΑ 5: Τεχνολογικό πρόγραμμα Τεχνολογικό Πρόγραμμα % O1000 N1 G49 G64 G17 G80 G0 G90 G40 G99 (T1 End Mill D 3) N2 T0002 M6 N3 Y S70 M3 N4 G43 Z47.25 H1 N5 G1 G94 Z48.65 F1000. N6 Y N7 Y Z47.25 N8 Y N9 Y N10 Y N11 Z50.15 N12 Y N13 Y Z N14 Y Z45.75 N15 Y N16 Z47.25 N17 Y N18 Y N19 Z51.65 N20 Y N21 Y Z N22 Y Z N23 Y Z N24 Y Z N25 Z44.25 N26 Y N27 Z47.25 N28 Y N29 Y N30 Z53.15 N31 Y N32 Y Z N33 Y Z N34 Y Z N35 Y Z N36 Y31.75 Z46.8 N37 Y N38 Z N39 Y Z N40 Y31.75 Z42.75 N41 Y N42 Z47.25 N43 Y N44 Y N45 Z54.65 N46 Y37.75 N47 Z54.3 N48 Y Z N49 Y Z N50 Y Z N51 Y Z N52 Y31.75 Z48.3 N53 Y N54 Z N55 Y Z N56 Y Z N57 Y31.75 Z41.25 N58 Y N59 Z47.25 N60 Y N61 Y N62 Z56.15 N63 Y36.25 N64 Z54.3 N65 Y Z N66 Y Z N67 Y Z N68 Y31.75 Z49.8 N69 Y N70 Z N71 Y Z N72 Y Z N73 Y Z N74 Y31.75 Z39.75 N75 Y N76 Z47.25 N77 Y N78 Y N79 Z57.65 N80 Y34.75 N81 Z54.3 N82 Y Z N83 Y Z N84 Y Z N85 Y31.75 Z51.3 N86 Y N87 Y Z N88 Y Z N89 Z N90 Y Z N91 Y Z Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 21

22 N92 Y Z N93 Y31.75 Z38.25 N94 Y N95 Z47.25 N96 Y N97 Y N98 Z59.15 N99 Y33.25 N100 Z54.3 N101 Y Z53.55 N102 Y32.5 Z N103 Y31.75 Z52.8 N104 Y N105 Y Z N106 Y Z N107 Z N123 Y Z N124 Y31.75 Z N125 Z54.3 N126 Y N127 Y Z N128 Y Z N129 Y Z N130 Y Z N131 Y Z N132 Z N133 Y Z N134 Y Z N135 Y Z N136 Y Z N137 Y31.75 Z35.25 N138 Y N139 Y Z N140 Y Z N141 Y Z N142 Z47.25 N143 Y-1.5 Z N144 Z N145 Z67. N169 M5 N170 M30 N171 M2 N172 M30 N108 Y Z N109 Y Z N110 Y Z N111 Y Z N112 Y31.75 Z36.75 N113 Y N114 Y Z N115 Y Z N116 Z47.25 N117 Y N118 Y N119 Z N120 Y Z N121 Y Z60.65 N122 Y N146 Y Z N147 Y Z N148 Y0 Z68.5 N149 Y82.55 N150 Y Z N151 Y Z N152 Y Z N153 Y Z N154 Y Z N155 Y Z N156 Y Z N157 Y Z N158 Y Z N159 Y Z N160 Y Z N161 Y76.2 Z N162 Y N163 Y Z N164 Y Z N165 Y Z27.4 N166 Y N167 Y Z N168 Y Z Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 22

23 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ CAM Computer Aided Manufacturing Τα τελευταία χρόνια η εξέλιξη των σχεδιαστικών προγραμμάτων καθιστά την σχεδίαση πολύπλοκων μηχανολογικών εξαρτημάτων σχετικά απλή διαδικασία, σε αντίθεση με την δημιουργία των αντίστοιχων κατασκευαστικών σχεδίων η οποία γίνεται αρκετά δύσκολη υπόθεση. Η κατασκευή αυτών των εξαρτημάτων απαιτεί την χρήση ενός Computer Aided Manufacturing (CAM ) προγράμματος με την βοήθεια του οποίου μπορούμε να έχουμε το τεχνολογικό πρόγραμμα για οποιοδήποτε μηχανολογικό εξάρτημα έχουμε σχεδιάσει στο αντίστοιχο CAD πρόγραμμα χωρίς να είναι απαραίτητη η ύπαρξη του κατασκευαστικού σχεδίου. Ένα από τα καλύτερα CAD CAM προγράμματα είναι το CATIA, που υλοποιείται από την εταιρεία λογισμικού Dassault Systemes. Στην συνέχεια ακολουθούν εισαγωγικές οδηγίες για τον τρόπο με τον οποίο από τη λειτουργία CAM του CATIA δημιουργούμε το Τεχνολογικό πρόγραμμα για την κατασκευή εξαρτήματος σε ένα CNC Milling Machine. ΒΗΜΑ 1: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Στην αρχική οθόνη του CATIA επιλέγουμε : Από το Start Machining Prismatic Machining ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Θα πρέπει να έχει ήδη σχεδιαστεί το κομμάτι(design part) και το πρόπλασμα (stock) και να έχουν συναρμολογηθεί (Assembly Design). Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 23

24 Αρχική οθόνη του Prismatic Machining Workbench Machine operation menu Επεξήγηση των βασικότερων εργαλείων: Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 24

25 ΒΗΜΑ 2: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Στην αρχική οθόνη του προγράμματος επιλέγουμε: Tο Tools Options Στο μενού που εμφανίζεται, επιλέγουμε από το Tree την ενότητα Machining Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 25

26 ΒΗΜΑ 3: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Οι επιλογές που μας ενδιαφέρουν είναι οι: Post Processor and Controller Emulation folder και το Tool output point Οι κατάλληλες επιλογές είναι: IMS και Tool Tip Αφού γίνουν οι βασικές αυτές ρυθμίσεις, πατάμε OK ΒΗΜΑ 4: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Σειρά έχει η επιλογή της κατάλληλης μηχανής, η τοποθέτηση του συστήματος συντεταγμένων και ο καθορισμός του ρόλου κάθε κομματιού. Αρχικά επιλέγουμε το part operation από το tree και με διπλό κλικ εμφανίζεται το αντίστοιχο menu Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 26

27 ΒΗΜΑ 5: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Κάνουμε click στο εικονίδιο machine Επιλέγουμε το 3ais machine (default επιλογή) και στο tab tooling το Mill and drill Starter Set Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 27

28 ΒΗΜΑ 6: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Στο tab Numerical Control επιλέγουμε: Controller Emulation: Fanuc5 Post Processor: fanuc0.lib Post Processor Table: IMSPPCC_Mill.pptable NC data type: ISO ΒΗΜΑ 7: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Επιλέγουμε το Reference Machining Ais System: Στο παράθυρο που εμφανίζεται, απεικονίζεται το σύστημα συντεταγμένων της διεργασίας. Με επιλογή του κεντρικού σημείου, ορίζουμε πάνω στο σχέδιο μας το Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 28

29 κέντρο συντεταγμένων και με επιλογή των αξόνων Χ και Ζ εμφανίζεται το ειδικό μενού για να καθορίσουμε τις κατευθύνσεις των αξόνων αυτών, ανάλογα με την περίσταση. Το τελικό αποτέλεσμα είναι να έχουμε ορίσει πλήρως το σύστημα συντεταγμένων. ΒΗΜΑ 8: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Επιλέγουμε το Design Part Με την επιλογή αυτή καθορίζουμε ποιό είναι το σχέδιο του εξαρτήματος που θέλουμε να κατασκευάσουμε. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 29

30 Επιλέγουμε το Stock: Με την επιλογή αυτή καθορίζουμε το πρόπλασμα πάνω στο οποίο θα πραγματοποιηθεί η κατεργασία: ΒΗΜΑ 8: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Η τελική μορφή του μενού Part Operation θα πρέπει να είναι παρόμοια με την ακόλουθη εικόνα. Πατάμε το ΟΚ και βγαίνουμε από το μενού. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 30

31 ΒΗΜΑ 9: Προγραμματισμός Κομματιού Επιλέγουμε το Manufacturing Program, από το tree και ξεκινάμε να προσθέτουμε διεργασίες Στην συνέχεια, επιλέγοντας το Pocketing εμφανίζεται το αντίστοιχο MENU Επιλέγουμε τα τμήματα που φαίνονται στα βέλη και τα αντίστοιχα τους στο κομμάτι. ΒΗΜΑ 10: Προγραμματισμός Κομματιού Επιλέγουμε το tab tooling, πατάμε more, ορίζουμε διάμετρο εργαλείου 5mm και επιστρέφουμε πίσω στο δεύτερο tab. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 31

32 Τελική μορφή μενού Pocketing Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 32

33 ΒΗΜΑ 11: Προγραμματισμός Κομματιού Επιλέγουμε κίνηση από σημείο σε σημείο και εμφανίζεται το αντίστοιχο MENU. Επιλέγουμε την εισαγωγή νέου σημείου και επιλεγούμε την περίμετρο του κύκλου. Πατάμε διπλό click σε ένα κενό σημείο της οθόνης και επιστρέφουμε στο MENU. Επιλέγουμε replay, μετά OK και ΟΚ ξανά για να κλείσει το MENU. ΒΗΜΑ 11: Προγραμματισμός Κομματιού Ακολουθούμε παρόμοια διαδικασία με το προηγούμενο pocket και κάνουμε τις επιλογές όπως δείχνουν τα βέλη. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 33

34 ΒΗΜΑ 11: Προγραμματισμός Κομματιού Τελική μορφή του προγράμματος κοπής ΒΗΜΑ 11: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Εξαγωγή NC κώδικα Στο Τree της διαδικασίας, επιλέγουμε το manufacturing program και με δεξί click, από το MENU που εμφανίζεται επιλέγουμε Manufacturing Program.1 object και από το MENU Generate NC Code Interactively Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 34

35 ΒΗΜΑ 11: Βασικές ρυθμίσεις προγράμματος Εξαγωγή NC κώδικα Επιλέγουμε NC code και με click στο browse, ορίζουμε τον φάκελο που θα αποθηκευτούν τα αρχεία του g code Με click στο Eecute, ξεκινά η δημιουργία του κώδικα και μας ζητείται να δώσουμε έναν αριθμό σαν όνομα για το πρόγραμμα. Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 35

36 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 36

37 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 6 Παραδείγματα πολύπλοκων μηχανολογικών εξαρτημάτων για την κατασκευή των οποίων είναι απαραίτητη η χρήση CAM προγράμματος. Σχήμα 6α Σχήμα 6β ΛΥΣΗ Ακολουθεί ένα μέρος του Τεχνολογικού προγράμματος που απαιτείται για την κατασκευή του εξαρτήματος Σχήμα 6 α. Το σύνολο των γραμμών του τεχνολογικού προγράμματος είναι % O1 N1 G49 G64 G17 G21 G80 G0 G90 G40 G99 (IMSPPCC_MILL PPTABLE ) (T1 End Mill D 10) N2 T0001 M6 N3 X Y S70 M3 N4 G43 Z.2 H1 N5 G3 G94 X Y 100. I J.1918 F200. N6 G1 X Y N7 X Y N8 G3 X Y 100. I J.5406 N9 G1 X Y N10 X Y N11... N8622 X Y Z N8623 X197. Y 100. Z N8624 X Y Z 20. N8625 G2 X Y I J N8626 G1 Z2. F40. N8627 M5 N8628 M30 N8629 M2 N8630 M30 % Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 37

38 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 Κώδικες προγραμματισμού (G Codes) για κατεργασίες φρεζαρίσματος. G00: Rapid traverse positioning G01: Linear interpolation (feed rate movement) G02: Circular interpolation clockwise G03: Circular interpolation counterclockwise. G04: Dwell. G10: Tool length offset value. G17: Specifies X/Y plane. G18: Specifies X/Z plane. G19: Specifies Y/Z plane. G20: inch data input (on some systems). G21: Metric data input (on some systems). G22: Safety zone programming. G23: Cross through safety zone. G27: Reference point returns check. G28: Return to reference point. G29: Return from reference point. G30: Return to second reference point. G40: Cutter diameter compensation cancel. G41: Cutter diameter compensation left. G42: Cutter diameter compensation right. G43: Tool length compensation positive direction. G44: Tool length compensation negative direction. G45: Tool offset increase. G46: Tool offset decrease. G47: Tool offset double increase. G48: Tool offset double decrease. G49: Tool length compensation cancels. G50: Scaling off. G51: Scaling on. G73: Peck drilling cycle. G74: Counter tapping cycle. G76: Fine boring cycle. G80: Canned cycle cancel. G81: Drilling cycle. G82: Counter boring cycle. G83: Peck drilling cycle. G84: Tapping cycle. G85: Boring cycle (feed return to reference level). G86: Boring cycle (rapid return to reference level). G87: Back boring cycle. G88: Boring cycle (manual return). G89: Boring cycle (dwell before feed return). G90: Specifies absolute positioning. G91: Specifies incremental positioning. G92: Program absolute zero point. G98: Return to initial level. G99: Return to reference (R) level. Κώδικες προγραμματισμού (Μ Codes) για κατεργασίες φρεζαρίσματος. M00: Program stop M01: Optional stop using stop button M02: End of program M03: Spindle on CW M04: Spindle on CCW M05: Spindle off M06: Tool change M07: Flood with coolant M08: Mist with coolant M09: Coolant off M20: Tailstock back (EMCO Lathe) M21: Tailstock forward (EMCO Lathe) M25: Open chuck (EMCO Lathe) M25: Set output #1 off (Prolight Mill) M26: Close chuck (EMCO Lathe) M26: Set output #1 on (Prolight Mill) M30: End of tape (rewind) M35: Set output #2 off (Prolight Mill) M36: Set output #2 on (Prolight Mill) M71: Puff blowing on (EMCO Lathe) Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 38

39 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 CS D rpm W D F R T rpm CT R f CT 12 D W CS: Περιφερειακή ταχύτητα κοπής (sfm) D:διάμετρος κοπτικού εργαλείου (inch) T: αριθμός κοπτικών ακμών εργαλείου F: ταχύτητα πρόωσης (ipm) R: 0,004 πάχος αποβλήτου ανά κοπτική ακμή (inch) CT: πάχος αποβλήτου (0,004 0,008inch) W:βάθος κοπής (inch) f:ταχύτητα πρόωσης ανά κοπτική ακμή CT: η επιθυμητή τιμή του πάχους αποβλήτου Πίνακας 1. Εξισώσεις Cutting speeds for MILLING MATERIAL CUTTING SPEED CS (sfm) Tool steel 40 Cast iron 50 Mild steel 80 Brass, soft bronze 160 Aluminum, magnesium 200 Πίνακας 2. Ταχύτητες Κοπής για Φρεζάρισμα Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 39

40 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Πετρόπουλου Π.Γ., «Μηχανουργική Τεχνολογία ΙΙ. Τεχνολογία κατεργασιών κοπής των μετάλλων», 1998, Εκδόσεις Ζήτη 2. Chryssolouris G., «Manufacturing Systems: Theory and Practice», 2 nd Edition, 2006, Springer Verlag 3. Kalpakjian S., «Manufacturing Engineering and Technology», 2 nd Edition, 1992, Addison Wesley Publishing company 4. Γ. Χρυσολούρης, «Συστήματα Παραγωγής Θεωρία και Πράξη» Μέρος Ι και ΙΙ, Εκπαιδευτικές Σημειώσεις, Πανεπιστήμιο Πατρών, 2001, 5. Seams W., Computer Numerical Control, Concepts & Programming, 4 th Edition, Delmar, Mattson M., CNC Programming, Principles and Applications, Delmar, Moriwaki T., Multi Functional Machine Tool, CIRP Annals Manufacturing Technology, Vol. 57/2, 2008, pp Δ. Μούρτζης, Αριθμητικός Έλεγχος Εργαλειομηχανών Εκπαιδευτικές Σημειώσεις, Πανεπιστήμιο Πατρών, 2011 (3 η Έκδοση) 9. Γ. Χρυσολούρης, Δ. Μούρτζης, και άλλοι, Εργαστήρια Μηχανουργικής Τεχνολογίας Ι και ΙI», Εκπαιδευτικές Σημειώσεις για το εργαστήριο του αντιστοίχου μαθήματος, Πανεπιστήμιο Πατρών, 2008 (4 η Έκδοση) 10. Γ. Χρυσολούρης, Δ. Μούρτζης, Κ. Τσίρμπας, Σ. Καραγιάννης, Ορθογωνική Κοπή, Εκπαιδευτικές Σημειώσεις, Πανεπιστήμιο Πατρών, 2000 Εργαστήριο Συστημάτων Παραγωγής και Αυτοματισμού 40