Opracowane pytania wersja A4

1. Po co firmy inwestują w maszyny CNC? - maszyna CNC to maszyna wielozadaniowa, wielofunkcyjna, dąży do obróbki kompletnej, redukuje koszty podstawowe, minimalizuje park maszynowy, zmniejszenie liczby ludzi potrzebnej do obsługi maszyn CNC; - maszyny CNC są dokładne, niezawodne, efektywne w trakcie produkcji, niż maszyny konwencjonalne, co poprawia jakość i powtarzalność produktu; - wygodna, szybka i dokładna obróbka materiału skraca czas jego wykonania, oprogramowanie maszyn CNC zwiększa efektywność jej obróbki, szybszy czas wykonania procesu produkcyjnego, zwiększenie wydajności produkcji, pozwala zaoszczędzić w trakcie ustalania naddatków obróbkowych; - wzrost prestiżu firmy, możliwość zwiększenia liczby różnorodnych zamówień, elastyczność produkcji; 2.Czy opłaca się obróbka danego wyrobu przez obrabiarkę CNC? - większa dokładność wyrobów oraz wykonywanie przedmiotów o wysokim stopniu złożoności, większa powtarzalność wyrobów zamawianych, znaczne skrócenie czasu oczekiwania na zamówienie, zwiększenie nakładu produkcyjnego; - dzięki ograniczeniu wydatków personalnych ponoszonych przez producenta oraz zmniejszeniu liczby powstałych wadliwych produktów, produkt finalny kierowany do klienta jest tańszy; 3. Czy zwiększyło się bezrobocie po zainwestowaniu w obrabiarki CNC? Tak, ponieważ zastąpienie tradycyjnych obrabiarek obsługiwanych manualnie przez pracowników, obrabiarkami CNC wymaga mniejszej liczby zatrudnianych ludzi o dodatkowo innych kwalifikacjach. Obrabiarki CNC wymagają także mniejszej liczby ludzi potrzebnej do jej obsługi dzięki możliwości zautomatyzowania procesów produkcyjnych. 4. Czy zastosowanie obrabiarek CNC ułatwiło pracę i efektywność wytwarzania produktów? Tak, ponieważ zastosowanie technologii CNC doraźnie zwiększa bezpieczeństwo pracy, także szybkie i łatwe programowanie pracy maszyny CNC zwiększa efektywność jej obróbki. Efektywność zostaje także poprawiona poprzez zwiększoną dokładności obrabiarki dodatkowo umożliwiając wykonywanie przedmiotów o wysokim stopniu złożoności. Zwiększa się także powtarzalność wyrobów, szybkość obróbki, wielozadaniowość maszyny CNC, minimalizuje park maszynowy i redukuje koszty podstawowe, zmniejszają się straty materiałowe a także poprzez tworzenie w pełni zautomatyzowanych procesów produkcyjnych możliwe jest zminimalizowanie liczby obsługujących je pracowników. 5. Omówić trzy rozwiązania stosowane w komputerowym wspomaganiu projektowania procesów technologicznych (planowanie wariantowe, generacyjne, automatyczne). a) Planowanie wariantowe Najprostszy system, bazujący na częściach technologicznie podobnych oraz typowych procesach technologicznych. Komputer jest wykorzystywany jedynie do identyfikacji części podobnych oraz do edycji planu technologicznego. System wspomagający ten rodzaj planowania składa się z dwóch etapów: kodowanie i klasyfikowanie obrabianych elementów oraz rozpoznanie zakodowanej części przez system i dopasowanie standardowego planu technologicznego dla niej. Taki system stosuje się w szczególnie w przemyśle, który wytwarza części w wielu wariantach technologicznych. Wadą tego rozwiązania jest ograniczenie do części już stosowanych, konieczność ciągłych modyfikacji, niemożliwa automatyzacja bez dodatkowego planowania oraz brak możliwości generowanie szczegółów dot. planu technologicznego. Zaletą natomiast jest prostota oprogramowania i instalacji systemu oraz możliwość tworzenia planów procesów dla różnych wariantów na podstawie jednego planu. b) Planowanie generacyjne Rozwój techniki komputerowej umożliwił zastosowanie w projektowaniu procesów technologicznych zaawansowanych systemów sztucznej inteligencji, które wyparły bazy danych. Proces odbywa się na podstawie informacji zakodowanych w programie, bez interwencji technologa. Proces decyzyjny technologa jest zastąpiony poprzez np. sieci neuronowe. Planowanie składa się, więc z 3 części: opis części, procesu wytwarzania oraz logika podejmowania decyzji wraz z algorytmami projektowania procesu. Zaletami tego rodzaju planowania są: szybkie generowanie procesu, łatwość planowania dla nowych części na podstawie istniejących danych oraz możliwość integracji szczegółowych informacji kontrolnych w produkcji zautomatyzowanej. c) Planowanie automatyczne

Proces technologiczny jest generowany bezpośrednio z modelu CAD. Technolog nie musi ingerować w proces. Model CAD zawiera elementy rozpoznawalne przez technologa, ale również może być wykorzystany bezpośrednio do rozpoznania elementów procesu. Możliwe jest również mieszane podejście. 6. Omówić akronimy pakietów wchodzących do zakresu komputerowego wspomagania prac inżynierskich CAQ (ang. Computer Aided Quality) - komputerowo wspomagane sterowanie jakością CAPP (ang. Computer Aided (Process) Planning) - planowanie procesu technologicznego CAA (ang. Computer Aided Assembling) - komputerowo wspomagany montaż PPC (ang. Production Planning and Control) - planowanie i sterowanie produkcją CAT(ang. Computer Aided Tests) - komputerowo wspomagane badania kontrolne CAD (ang. Computer Aided Design) — konstruowanie i projektowanie wspomagane komputerowo. CADD (ang. Computer Aided Design and Drafting) — wspomagane komputerowo geometryczne modelowanie w zintegrowanym procesie konstruowania i projektowania. CAM (ang. Computer Aided Manufacturing) — wspomagane komputerowo sterowanie procesem wytwarzania, z wykorzystaniem obrabiarek sterowanych numerycznie (NC — ang. Numerical Control) i obrabiarek sterowanych mikroprocesorami (CNC — ang. Computer Numerical Control). CAD/CAM (ang. Computer Aided Design and Manufacturing) — zintegrowane konstruowanie i sterowanie produkcją z możliwością automatycznego tworzenia plików zdanymi pośrednimi między kolejnymi fazami realizacji programu komputerowego. CIM (ang. Computer Integrated Manufacturing) — zintegrowany, komputerowo wspomagany system technicznego i organizacyjnego przygotowania produkcji oraz nadzoru procesu wytwarzania. CAT (ang. Computer Aided Testing) — sterowany komputerowo proces kontroli technicznej w procesie wytwarzania. CAE (ang. Computer Aided Engineering) — łączne określenie komputerowego wspomagania prac inżynierskich, tzn. systemów łączących CAD, analizę pola (np. MES — metody elementów skończonych), obsługę eksperymentu, komputerowe sterowanie obiektami, edytory tekstów, bazy danych i inne. 7. Różnice w CNC i NC. Zasada funkcjonowania tych sterowań. Obrabiarką sterowaną numerycznie (NC) nazywa się obrabiarkę zautomatyzowaną, wyposażoną w numeryczny układ sterowania programowego, który steruje w sposób programowy wszystkimi ruchami w procesie obróbki, parametrami obróbki i czynnościami pomocniczymi w celu uzyskania przedmiotu o żądanym kształcie, wymiarach i chropowatości powierzchni. Obrabiarką sterowaną komputerowo (CNC) nazywa się obrabiarkę NC, ale ze sterowaniem komputerowym CNC. Zintegrowany z systemem mikrokomputer przejmuje wszystkie funkcje sterownicze i regulacyjne maszyny. Przez pojęcie programu sterującego dla obrabiarki NC (CNC) rozumie się uporządkowany zestaw programowych zadań, występujących w postaci wierszy zwanych blokami programu. Współczesny blok programu jest blokiem adresowym o zmiennej długości, ograniczonej długością wiersza. Blok składa się z szeregu instrukcji (słów). Słowo to adres (duża litera alfabetu łacińskiego) oraz wartość liczbowa. Większość adresów może występować w jednym bloku tylko raz, choć nieliczne jak np. G i M mogą występować wielokrotnie. Adresy można podzielić na kilka grup, w zależności od tego jakimi funkcjami sterują: 1. Funkcje geometryczne – reprezentują adresy X, Y, Z, A, B, C, D, E, I, J, K, ... Cyfry za tymi literami oznaczają położenie lub przemieszczenie sterowanego elementu (narzędzie albo przedmiot). 2. Funkcje przygotowawcze – adres G, precyzują one wiele czynności jak np. rodzaj programowania, interpolacji, ruchu, itd. 3. Funkcje technologiczne – adres T (numer narzędzia), F (prędkość posuwu), S (prędkość obrotowa lub prędkość skrawania). 4. Funkcje pomocnicze – adres M, odpowiedzialne np. za chłodziwo lub kierunek obrotów. 5. Funkcje aktywacji (wywołania) korekcji – adresy G, H, L. 6. Funkcje wywołania cykli obróbkowych – adres G, podprogramów – adresy P, Q. 7. Dodatkowe - adres O (offset), adres N (numer bloku), R (parametr lub powierzchnia bazowa). Rodzaje układów sterowania: Sterowanie punktowe – pozycjonowanie narzędzia w ściśle określonym położeniu względem przedmiotu. Sterowanie punktowe wykorzystuje się przy : wierceniu, rozwiercaniu, pogłębianiu, gwintowaniu, spawaniu punktowym, wykrawaniu.

Sterowanie odcinkowe – zrealizuje przemieszczenia (ruchy robocze) narzędzia z zadanym posuwem tylko po torach równoległych do osi współrzędnych w ustalonej płaszczyźnie. Kontury przedmiotu obrabianego mogą być tylko równoległe do osi sterowanych. Sterowanie odcinkowe głownie ma zastosowanie do dwóch typów operacji : planowania i toczenia Sterowanie kształtowe – można sterować w sposób ciągły dwoma lub więcej ruchami na powierzchni i przestrzeniu uzyskując proste, skosy, łuki i krzywe sklejane 3D. Dowolny zarys 2D i 3D uzyskuje się poprzez współdziałanie dwóch lub więcej silników napędów ruchów posuwowych. W czasie ruchu narzędzia pomiędzy dwoma punktami pośrednimi na zdefiniowanym matematycznie torze (trajektorii) ruchu stosuję się interpolacje. Przykładowe metody interpolacji : liniowa, kołowa, śrubowa, paraboliczna, sześcienna, NURBS. Sterowanie kształtowe dzieli się na typy : - Typ 2D – narzędzie może wykonywać ruchy po łuku okręgu i elipsy, - Typ 2½ D – możliwy ruch narzędzia różnych płaszczyznach współrzędnych –X/Y, X/Z, Y/Z, w tym przypadku sterowane są wszystkie trzy osie, jednak w danej płaszczyźnie tylko dwie równocześnie. - Typ 3D – równoczesna interpolacja w trzech lub więcej osiach – 3C, 4C, 5C. 8. Podstawowa budowa obrabiarek CNC • Korpusy i połączenia prowadnicowe Korpusy są elementami, których funkcja polega na łączeniu w całość wszystkich zespołów i podzespołów wchodzących w skład obrabiarki. Możemy wyróżnić korpus główny, który stanowi podstawową konstrukcję nośną obrabiarki, korpusy zespołów wykonujących ruchy posuwowe i przesuwowe, służących do ustalania i zamocowania przedmiotów obrabianych lub narzędzi oraz korpusy zespołów napędowych (wrzecienniki). Konstrukcja korpusu musi utrzymać wszystkie części w stałym wzajemnych położeniu, przejmować siły i momenty wynikające z realizowanych zadań obróbkowych oraz odprowadzać ciepło i tłumić drgania powstające podczas skrawania. Połączenia prowadnicowe stanowią odpowiednio ukształtowane powierzchnie korpusów zwane prowadnicą i prowadnikiem. Umożliwiają zmianę wzajemnego położenia zespołów i podzespołów obrabiarki. Prowadnica jest elementem korpusu nieruchomego a prowadnik ruchomego. W skład połączenia prowadnicowego wchodzą zwykle dwie prowadnice. Połączenia prowadnicowe mają wpływ na uzyskiwane dokładności wymiarowe oraz własności dynamiczne obrabiarki. Powinny charakteryzować się dużą sztywnością i dokładnością geometryczną, odpornością na zużywanie się, małymi niezależnymi od prędkości przesuwu oporami ruchu oraz stałymi właściwościami bez względu na warunki pracy. Do najczęściej spotykanych typów konstrukcyjnych w obrabiarkach zaliczamy: - prowadnice ślizgowe z nakładkami przeciwciernymi, - prowadnice toczne z różnymi elementami tocznymi, - prowadnice hydrostatyczne – olej dostarczany pod ciśnieniem. • Zespoły napędowe Do zespołów napędowych obrabiarek sterowanych numerycznie zaliczamy napędy główne, napędy posuwów oraz napędy pomocnicze. Napęd główny jest odpowiedzialny za wykonanie ruchu niezbędnego do realizacji głównej funkcji przez obrabiarkę. Powinien charakteryzować się dużym zakresem bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej silnika, dostatecznie dużą mocą lub momentem, możliwością pozycjonowania, szybkim rozruchem w celu krótkiego dojścia do zadanej prędkości oraz dużą sztywnością charakterystyki mechanicznej. Pojęcie wysokiej sztywności charakterystyki mechanicznej oznacza mały spadek prędkości obrotowych wrzeciona przy wzroście momentu obciążenia. Do najpopularniejszych rodzajów napędów głównych możemy zaliczyć: - elektromechaniczne z przekładnią stopniową lub bezstopniową - hydrauliczne - elektryczne z silnikiem prądu stałego i przekładnią stopniową - elektryczne z asynchronicznym lub synchronicznym silnikiem prądu przemiennego. • Układy do pomiaru pozycji i przemieszczenia Ze względu na charakter funkcjonowania oraz konstrukcję układów pomiarowych możemy wyróżnić dwa składające się na nie zasadnicze bloki: - czujnik pomiarowy przekształcający wartość przemieszczenia lub położenia na inną wielkość fizyczną, - układ zasilająco-przekształcający (przetwornik), służący do uzyskania pomiarowego sygnału elektrycznego.

W dzisiejszych obrabiarkach wyróżniam dwa podstawowe sposoby pomiarów wartości pozycji i przemieszczeń: - bezpośredni - pośredni W przypadku pomiaru bezpośredniego czujnik pomiarowy – liniał lub przetwornik kątowy odczytuje położenie ze skali umocowanej na stole obrabiarki. W układzie pośrednim przetwornik pomiarowy obrotowo – impulsowy mierzy liniowe przemieszczenie stołu za pomocą odczytu kąta obrotu śruby pociągowej. Sama wartość przemieszczenia zaś jest obliczana. W obrabiarkach sterowanych numerycznie zastosowanie znalazły: - enkodery inkrementalne (fotoelektryczny przetwornik obrotowo-impulsowy pracujący w sposób przyrostowy, podając określoną liczbę impulsów na jeden obrót), - enkodery absolutne (tarcze i liniały kodowe), - impulsowe liniały optoelektroniczne ( przetwornik impulsowo – liniowy, z liniałem kreskowym modulującym strumień swietlny), - liniały kreskowe z przeciwliniałami, - selsyn przelicznikowy, - induktosyn liniowy i obrotowy. • Urządzenia do wymiany narzędzi Podstawowym elementem odróżniającym obrabiarki sterowane numerycznie od obrabiarek konwencjonalnych są urządzenia wymiany narzędzi. W zależności od typu obrabiarki do najczęściej zaliczanych urządzeń wymiany narzędzi zaliczamy: - głowice rewolwerowe, - magazyny narzędzi. Głowice rewolwerowe są stosowane przeważnie w centrach tokarskich a magazyny narzędziowe we frezarskich centrach obróbczych. Do typowych konstrukcji magazynów narzędzi stosowanych w frezarskich centrach obróbczych zaliczymy: - magazyny tarczowe (z osią narzędzia prostopadła bądź równoległą do osi Z), - magazyny łańcuchowe, - magazyny kasetowe. 9. Modułowość w obrabiarkach CNC Z punktu widzenia montażu i konfiguracji obrabiarki korzystnym rozwiązaniem jest budowa modułowa. Współczesne obrabiarki CNC składane są w około 50 do 70% z typowych zespołów (napędy główne i posuwu, połączenia prowadnicowe, układy hydrauliczne i pneumatyczne, układy elektryczne, zespoły mechaniczne i manipulacyjne, urządzenia pomocnicze, urządzenia sterujące i diagnostyczne). Bazowanie na komponentach pozwala m.in. na skrócenie procesu projektowania, budowy i uruchomienia. Zwiększa się dostępność części zamiennych. Inna gałąź budowy modułowej to bazowanie na zespołach własnej konstrukcji. Budowa modułowa i ujednolicenie rozwiązań konstrukcyjnych ułatwiają tworzenie różnych wariantów obrabiarek dostosowanych do wymagań klienta, a także uzyskanie zmienności zadań produkcyjnych pod względem budowy mechanicznej. We współczesnym przemyśle na etapie technologicznego przygotowania produkcji jak i w trakcie przebiegu procesu technologicznego najważniejszym kryterium optymalizacyjnym jest czas, który w prostej linii łączy sie z kosztami. To kryterium znalazło również odbicie w konstrukcji obrabiarek. Prace nad rozwiązaniami magazynów, układami wymiany narzędzi skutkują skróceniem czasów pomocniczych (np. czas wymiany narzędzia ≈ 0,5 s). W tym zakresie korzystne efekty dają także prace nad układami wymiany przedmiotu obrobionego, które znalazły odbicie w modułowej budowie obrabiarki. Modułowej, lecz nie ze względu na konstrukcję, lecz ze względu na funkcjonalność. Obrabiarki takie można zestawiać w linie produkcyjne przy minimalnych kosztach wdrożeniowych. Układ transportu i wymiany przedmiotów obrabianych wykorzystuje celowe rozwiązania konstrukcyjne obrabiarki. Przykładem aplikacji takich obrabiarek jest przemysł samochodowy, jeden z nielicznych z produkcją na poziomie masowym. 10. Podział układów pomiaru położenia w CNC. Zasada działania. Wady – zalety. Podać przykłady techniczne rozwiązań układów pomiarowych dla obrabiarek CNC.

Absolutne układy pomiaru położenia – sygnał wyjściowy przetwornika pomiarowego wprost zawiera informację (najczęściej w postaci zakodowanej, np. w kodzie binarnym, Graya, Wattsa) o mierzonym położeniu. Działanie takie pozwala na stałe ustalenie punktu zerowego osi sterowanej numerycznie, działanie układu pomiarowego nie wymaga dodatkowych czynności po włączeniu zasilania obrabiarki. Wadą układów absolutnego pomiaru położenia jest bardziej skomplikowana budowa niż układów przyrostowych (a więc i wyższy koszt) dlatego są one rzadko stosowane. W przypadku absolutnych metod pomiaru wartość położenia znajduje się do dyspozycji bezpośrednio po włączeniu enkodera i może zostać odpytana przez elektronikę przetwarzającą. Przemieszczenie osi dla określenia pozycji odniesienia nie jest konieczne. Ta absolutna informacja o położeniu zostaje określona na podstawie podziałki skali, która posiada szeregową strukturę kodu i składa się z kilku równoległych ścieżek podziałki. Przyrostowe (inkrementalne) układy pomiaru położenia – sygnał wyjściowy przetwornika jest ciągiem impulsów (umownie można je nazwać jako 0 i 1), które wprost nie niosą informacji o absolutnym położeniu, ale o przyrostowej zmianie położenia w osi sterowanej numerycznie. Zasadniczo układ pomiarowy działa jako licznik impulsów. Zasada pracy układów przyrostowych opiera się na wykorzystaniu liniału z naprzemiennie położonymi polami o zmiennej charakterystyce optycznej, indukcyjnej czy pojemnościowej. W przypadku inkrementalnych metod pomiaru korpus liniału - czyli podziałka - składa się z regularnej struktury siatkowej. Informacja o pozycji zostaje generowana poprzez zliczanie pojedynczych inkrementów (kroków pomiarowych) z dowolnie wyznaczonego punktu zerowego. Nie posiadają stałego położenia punktu zerowego. Wymaga to każdorazowo po uruchomieniu obrabiarki, przemieszczenie członów roboczych do punktu referencyjnego – tzw. najazd na punkt referencyjny, czy zerowanie, lub bazowanie. Przyrostowe układy pomiarowe posiadaj stosunkowo dużą wartość podziałki elementarnej (rzędu 0,1 do 0,01 mm), co powodowałoby małą dokładność odczytu wartości położenia; Przykłady techniczne rozwiązań układów pomiarowych Magnetyczny układ pomiarowy Czujnik magnetyczny prowadzony jest bezstykowo nad taśmą magnetyczną. Zliczane są przy tym zmiany biegunowości na taśmie magnetycznej i interpolowane są wartości pośrednie. Rozdzielczość do 0,005 mm. System jest niewrażliwy na pył, wióry i wilgoć i odporny na wiele cieczy i olejów. Taśma magnetyczna jest naklejana. Odległość między czujnikiem a taśmą magnetyczną może wynosić do 2 mm. Resolute - system do pomiaru optycznego przemieszczeń bezwzględnych, liniowych i kątowych. Cechuje go wyjątkowa odporność na zabrudzenia, a przy tym duża tolerancja na niedokładności montażu Enkoder kątowy - czujnik położenia kątowego. Mierzy pozycję kątową obiektu i konwertuje zmierzoną wielkość na sygnał elektryczny - do postaci analogowej (enkoder absolutny, bezwzględny) lub cyfrowej (enkoder inkrementalny, względny).Enkoder kątowy mierzy pozycję kątową obiektu poprzez odczytywanie położenia kresek (zmieniających swoje położenie podczas ruchu) umieszczonych na tarczy obrotowej z podziałką kreskową. Odczytywanie położenia kresek dokonywanie jest metodami optycznymi (enkodery optyczne) lub magnetycznymi (enkodery mechaniczne).

11. Metody programowania obrabiarek sterowanych numerycznie Metody programowania: • Ręczne - Bezpośrednie przygotowanie programów sterujących NC z wykorzystaniem kodu dostosowanego do danej obrabiarki. • Maszynowe to zapis programu za pomocą wyspecjalizowanego języka symbolicznego oraz dalsze przetwarzanie danych symbolicznych przez zewnętrzny komputer do postaci programu sterującego NC. • Programowanie zorientowane warsztatowo - Wymuszone produkcją krótkich serii wyrobów, zmniejszaniem zasobów magazynowych. Umożliwienie obsługi wielu typu obrabiarek typu NC przez jednego operatora. • Programowanie NC w systemach CAD/CAM Metody programowania obrabiarek: • Poza obrabiarką – dzielimy na ręczne w kodach ISO i programowanie maszynowe (wsadowe systemy CAM i Systemy CAD/CAM: zintegrowane i rozdzielone) • Przy obrabiarce – wyróżniamy ręczne w kodach ISO (+rozszerzenia oferowane przez producenta) i ręczne z wykorzystaniem grafiki (bez bezpośredniego zapisu kodów ISO). 12. Programowanie CNC Manual • Umożliwia przystosowanie obrabiarek konwencjonalnych do pracy automatycznej zbliżonej do normalnych obrabiarek CNC. • Główny cel: Zwiększenie produktywności i wzrost elastyczności obrabiarek ze sterowaniem mechanicznym. Charakterystyczne cechy podanych systemów to: • prowadzenie operacji ręcznych z programowanymi ograniczeniami, • nadzorowanie przebiegu operacji na monitorach graficznych, • stosowanie półautomatycznych cykli obróbkowych, • kompensacja geometrii narzędzi (nawet do 15 narzędzi), • utrzymanie stałej prędkości na powierzchni przedmiotu, • tworzenie programów zapisanych w kodzie DIN–ISO i konwersja programów cykli do kodu ISO, • wyświetlanie jednostek posuwu w cal/min (IPM) i cal/obr (IPR), • różne wersje językowe. Dodatkowo możliwe są: • dodawanie, modyfikacja, edytowanie, usuwanie i tworzenie własnych kodów G i M, • zmiana konfiguracji ekranu operatora CNC, • zaawansowana diagnostyka w trybie real time, • zarządzanie narzędziami i integracja z biurem zakładu, • osiągalność plików parametrów za pomocą poczty elektronicznej, • automatyczne sygnalizowanie konserwacji (przeglądu) obrabiarki, • edytor wizualizacji procesu logicznego, • oprogramowanie umożliwiające dopasowanie serwonapędu 13. Rodzaje układów sterowania. • Punktowe - pozycjonowanie narzędzia w ściśle określonym położeniu względem przedmiotu. • Odcinkowe - zrealizuje przemieszczenia (ruchy robocze) narzędzia z zadanym posuwem tylko po torach równoległych do osi współrzędnych w ustalonej płaszczyźnie. Kontury przedmiotu obrabianego mogą być tylko równoległe do osi sterowanych. • kształtowe - można sterować w sposób ciągły dwoma lub więcej ruchami na powierzchni i w przestrzeni uzyskując proste, skosy, łuki i krzywe sklejane 3D (ang. splines). 14. Sterowanie kształtowe – obróbka 5-cio osiowa, wady – zalety. Zalety: • frezowanie powierzchni o silnie zmieniającym się nachyleniu frezem kulistym • frezowanie pow. niemal prostopadłych do powierzchni frezem o promieniu torusa • frezowanie pow. niemal równoległych do powierzchni frezem o zarysie baryłkowym • możliwość zastosowania krótszych narzędzi

Wady: • skomplikowanie sterowania wymuszone uwzględnieniem dużej ilości parametrów • niekorzystne przy frezowaniu kopiowym ze względu na szybkie zużycie narzędzia oraz błędy kształu. 15. Translacja danych CAD / CAM / CAE - standardy translacji. Standardy translacji danych: 1. Formaty neutralne. a. STL (model danych: trójkątna siatka) Sterolitografia format oparty na kodowaniu triangulacyjnym powierzchni. Przygotowany do stosowania w procesach wytwarzania elementów metodami stereolitografii. b. IGES, (model danych: chmura punktów, regularne geometrie, NURBS)– standardowy neutralny format wymiany danych grafiki komputerowej. Umożliwia wymianę danych graficznych (modeli geometrycznych i dokumentacji). IGES specyfikuje i rozpoznaje podstawowe elementy geometryczne (punkt, linia, łuk, powierzchnia itp.) Modele najczęściej zbudowane są z płatów powierzchni. Niestety translacja generuje błędy - rozbicie geometrii na poszczególne płaty powierzchni, problemy z zachowaniem ciągłości pomiędzy poszczególnymi płatami, dublowanie płatów powierzchni, niepotrzebne przycięcia. c. DXF, DWG (model danych: trójkątna siatka (Polygone), 3D Poliine),są jednym z bardziej popularnych formatów wektorowych, w którym można zapisywać zarówno rysunki 2D jak i zawierające elementy 3D. Specyfikacja formatu DXF została opracowana przez firmę Autodesk i służyła początkowo głównie do wymiany danych pomiędzy programami AutoCAD i 3D Studio. Z czasem format ten rozpowszechnił się i zaczął być wykorzystywany przez inne firmy. Jego popularność związana jest z prostotą tworzenia plików w tym formacie i udostępnieniem jego pełnej dokumentacji. Wadą takiego rozwiązania jest jednak stosunkowo duża wielkość pliku w porównaniu z jego binarnym odpowiednikiem DWG, jak również znacznie większy czas odczytu i zapisu pliku. d. STEP – standard wymiany danych modelu produktu. Standard ten przenosi dane geometryczne, topologiczne, technologiczne, materiałowe. Nadrzędnym celem normy STEP jest zapis modelu produktu w środowisku systemów Cax niezależnie od ich cech użytkowych. Model STEP ma strukturę modelu bryłowego. Dobrze odwzorowuje model elementu po konwersji do systemu. e. VDAFS – standard wymiany danych opracowany przez przemysł samochodowy, w którym zasadniczy nacisk położono na poprawne definiowanie swobodnych powierzchni krzywoliniowych (NURBS, Bézier) oraz granic ich zakończeń, przejść, linii styku. 2. Formaty bazujące na wiodących systemach CAD. a. IPT, IAM, (Inventor), b. PAR, PSM, (Solid Edge), c. PRT, (Unigraphics), d. X_T, X_B, (Parasolid), e. CATPart, CATProduct, (Catia), f. SLDPRT, (Solidworks), g. ASM, (Pro-E) 16. Postprocesor – do czego służy? Postprocesor jest elementem w układzie CADCAM(CL-Data)postprocesorCNC(G-kod), który jest odpowiedzialny za „tłumaczenie” kodu nc (ścieżki narzędzia) wygenerowanego według określonych warunków spełniających kryteria geometrii modelu 3D. Jego zadaniem jest odpowiednie przekształcenie kodu tak aby odpowiadał on obrabiarce CNC dla której został stworzony. Postprocesor określa w sobie kryteria geometrii, sterowania i mechaniki obrabiarki dla której ma generować program. 17. Jak korzystać z postprocesorów? Za pomocą postprocesorów przetwarza się programy CAM na NC który następnie przesyłany jest na maszynę CNC. Trudniejszym zadaniem jest samo generowanie postprocesora gdyż wymaga to od użytkownika dużej wiedzy programistycznej jak również znajomości kinematyki. 18. Autonomiczna stacja obróbkowa ASO – podział w różnych kryteriów Automatyczna stacja obróbkowa (ASO)jest samodzielną elastyczną jednostką wytwórczą, w skład której wchodzi: -centrum obróbkowe wraz z: urządzeniami transportowymi, magazynowymi, sterującymi, kontrolnymi

Wyposażenie te zapewnia automatyczną pracę podczas obróbki serii przedmiotów jednakowych lub technologicznie podobnych, bez wspomagania z zewnątrz i bez stałej obecności operatora w długich przedziałach czasu. Podział ASO ze względu na kryterium podsystemu obróbkowego − ASO tokarskie − ASO do części typu korpus − ASO szlifierskie − ASO do obróbki uzębień 19. Transport i składowanie w ASO Jeżeli standardowy, wewnętrzny magazyn centrum obróbkowego nie wystarcza, można go zwielokrotnić lub uzupełnić magazynem zewnętrznym. W przypadku pojedynczego magazynu wewnętrznego wymiana narzędzi następuje za pośrednictwem mechanizmu wbudowanego do obrabiarki. Jeżeli magazyn wewnętrzny jest zwielokrotniony to może następować wymiana narzędzi pomiędzy magazynami lub też wymiana całych magazynów narzędzi. Dodatkowo jeśli uzupełnimy ASO magazynem zewnętrznym, to transport narzędzi odbywa się na paletach. Są one wymieniane przez zmieniacz narzędzi wbudowany w obrabiarkę. Transport i składowanie w ASO : • Transport i składowanie przedmiotów obrabianych. • Transport i składowanie narzędzi 20. System sterowania w ASO Istnieją dwie nadrzędne koncepcje: - z centralnym (nadrzędnym) komputerem - bez komputera, ale z synchronizacją (współpracą) autonomicznych systemów sterowania poszczególnych maszyn i urządzeń wchodzących w skład ASO Drugi wariant uważany jest za bezpieczniejszy (umożliwia na przykład łatwe wykorzystanie ASO jako zwykłego centrum obróbkowego). Dodatkowo jest na pewno dużo prostszy. Istnienie komputera nadrzędnego ułatwia jednak prowadzenie kompleksowej, automatycznej diagnostyki i nadzoru prawidłowości pracy ASO. 21. Elastyczna automatyzacja produkcji – pojęcie, podział. EAP jest pojęciem bardzo obszernym, ponieważ obejmuje: planowanie produkcji, technologiczne przygotowanie produkcji, wytwarzanie, sterowanie i zarządzanie produkcją. Główny nacisk położony zostanie na elastyczną automatyzację wytwarzania, która obejmuje elastyczną automatyzację środków i procesów wytwarzania (ograniczone do technologii obróbki skrawaniem). 22.Czynniki rozwoju elastycznej automatyzacji wytwarzania. Czynniki sprowokowane przez rynek: - rosnąca konkurencja zmusza wytwórców do większej innowacyjności, - dąży się do skrócenia cyklu produkcyjnego (krótkie terminy realizacji zamówień), - zmniejsza się serie produkcyjne kosztem zwiększonej oferty asortymentowej, - dąży się do lepszego wykorzystania możliwości produkcyjnych maszyn i urządzeń technologicznych, - zmniejsza się zasoby materialne w celu obniżki kosztów wytwarzania (just in time production), Niezwykle silnym motorem rozwoju elastycznego wytwarzania, w odniesieniu do technologii skrawania, jest struktura czasu operacji technologicznych. Olbrzymie rezerwy tzw. funduszu czasu pracy tkwią w nie wykorzystanym czasie, zwłaszcza na drugiej i trzeciej zmianie. Kolejną przesłanką elastycznej automatyzacji jest skracanie okresu życia wyrobów. 23. Elastyczność wytwarzania w procesach obróbki skrawaniem a) elastyczność środków technicznych - nazywana też wielostronnością technologiczną, jest określona zakresem możliwych do wykonania zabiegów obróbkowych. Jest więc miarą uniwersalności środka technologicznego, tzn. głównie obrabiarki, w szczególności CNC. Na pojęcie środka technicznego składa się także system sterowania. Jego elastyczność jest jednym z ważniejszych czynników elastyczności środka wytwórczego. Określa się również elastyczność urządzeń pomocniczych. b) elastyczność procesu technologicznego - to łatwość szybkiej zmiany narzędzi, uchwytów i przyrządów potrzebnych do wykonania zabiegów i operacji, a także możliwość łatwego wyboru i zmiany kolejności operacji wraz z ich realizacją na różnych maszynach. Elastyczność technologiczna jest silnie uzależniona od elastyczności sterowania i transportu przedmiotów obrabianych. Ta ostatnia cecha nazywana jest także elastycznością organizacyjną.

c) elastyczność wielkości produkcji - produkcji oznacza możliwość opłacalnej produkcji zarówno jednostkowej, jak i seryjnej. Oznacza także, że w produkcji w danej chwili może być kilka różnych wyrobów, niekoniecznie należących do tej samej serii. d) elastyczność wyrobu e) elastyczność rozwoju - tworzenie takiej koncepcji systemu elastycznego, umożliwiającego jego rozbudowywanie, np. przez dołączanie kolejnych modułów. W zależności od potrzeb można w ten sposób zmieniać możliwości technologiczne (wytwórcze) elastycznego systemu. 24. Elastyczne systemy wytwórcze – definicje, zastosowanie. Elastyczne systemy wytwórcze (def.wg Kiefa) – grupa obrabiarek sterowanych numerycznie, które są wzajemnie powiązane wspólnym systemem transportu przedmiotów i centralnym systemem sterującum; (def. wg PN) – Zautomatyzowane elastyczne środki wytwórcze mają własności łatwego p względnie szybkiego przystosowanie ich do realizacji zmniejszających się zadań produkcyjnych; łatwość przezbrojenia i zaprogramowania obrabiarki do różnych części, w zakresie jej możliwości technologicznych. 25. Zautomatyzowane elastyczne środki wytwórcze – podział. Zautomatyzowane elastyczne środki wytwórcze /ZESW/: • Na poziomie systemów jednomaszynowych: - pojedyncze obrabiarki NC, CNC i centra obróbkowe - Automatyczne stacje obróbkowe ASO • Na poziomie systemów wielomaszynowych - elastyczne gniazdo obróbkowe EGO, - elastyczny system obróbkowy ESO - elastyczna linia obróbkowa ELO 26. Poziomy elastyczności wytwarzania oraz więzi pomiędzy nimi. 1. obrabiarki NC -> Centrum obróbkowe : - automatyczna wymiana przedmiotu - automatyczna wymiana narzędzia - obróbka wielostronna - pamięć programów technologicznych 2. centrum obróbkowe -> ASO - magazyn przedmiotów lub palet - powiększony magazyn narzędzi - stanowisko za- i wyładowcze - przyłączenie do komputera - automatyczny nadzór - zintegrowane stanowisko pomiarowe 3. ASO -> ESO,EGO,ELO struktura wieloobrabiarkowa - system transportu przedmiotów - system transportu narzędzi - automatyczne sterowanie wytwarzaniem w systemie DNC lub nadrzędnego komputera 27. Kryteria wyboru zautomatyzowanych elastycznych środków wytwórczych. 1. Obrabiarki NC i CNC jako pojedyncze, samodzielne maszyny wytwórcze nadają się przede wszystkim do jednostkowej i seryjnej produkcji przedmiotów typopodobnych. 2. Centra obróbkowe jako pojedyncze, samodzielne maszyny wytwórcze są przeznaczone przede wszystkim do produkcji średnioseryjnej o dużej częstotliwości zmian profilu produkcyjnego w ciągu roku i o dużych wymaganiach dokładnościowych obróbki, zwłaszcza w odniesieniu do przedmiotów wymagających obróbki wielostronnej w jednym zamocowaniu. 3. Autonomiczne stacje obróbkowe jako pojedyncze, samodzielne jednostki są przeznaczone do produkcji średnioseryjnej przedmiotów o ograniczonym zakresie cech technologicznych i konstrukcyjnych. 4. Elastyczne systemy obróbkowe jako zestawy wielomaszynowe są przeznaczone do wytwarzania wielu zróżnicowanych asortymentowo przedmiotów zarówno dla produkcji jednostkowej, jak i wielkoseryjnej.

Możliwość równoczesnej obróbki różnych asortymentowo przedmiotów, wzajemna zastępowalność maszyn technologicznych oraz ich uzupełnianie się stwarza system wytwórczy o niezwykłych możliwościach nie tylko technologicznych, ale i organizacyjnych. Zastosowanie poszczególnych elastycznych środków wytwórczych w zależności od poziomu i wielkości produkcji jest to zależność pomiędzy seryjnością produkcji (wielkością serii), wydajnością wytwarzania, elastycznością i różnorodnością asortymentową 28. Modelowanie procesu skrawania z zastosowaniem Metody Elementów Skończonych, konstytutywne modele materiałowe, adaptacyjność siatki MES, modelowanie oddziaływań tribologicznych na styku wiór-ostrze. Modelowanie MES procesu skrawania: -Możliwość przedstawienia właściwości modelowanych materiałów w sposób kompleksowy, jako funkcji ich odkształcenia, prędkości odkształcenia oraz temperatury -Modelowanie oddziaływań kontaktowych pomiędzy wiórem a ostrzem, z wykorzystaniem różnych teorii tarcia -Możliwość zdefiniowania kształtu zewnętrznej (swobodnej) powierzchni wióra -Możliwość uzyskania oprócz wynikowych wartości składowych sił skrawania oraz geometrii wióra, również danych lokalnych dla pól naprężeń czy temperatury -Określenie, poprzez zmianę wartości danych wejściowych jak i warunków brzegowych modelu, jakościowego i ilościowego wpływu tych oddziaływań na przebieg procesu skrawania Konstytutywne modele materiałowe: -plastyczne -sprężysto-plastyczne -lepko-plastyczne -sprężysto-lepko-plastyczne - model Johnosona-cooka

-model Zerilli-Armstrong’a

𝜺𝜺𝒑𝒑̇ 𝑻𝑻 − 𝑻𝑻𝟎𝟎 𝒎𝒎 �� �𝟏𝟏 − � � � 𝑻𝑻𝒕𝒕 − 𝑻𝑻𝟎𝟎 𝜺𝜺𝟎𝟎̇

𝝈𝝈𝒆𝒆𝒆𝒆 = (𝑨𝑨 + 𝑩𝑩𝜺𝜺𝒏𝒏𝒑𝒑 ) �𝟏𝟏 + 𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 �

𝜺𝜺̇ 𝝈𝝈𝒆𝒆𝒆𝒆 = 𝑪𝑪𝟎𝟎 + 𝑪𝑪𝟏𝟏 𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 �−𝑪𝑪𝟑𝟑 𝑻𝑻 + 𝑪𝑪𝟒𝟒 𝑻𝑻 𝒍𝒍𝒍𝒍 � �� + 𝑪𝑪𝟓𝟓 𝜺𝜺𝒏𝒏 𝜺𝜺𝟎𝟎̇

-model Oxley’a -model Maekawa i in.

-model wykładniczy

Adaptacyjność siatki MES:

𝒑𝒑

𝝈𝝈𝒆𝒆𝒆𝒆 = 𝝈𝝈𝟏𝟏 𝜺𝜺𝒏𝒏 ; 𝝈𝝈𝟏𝟏 �𝑻𝑻𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎, 𝝈𝝈𝒆𝒆𝒆𝒆

𝜺𝜺=𝟏𝟏 �;

𝑻𝑻𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 = �𝟏𝟏 − 𝒗𝒗 ∙ 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍

𝜺𝜺̇ � 𝑻𝑻 𝜺𝜺𝟎𝟎̇

𝒎𝒎

𝑴𝑴 −𝒎𝒎 − 𝜶𝜶𝜶𝜶 𝑵𝑵 𝜺𝜺̇ 𝜺𝜺̇ 𝜺𝜺̇ − 𝜶𝜶𝜶𝜶 = 𝑨𝑨 � � 𝒆𝒆 � � �� 𝒆𝒆 𝑵𝑵 � � 𝒅𝒅𝒅𝒅� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑫𝑫𝜺𝜺

𝝈𝝈𝒇𝒇 �𝜺𝜺𝒑𝒑 � = 𝝈𝝈𝒐𝒐 𝜽𝜽(𝑻𝑻) �𝟏𝟏 +

𝜺𝜺𝒑𝒑 𝜺𝜺𝟎𝟎𝒑𝒑

�

𝟏𝟏/𝒏𝒏

𝑵𝑵

Podział modelowanego obszaru strefy skrawania na elementy skończone

Formuły Lagrange'a

Formuły Eulera

Racjonalny dobór początkowej, startowej sieci elementów skończonych

Dopasowanie, modyfikacja, adaptacja siatki MES

Kryterium lokalnego zagęszczenia siatki

Kryterium adaptacyjnego zarządzania siatką MES

Kryterium pracy odkształceń plastycznych

Kryterium globalnego zagęszczenia siatki MES

Estymowany rodzajowy uchyb końcowy

Metoda inicjacji separacji materiału obrabianego

Advenced front technique

Procedura iteracyjna

PAVING

Wersja ściągowa : Podział modelowanego obszaru strefy skrawania na elementy skończone : 1. Formuły Eulera 2. Formuły Lagrange'a ->Racjonalny dobór początkowej, startowej sieci elementów skończonych ->Dopasowanie, modyfikacja, adaptacja siatki MES : a) Kryterium lokalnego zagęszczenia siatki b) Kryterium adaptacyjnego zarządzania siatką MES - Kryterium pracy odkształceń plastycznych - Estymowany rodzajowy uchyb końcowy c) Kryterium globalnego zagęszczenia siatki MES -> Advenced front technique -> Procedura Iteracyjna -> PAVING d) Metoda inicjacji separacji materiału obrabianego Modelowanie oddziaływań tribologicznych na styku wiór-ostrze: -model Coulomba 𝝉𝝉𝒌𝒌 = 𝝁𝝁 ∙ 𝝈𝝈𝒌𝒌 gdzie: 𝜏𝜏𝑘𝑘 , 𝜎𝜎𝑘𝑘 – styczne i normalne naprężenia kontaktowe 𝜇𝜇 – współczynnik tarcia -model Zerilli-Armstrong’a � 𝝈𝝈 𝝉𝝉𝜸𝜸 = �𝟏𝟏 − 𝒆𝒆−(𝝁𝝁𝝈𝝈𝒌𝒌 √𝟑𝟑/𝝈𝝈�� √𝟑𝟑

gdzie: 𝜎𝜎� – zredukowane naprężenie uplastyczniające -model Oxley’a

𝝂𝝂𝒄𝒄𝒄𝒄 𝟐𝟐 𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂 � � 𝒕𝒕 𝑪𝑪 𝝅𝝅 gdzie: 𝑡𝑡 = 𝜈𝜈𝑐𝑐ℎ /|𝜈𝜈𝑐𝑐ℎ | – jednostkowy wektor styczny do względnej prędkości poślizgu C – stała reprezentująca względną prędkość poślizgu, dla której 𝐹𝐹𝛾𝛾 → 0 29. Systemy optymalizacji programów NC - AdvantEdge Production Module. Program AdvantEdge Production Module pozwala na optymalizację procesu skrawania. Poprzez wprowadzenie założeń i kryteriów optymalizacji można m.in. wyrównać wartości siły głównej skrawania, a przede wszystkim zaoszczędzić czas. Schemat ideowy funkcjonowania modułu Production Module 2D Turning (PM2D) 𝑭𝑭𝜸𝜸 = −𝝁𝝁 ∙ 𝑭𝑭𝜸𝜸𝜸𝜸