2 ο υ ΣΥΝΕΔΡΙΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜ ΑΤΙΣΜ ΟΥ. Δυνατότητες της Τεχνολογίας και του Αυτοματισμού στην ανατολή του 21ου α ιώ να

Transcript

1 Π Ρ Α Κ Τ Ι Κ Α 2 υ ΣΥΝΕΔΡΙΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜ ΑΤΙΣΜ ΟΥ Δυνατότητες της Τεχνλγίας και τυ Αυτματισμύ στην ανατλή τυ 21υ α ιώ να 2 & 3 Ο Κ Τ Ω Β Ρ Ι Ο Υ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΣΥΝΕΔΡΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ Η Ε I. Ε X Ρ Ο Ο Ρ Γ Α Ν Ω Σ Η Τ Μ Η Μ Α ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2 Αντιγραφή Επιφανειών με τη βήθεια Μετρητικύ Βραχίνα και Συστήματς CAD/CAM Αντωνιάδης Αριστμένης - Επίκυρς Καθηγητής ΤΕΙ Ηρακλείυ Παπαγιάννης Δημήτρις - Σπυδαστής Τμήματς Μηχανλγίας ΤΕΙ Σερρών ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρύσα εργασία παρυσιάζεται μια λκληρωμένη τεχνική αντιγραφής σύνθετων επιφανειών πυ στη συνέχεια κατεργάζνται σε εργαλεί μηχανή με ψηφιακή καθδήγηση και με τη βήθεια συστήματς CAD/CAM. Η αντιγραφή των επιφανειών αυτών, όπυ δεν διατίθεται ειδικό λγισμικό και αισθητήρας συνεχύς επαφής λόγω τυ μεγάλυ κόστυς τυς, μπρεί vc πραγματπιηθεί με ικανπιητική ακρίβεια με έναν απλό μετρητικό βραχίνα (measuring ή touching probe), πίς καθδηγείται από την εργαλειμηχανή, λαμβάνει συντεταγμένες σημείων της επιφάνειας και τις απθηκεύει στην μνήμη της. Οι συντεταγμένες αυτές στη συνέχεια, μεταφέρνται σε σύστπϋα CAD/CAM, τ πί επαναδημιυργεί με ακρίβεια την επιφάνεια και συνθέτει τ πρόγραμμα κατεργασίας. Τ πρόγραμμα για την καθδήγηση τυ μετρητικύ βραχίνα- ώστε να διαβάζνται τα σημεία της επιφάνειας με ακρίβεια, δημιυργείται από λγισμικό ηλεκτρνικύ υπλγιστή σε γλώσσα Fortran. Τ πρόγραμμα αυτό διακριτπιεί την πρς ανάγνωση επιφάνεια σε ζώνες και καθδηγεί τ μετρητικό βραχίνα, λαμβάνντας σαν δεδμέν την επιθυμητή πυκνότητα λήψης σημείων ανά ζώνη. Η πυκνότητα αυτή εξαρτάται από την πλυπλκότητα της επιφάνειας και την επιθυμητή ακρίβεια αντιγραφής. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η χρήση τυ μετρητικύ βραχίνα είναι ιδιαίτερα σημαντική για τις εργαλειμηχανές με ψηφιακή καθδήγηση, αφενός για τ μηδενισμό των κατεργαζόμενων τεμαχίων και αφετέρυ για μετρήσεις ακρίβειας και επίτευξη συγκεκριμένυ πεδίυ ανχών σε μηχανυργικές κατεργασίες. Για την αντιγραφή όμως πλύπλκων επιφανειών, γεγνός πυ είναι ιδιαίτερα χρήσιμ στην κατεργασία καλυπιών, χρησιμπιύνται λένα και περισσότερ εξειδικευμένα συστήματα αντιγραφής πυ απτελύνται από ανιχνευτές συνεχύς επαφής και πυ υπστηρίζνται από κατάλληλ για τ σκπό αυτό λγισμικό. Τ λγισμικό και ι ανιχνευτές αυτί, πυ σαρώνυν την επιφάνεια διατηρώντας συνεχή επαφή, έχυν ιδιαίτερα υψηλό κόστς πυ καθιστά τις περισσότερες φρές ασύμφρη την επένδυση αυτή. Σε αντίθεση με τυς ανιχνευτές συνεχύς επαφής, ι απλί μετρητικί βραχίνες έχυν υππλλαπλάσι κόστς αλλά βασικό μεινέκτημα ότι πραγματπιύν λήψεις συντεταγμένων σημείων και μάλιστα ενός σημείυ ανά πρσέγγισή τυς με την μετρύμενη επιφάνεια. Ο μετρητικός βραχίνας μπρεί να χρησιμπιηθεί και για αντιγραφή σύνθετων επιφανειών, με την πρϋπόθεση ότι η λήψη των σημείων από τ'πρωτότυπ θα γίνεται με τρόπ πυ θα εξασφαλίζει την ακρίβεια αντιγραφής της μρφής της επιφάνειας. Στην παρύσα εργασία θα αναπτυχθεί μια μεθδλγία για την χρησιμπίηση αυτών των απλών μετρητικών βραχιόνων στην αντιγραφή επιφανειών με τη βήθεια κατάλληλυ λγισμικύ. Σχήμα 1. ΜετρηΉκ6ς βραχίνας 2. ΜΕΤΡΗΤΙΚΟΣ ΒΡΑΧΙΟΝΑΣ Πρόκειται για μετρητικό όργαν υψηλής ακρίβειας τ πί εισάγεται αυτόματα από την απθήκη εργαλείων της εργαλειμηχανής. Απτελείται, όπως φαίνεται στ σχήμα 1, από τ κυρίως σώμα στ πί

3 πρσαρμόζεται αντίστιχς κώνς τπθέτησης στην εργαλειμηχανή, από τ στέλεχς με την ακίδα μέτρησης, την πρστατευτική στεφάνη και τυς αεραγωγύς εξαγωγής αέρα για τν καθαρισμό της μετρύμενης επιφάνειας. Ο βραχίνας πυ χρησιμπιήθηκΐ στην παρύσα εργασία ήταν τύπς TS521 της εταιρείας Heidenhein ό πίς, μέσ κατάλληλυ αισθητηρίυ πυ διαθέτει, έχει τη δυνατότητα να επικινωνεί ασύρματα με την καθδήγηση της εργαλειμηχανής. Οι βασικές εντλές καθδήγησης τυ βραχίνα, πυ παρυσιάζνται στ δεξιό μέρς τυ σχήματς 2, είναι η G45 και η G46. Η εντλή G45 χρησιμπιείται για μέτρηση μήκυς ή πρσδιρισμό των συντεταγμένων ενός σημείυ, ενώ η εντλή G46 χρησιμπιείται για την μέτρηση της ακτίνας εσωτερικών ή εξωτερικών κυκλικών διατμών και τν ακριβή καθρισμό τυ κέντρυ κυκλικής διατμής. Ο μετρητικός βραχίνας, πρκειμένυ να λειτυργεί σε συνθήκες υψηλής ακρίβειας, καλιμπράρεται με τη βήθεια ειδικύ για τ σκπό αυτό δακτυλίυ. Μέσ δύ πργραμμάτων ψηφιακής καθδήγησης τπθετείται μετρητικός βραχίνας στην υπδχή της κεφαλής της εργαλειμηχανής και ρυθμίζνται τα απαραίτητα χαρακτηριστικά τυ στην μνήμη της ψηφιακής καθδήγησης. Τα χαρακτηριστικά αυτά πυ απαιτύνται για ρύθμιση είναι τ συνλικό μήκς τυ βραχίνα με τν κών καθώς και η ακτίνα της σφαιρικής απόληξης τυ στελέχυς. ΜΕΤ=»ΗΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΞΓΏΤΕΡΙΚΗΣ ΟΠΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΗΚΟΥΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜ ΕΝΗΣ ΣΗΜΕΙΟΥ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΚΤΙΝΑΣ ΚΥΚΛΟΥ ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗΣ ΔΙΑΜΕΤΡΟΥ ψ * 5 L S ~7λΪ G45 ^ΧΠμσ ^ Εντλές μέτρησης με τν μετρητικό βραχίνα 3. ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ SCP Ο μετρητικός βραχίνας, όπως αναφέρθηκε, έχει την δυνατότητα λήψης συντεταγμένων σημείων. Η δυσκλία της αντιγραφής μέσ τυ μετρητικύ βραχίνα, έγκειται στην καθδήγηση της εργαλειμηχανής, για την λήψη των συντεταγμένων των σημείων της επιφάνειας πυ θα αντιγραφεί. Η καθδήγηση αυτή θα πρέπει να γίνεται αυτόματα, σε σημεία πυ θα καλύπτυν όλη την επιφάνεια και με πυκνότητα λήψης ανάλγη με την πλυπλκότητα της εκάσττε διαμόρφωσής της. Έτσι, για παράδειγμα, η επίπεδη περιχή μιας επιφάνειας απαιτεί 3 σημεία για τν πλήρη καθρισμό της, ενώ μια περιχή με ακανόνιστη καμπυλότητα απαιτεί πλλά σημεία λήψης. Τ πρόγραμμα SCP (Surface Copying Program) δημιυργεί τ πρόγραμμα καθδήγησης τυ μετρητικύ βραχίνα για την λήψη σημείων από επιφάνεια λαμβάνντας υπόψη την επιθυμητή πυκνότητα λήψης ανά περιχή. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ SCP ΒΣΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΟΔΟΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΗ ΤΕΜΑΧΙΟΥ ΑΡΧΙΚΩΝ ΕΝΤΟΛΩΝ Ι ΖΏΝΕΣ ΔΙΑΚΡΓΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΗΜΕΙΩΝ ΛΗΨΗΣ ΑΝΑ ΖΩΝΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΝΤΟΛΗΣ ΛΗΨΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΗ ΣΕ ΑΡΧΕΙΟ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΗ ΤΕΛΙΚΩΝ ΕΝΤΟΛΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΚΑΘΟΔΗΓΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ Σχήμα 3 : Πρόγραμμα αντιγραφής επιφανειών SCP Τ πρόγραμμα SCP, όπως φαίνεται στ σχήμα 3, δέχεται σαν δεδμένα τις βασικές διαστάσεις τυ τεμαχίυ και τν χωρισμό στις επιθυμητές ζώνες διαφρετικής πυκνότητας λήψης για την διακριτπίηση της επιφάνειας. Μέσ ανάλγων υπλγισμών υπλγίζνται τα σημεία λήψης κάθε ζώνης σύμφωνα με την επιθυμητή πυκνότητα και αντίστιχα δημιυργείται ένα αρχεί με τις εντλές καθδήγησης για την

4 τπθέτηση και λήψη από τν μετρητικό βραχίνα των συντεταγμένων κάθε σημείυ. Τ αρχεί αυτό πυ εμπλυτίζεται με τις απαραίτητες αρχικές και τελικές εντλές ψηφιακής καθδήγησης, απτελεί εκτελέσιμ πρόγραμμα στην εργαλειμηχανή, με τη βήθεια τυ πίυ αναγνωρίζεται η γεωμετρία της πρς αντιγραφή επιφάνειας. Τ πρόγραμμα εορ είναι λγισμικό γραμμέν στην γλώσσα πργραμματισμύ ΡΠγθπ ΡννθΓβίΒϋη 4 για ννίηΐννβ 95 και εκτελείται σε πιδήπτε πρσωπικό υπλγιστή. Η χρήση τυ πργράμματς εορ παρυσιάζεται στ παράδειγμα αντιγραφής της επιφάνειας τυ τεμαχίυ τυ σχήματς 4. Η επιφάνεια αυτή, όπως φαίνεται στ σχήμα, είναι σύνθετη ως πρς την γεωμετρία της αλλά παράλληλα εύκλα ελεγχόμενη ως πρς την ρθότητα των τελικών υπλγισμών. Λόγω της συμμετρίας της επιφάνειας σε δύ άξνες, η λήψη σημείων και η αναγνώριση της γεωμετρίας της, έγινε στ ένα τέταρτ από αυτήν. Όπως φαίνεται στ σχήμα 5, τ τμήμα πυ αντιγράφηκε χωρίστηκε σε 9 ζώνες, στην περίπτωση αυτή ισμήκεις ανά άξνα, και με πυκνότητα λήψης σημείων όπως φαίνεται στ πάνω αριστερό τμήμα τυ σχήματς. Η πυκνότητα ανά ζώνη πυ επιλέχθηκε δεν είχε σκπό την μεγάλη ακρίβεια αντιγραφής αλλά την πι εύκλη παρυσίαση και έλεγχ των απτελεσμάτων. Μέσ τυ λγισμικύ εορ υπλγίζνται ι δύ από τις τρεις συντεταγμένες κάθε σημείυ λήψης και αντιστιχείται μία εντλή Θ45 καθδήγησης τυ μετρητικύ βραχίνα, ώστε να ληφθεί η τρίτη συντεταγμένη. Στ κάτω μέρς τυ σχήματς 5 φαίνεται τμήμα τυ πργράμματς ψηφιακής καθδήγησης πυ πρέκυψε μετά την εκτέλεση τυ SCP, τ πί εκτελύμεν στην εργαλειμηχανή, καθδηγεί κατάλληλα τν μετρητικό βραχίνα. Στ ίδι σχήμα φαίνεται και ένα στιγμιότυπ από την καθδήγηση τυ βραχίνα και την λήψη των συντεταγμένων των σημείων. 4. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ Ο ΟΡΙΣΜΟΣ IHM HCN ΛΗΨΗΣ ΑΝΑ ΖΩΝΗ Ο 0 Σχήμα 4 : Τεμάχι εφαρμγής Ο 0 0 о Σχήμα 5 : Διακριτπίηση επιφάνειας σε κόμβυς Οι συντεταγμένες πυ πρκύπτυν μετά την εκτέλεση τυ πργράμματς στην εργαλειμηχανή. απθηκεύνται σε παραμέτρυς της καθδήγησης και σπτελυν την τρίτη διάσταση καθρισμύ της επιφάνειας. Οι συντεταγμένες αυτές, πυ φαίννται στ σχήμα 6, μαζί με τις αντίστιχες συντεταγμένες των σημείων πυ πρέκυψαν από τ πρόγραμμα SCP, δημιυργύν την επιφάνεια στ κάτω μέρς τυ σχήματς. Μια πρώτη ματιά στην επιφάνεια πυ πρέκυψε αλλά και αριθμητικός έλεγχός της, δηγύν στ συμπέρασμα ότι η ακρίβεια αντιγραφής είναι ιδιαίτερα υψηλή, χωρίς να ληφθεί μεγάλη πυκνότητα σημείων ανά ζώνη. Μ επιφάνεια αυτή πυ σχεδιάστηκε σε αντίστιχ λγισμικό σχεδίασης επιφανειών, εντάσσεται σε Ο R100 о С о о 3 с 0 о о 0 о ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΑΘΟΔΗΓΗΣΗΣ %ΡΜ1234 N1234 N10 G71 N20 G18 N30 Μ 54 N40 G52 N50 G45 X YC Ζ Л N=1 Е=60 N50 (345 X YC Л N =1 Е=61 N50 G45 X Υ С Ζ Л N =1 Е=62 N50 G45 X УС Ζ Л N Е=63 N50 G45 X Υ С Ζ \J1 N=1 Е= dx [mm] h [mm] S L

5 σύστημα CAD/CAM, τ πί πρσμιώνει την κινηματική τυ εργαλείυ, υπλγίζει τις απαιτύμενες τρχιές τυ και πραγματπιεί την κατεργασία. Αντίστιχη εφαρμγή παρυσιάζεται λκληρωμένη στ σχήμα 7, όπυ φαίνεται η σειρά διακριτπίησης, επεξεργασίας στ σύστημα CAD/CAM και τελικής κατεργασίας μιας επιφάνειας πλάτης καθίσματς γραφείυ. ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΑΠΟ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ й Е60 = Е61 = Е62 = Е63 = Щ Έ s О Е64 = < Е65 = Е66 = Е67 = ш ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΑΠΟ ПРОГРАММА ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ SCP X Y Σχήμα 7 : Αντιγραφή πλάτης καρέκλας γραφείυ Σχήμα 6 : Πρσδιρισμός επιφάνειας με τη βήθεια τυ λγισμικύ SCP Οπως φαίνεται στ σχήμα μέσ τυ λγισμικύ SCP δημιυργείται τ πρόγραμμα πυ καθδηγεί την εργαλειμηχανή για την λήψη των συντεταγμένων των σημείων της επι'φάνειας της πλάτης τυ καθίσματς. Τα σημεία πυ λαμβάννται με αυτό τν τρόπ, εντάσσνται σε σύστημα CAD/CAM και αφύ σχεδιαστεί η επιφάνεια δημιυργείται τ πρόγραμμα καθδήγησης της κατεργασίας της. Η τελική αντιγραμμένη επιφάνεια παρυσιάζεται στ κάτω αριστερό τμήμα τυ σχήματς. 5. ΣΥΝΟΨΗ Στην παρύσα εργασία παρυσιάστηκε μια μεθδλγία αντιγραφής επιφανειών με την βήθεια τυ μετρητικύ βραχίνα. Τ λγισμικό πυ αναπτύχθηκε δίνει την δυνατότητα συλλγής πληρφριών από την πρς αντιγραφή επιφάνεια με πυκνότητα ανάλγη με την πλυπλκότητα της γεωμετρίας των επιμέρυς διαμρφώσεών της. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Α. Ζερβός [2] Παπαγιάννης Δ. [3] [4] Microsoft G. E. Muellges Διασύνδεση συστήματς CAD/CAM PathTrace με τ κέντρ κατεργασίας D EC K EL M AHO 600C και ανάπτυξη πλυαξνικών εφαρμγών, Πτυχιακή εργασία, Τμήμα Μηχανλγίας ΤΕΙ Σερρών, Σέρρες 1996 Δημιυργία λγισμικύ αντιγραφής επιφανειών στην Εργαλειμηχανή Deckel Maho 600 C\ Πτυχιακή εργασία, Τμήμα Μηχανλγίας ΤΕΙ Σερρών, Σέρρες 1997 'Fortran PowerStation Reference 'Numerik-Algorithmen mit Fortran 77 Programmen', Mannheim 1993